为什么位数总是（？）是2的幂？

Question

我们拥有8位，16位，32位和64位硬件架构和操作系统。但不是说42位或69位。

为什么呢？它是否能使2 ^ n位成为更好的选择，或仅仅是与现有系统的兼容性？ （64位寄存器可以容纳两个32位指针，或者一个32位数据单元可以容纳4个字节，这显然很方便。）

Answer 1

这主要是传统问题。它甚至都不是真的。例如，处理器中的浮点单元（即使是现代的）具有80位寄存器。而且没有任何东西会迫使我们拥有8位字节而不是13位字节。

有时这有数学推理。例如，如果您决定使用N位字节并希望进行整数乘法，则需要2N位才能存储结果。然后你还想加/减这些2N位整数，现在你需要2N位通用寄存器来存储加法/减法结果和4N位寄存器来存储乘法结果。

Answer 2

http://en.wikipedia.org/wiki/Word_%28computer_architecture ％29＃Word_size_choice

  

使用不同数量的内存来存储具有不同精度的数据值。常用的大小通常是地址分辨率单位（字节或字）的2倍的幂。将数组中项的索引转换为项的地址则只需要移位操作而不是乘法。在某些情况下，这种关系也可以避免使用除法运算。因此，大多数现代计算机设计都具有字长（和其他操作数大小），其功率是字节大小的2倍。

Answer 3

部分地，这是一个解决问题。具有N位地址允许您最多寻址2 ^ N位存储器，并且硬件设计者更喜欢利用该功能的大部分。因此，您可以使用3位来寻址8位总线等...

Answer 4

尊贵的 PDP-10 是36位。

Answer 5

许多（大多数？）早期的微处理器前CPU每个字的位数都不是2的幂。

特别是，Seymour Cray和他的团队构建了许多极具影响力的机器，具有非二字大小和地址大小 - 12位，48位，60位等。

令人惊讶的是，大量的早期计算机都有36位字，这完全是因为人类有10个手指。 维基百科“36位”文章有关于10个手指和36个比特之间关系的更多细节，以及链接到许多其他历史上重要但不再流行的比特大小的文章，其中大多数不是2的权力。

我推测

（a）8位可寻址存储器变得流行，因为它存储7位ASCII 和 4位BCD稍微方便一点，没有任何尴尬的打包或每个字符浪费多个位;没有其他记忆宽度有任何好处。

（b）正如斯蒂芬·C·斯蒂尔所指出的那样，这种微小的优势是规模经济和市场力量的倍增 - 使用更多8位宽的记忆，因此规模经济使它们稍微便宜一些，导致在新设计等中使用更多8位宽的存储器

（c）理论上更宽的总线宽度使CPU更快，但将整个CPU放在单个芯片上使得它比任何以前的任何总线宽度的多部分CPU系统便宜得多，也许稍快。起初，只有4位CPU的晶体管，然后是8位CPU。后来，16位CPU几乎没有足够的晶体管，大幅宣传和“16位”。营销活动。在这个时候，人们会期待一个24位的CPU ......

（d）RISC革命来袭。无论出于何种原因，前两个RISC芯片都是32位，并且人们已经习惯于认为“更多位更好”，因此每个制造商都跳上了32位的潮流。此外，IEEE 754-1985标准化为32位和64位浮点数。有一些24位CPU，但大多数人从未听说过它们。

（e）出于软件兼容性原因，制造商甚至在具有64位前端总线（如Intel Pentium和AMD K5等）的处理器上或在带有a的主板上保持了32位数据总线的错觉。 4位宽总线（LPC总线）。

Answer 6

你的内存系统希望是一个字节倍数，这使得你的缓存想要是一个字节倍数，这使你的整个系统想成为一个字节倍。

作为一名硬件设计师，您通常希望将CPU设计为某种类型的字节边界，即8的倍数。否则，您必须向49位系统添加许多笨拙的电路，以使其利用该模块-8位，或者你最终忽略了额外的位，在这种情况下它是浪费，除非你需要额外的位指令，这在16位或更宽的系统上绝不是这种情况。

