本节书摘来自异步社区《嵌入式Linux与物联网软件开发——C语言内核深度解析》一书中的第1章，第1.3节，作者朱有鹏 , 张先凤，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

在前面我们就已经介绍了什么是内存，这里我们继续深入理解内存。

从硬件角度，内存实际上是电脑的一个配件（一般叫内存条）。根据不同的硬件实现原理，还可以把内存分成SRAM和DRAM（DRAM又有好多代，如最早的SDRAM，后来的DDR1、DDR2、LPDDR……）。

从逻辑角度：内存可以随机访问（随机访问的意思是只要给一个地址，就可以访问这个内存地址），并且可以读写（当然了，逻辑上也可以限制其为只读或者只写）。内存在编程中的本质是用来存放变量内容的（就是因为有了内存，所以C语言才能定义变量，C语言中的一个变量实际就对应内存中的内存空间）。

对于编程者来说，不需要深入了解内存的电子结构，但是内存的逻辑结构是必须知道的。从逻辑角度来讲，内存实际上是由无限多个内存单元格组成的，每个单元格有一个固定的地址，叫内存地址，这个内存地址和这个内存单元格唯一对应且永久绑定。

为了大家更好地理解，我们以大楼来类比内存。逻辑上的内存就好像是一栋大楼，内存的单元格好比大楼中的一个个小房间，每个内存单元格的地址就好象每个小房间的房间号。内存中存储的内容就好像住在房间中的人。如果我们想要找到一个人和他说点什么，那么我们就必须知道他的房间号 。同理，我们对内存中某个空间操作，前提是我们需要知道它的内存地址。C语言虽然不像汇编、可以写出直接操作内存的指令，但本质的东西是不会变的，内存的硬件构造是不会变的。你不告诉CPU内存地址，CPU就无法控制指令将数据读写到正确的内存空间。所以C语言也不例外，虽然C语言并不会直接操作内存地址，但变量的引入其实就是对内存的操作。在下面左图中，我们给出了一个内存条的逻辑模型，内存地址的排列是从零开始。右图的目的是为了让大家明白，除了内存条还有其他硬件设备也有内存，像显卡内存、网卡内存，但在CPU看来它们和内存条并无二异，只要有地址就可以控制数据的读写。

8位内存模型

其他具有内存的硬件

逻辑上来说，内存可以有无限大，因为数学上编号是没有尽头的。但是现实中实际的内存大小是有限制的，如32位的系统（32位系统指的是32位数据线，但是一般地址线也是32位，这个地址线32位决定了内存地址只能有32位二进制，所以逻辑上的大小为2的32次幂），内存限制就为4G。实际上32位的系统中可用的内存是小于等于4G的（如32位CPU装32位Windows，但电脑实际可能只配置了512MB内存条）。这里涉及三总线的概念。所谓三总线就是指地址总线、数据总线和控制总线。如我们现在要向内存中写入一个数据，这个过程就是，控制总线上面传输写指令，地址总线上面传输内存地址，而数据总线传输要写入内存的数据。由此可知总线的重要性。我们常常讲多少位CPU，指的就是数据总线位数。数据线越多，一次传输处理的数据就越多，性能也就越好，这也是为什么32位的CPU就比16位的性能强。

地址线的数量决定了它可以寻址内存空间的大小。我们举个简单例子，例如我们有两根地址线，每根地址线上面可以传输0或者1，那两根线就有4种不同的状态，分别是00、01、10、11。由这4种不同的状态就可以确定4个地址。如果有32根地址线可以确定多少种不同状态？2的32次方，也就意味着最高可访问的内存大小为2的32次幂（4G）。

内存的逻辑结构

上面讲了内存不可能无限大，那么为了衡量内存大小以及更好地使用内存，我们就需要引入内存单位。内存单位有很多，我们平时经常提到的以G为单位的内存，其实对于编程来说，这个单位反而不常用。我们编程往往是操控内存单元。下面首先给出一个单位换算表达式。

1GB=1024MB　1MB=1024KB　1KB=1024B　1B=8bit

这里的KB是千字节的意思。注意，计算机里面的千是1024，而不是1000。B是字节（Byte），bit是位（bit），也叫二进制位，可见它是表示二进制的一位（0或者1），我们的代码和数据编译后对应的就是二进制的0和1。除了我们了解的位（1bit）、字节（8bit），还有半字（一般是16bit）、字（一般是32bit）。这里我们特别注意，在所有的计算机中，不管是32位系统、16位系统，还是以后的64位系统，位永远都是1bit，字节永远都是8bit。

历史上曾经出现过16位系统、32位系统、64位系统等，而且操作系统还有Windows、Linux、iOS等，所以很多的概念在历史上的定义都很乱。建议大家对字、半字、双字这些概念不要详细区分，只要知道这些单位具体是多少字节，都是依赖于平台的。实际工作中，我们了解了这些平台后，才具体到该平台的“字”是多少位，当然“半字”永远是字的一半，双字永远是字的两倍大小）。编程时一般用不到“字”这个概念，我们区分这个概念主要是因为有些文档中会用到这些概念，如果不加区别可能会造成对程序的误解。

内存位宽（内存数据线的数量）是指在一定时间（时间指的是一个时钟周期，不需要了解）内所能传送数据的位数，位数越大，则所能传输的数据量就越大。左图就是一个8位的内存逻辑图，右图是32位的内存逻辑图。8位内存模型表示一次可以传送数据的位数为8位，32位内存模型表示一次可以传送数据的位数为32位，所以我们把32位（4个格子）画为一排，学了下面的内存编址你就会更加明白了。

从硬件角度讲：硬件内存的实现本身是有宽度的，也就是说有些内存条就是8位的，而有些就是16位的。那么需要强调的是，内存芯片之间是可以并联的，通过并联，即使8位的内存芯片也可以做出来16位或32位的硬件内存。

从逻辑角度讲：内存位宽在逻辑上是任意的，甚至逻辑上存在内存位宽是24位的内存（但是实际上这种硬件是买不到的，也没有实际意义）。不管内存位宽是多少，对操作不构成影响。但是因为操作不是纯逻辑而是需要硬件去执行的，所以不能为所欲为，我们实际上很多操作都是受限于硬件的特性。如24位的内存逻辑上和32位的内存没有任何区别，但实际硬件都是32位的，都要按照32位硬件的特性和限制来编程。