Answer 7

正如其他人所指出的那样，在早期，事情并没有那么明确：各种奇怪的大小都出现了。

但是，8bit字节标准化的推动也是由内存芯片技术推动的。在早期，许多存储芯片被组织为每个地址1位。 n位字的存储器是通过使用n组存储器芯片构成的（相应的地址线连接在一起，每个芯片单个数据位有助于n位字的一位）。

随着存储器芯片密度的增加，制造商将多个芯片封装在一个封装中。因为最常用的字大小是8位的倍数，所以8位内存特别受欢迎：这意味着它也是最便宜的。随着越来越多的架构跳上8位字节的潮流，不使用8位字节的内存芯片的价格溢价变得越来越大。类似的论据考虑了从8-> 16,16-> 32,32-> 64的移动。

您仍然可以设计一个具有24位内存的系统，但该内存可能比使用32位内存的类似设计昂贵得多。除非有一个非常好的理由坚持24位，否则大多数设计师会选择32位，因为它更便宜，功能更强。

Answer 8

有一段时间，计算机字长往往是6位的倍数，因为计算机通常使用6位字符集，而不支持小写字母。

IBM为Los Alamos制作了一台高性能计算机STRETCH，它有64位字。它有一个不同寻常的特点，即计算机内存中的各个位可以直接寻址，这迫使字长为2的幂。它还有一个更加扩展的字符集，允许包含数学符号（除了小写）;它们被用在名为COLASL的特殊高级语言中。

当IBM推出非常流行的System / 360大型机时，即使它没有位寻址，它也保留了8位字节，主要是为了有效存储四位到十进制数的压缩十进制数。因为这台机器非常受欢迎，所以它非常有影响力，DEC的PDP-11计算机设计有16位字和8位字符。 PDP-11也是第一台真正的小端机器，它也非常受欢迎和有影响力。

但这不仅仅是因为追随时尚。 8位字符允许小写文本，并且随着计算机变得更便宜，能够轻松地将它们用于文字处理是有价值的。就像STRETCH需要有一个具有两位大小的字位以允许容易地寻址的字一样，今天的计算机需要有一个8的幂倍数的单词（恰好是两个到三个电源本身），以便容易地解决字符。

如果我们仍然使用6位字符，计算机往往会有24,48或96位字。

Answer 9

相关，但可能不是原因，我听说一位字节中的8位是因为IBM是如何操纵IBM System / 360架构的。

Answer 10

一个常见的原因是你可以用二进制数来编号。这在很多情况下都很有用。例如，在bitshift或rotate操作中。您可以在0到15位之间旋转16位值。尝试旋转超过16位也是微不足道的：这相当于超过0位的旋转。并且超过1027位的旋转等于3位以上的旋转。通常，宽度W超过N位的寄存器的旋转等于N模W的旋转，并且操作“模W”。当W是2的幂时，这是微不足道的。

Answer 11

80186,8086,8088和“Real Mode”。在80286及更高版本的处理器上使用了20位分段存储器寻址系统。 80286有24个本地地址行，然后是386，后来有32或64。

Answer 12

另一个反例：PIC16C8X系列微控制器具有14位宽的指令集。

Answer 13

字节与大多数西方世界的字符编码有关，因此是8位。 Word与地址宽度相关的编码无关，因此它从4到80等变化

Answer 14

我信赖的旧HP 32S计算器是12位。

Answer 15

因为为地址保留的空间始终是固定的位数。 一旦定义了固定地址（或指针）大小，那么您希望充分利用它，因此必须使用其所有值，直到它可以存储的最大数量。你可以从一个位的倍数（0或1）得到的最高数字总是2的幂

Answer 16

可能你可以在这里找到一些东西： Binary_numeral_system

Answer 17

ICL 1900全都是24位（字）。打赌那里没有很多人记住这些。你呢??

Answer 18

我们只看一下PIC微控制器。