Я понимаю, что значит обращаться к памяти так, чтобы она была выровнена, но не понимаю, зачем это нужно. Например, почему я могу получить доступ к одному байту с адреса 0x…1, но не могу получить доступ к полуслову (двум байтам) с того же адреса.
Опять же, я так понимаю, что если у вас адрес A и объект размером s то доступ выравнивается, если A mod s = 0. Но я просто не понимаю, почему это важно на аппаратном уровне.
Оборудование сложное; это упрощенное объяснение.
Типичный современный компьютер может иметь 32-битную шину данных. Это означает, что любая выборка, которую должен выполнить ЦП, будет извлекать все 32 бита определенного адреса памяти. Так как шина данных не может получить данные размером менее 32 бит, младшие два бита адреса даже не используются на адресной шине, поэтому создается впечатление, что ОЗУ организовано в виде последовательности 32-битных слов вместо 8-битных байтов.
Когда ЦП выполняет выборку одного байта, цикл чтения на шине извлекает 32 бита, а затем ЦП отбрасывает 24 из этих битов, загружая оставшиеся 8 бит в любой регистр. Если ЦП хочет получить 32-битное значение, которое не выровнено по 32-битной границе, у него есть несколько общих вариантов:
Различные процессоры, с которыми я работал, пошли по всем четырем этим путям. В общем, для максимальной совместимости безопаснее всего выровнять все n-битные операции чтения по n-битной границе. Тем не менее, вы, безусловно, можете использовать ярлыки, если уверены, что ваше программное обеспечение будет работать на каком-то конкретном семействе процессоров с известным невыровненным поведением чтения. И даже если чтение без выравнивания возможно (например, на процессорах семейства x86), оно будет медленнее.
Компьютер всегда считывает некоторые фрагменты фиксированного размера, которые выровнены.
Итак, если вы не выравниваете свои данные в памяти, вам, вероятно, придется читать более одного раза.
Пример
Так что, в основном, для ускорения.
Причина всех правил выравнивания заключается в разной ширине строк кэша (кэш инструкций имеет 16-байтовые строки для архитектуры Core2, а кэш данных имеет 64-байтовые строки для L1 и 128 строк). -байтовые линии для L2).
Поэтому, если вы хотите хранить/загружать данные, которые пересекают границу Cahce-Line, вам нужно загружать и сохранять обе Cache-линии, что влияет на производительность. Так что вы просто не делаете этого из-за удара по производительности, это так просто.
Попробуйте прочитать последовательный порт. Данные имеют ширину 8 бит. Хорошие разработчики аппаратного обеспечения гарантируют, что оно находится в младшем значащем байте слова.
Если у вас есть структура C, элементы которой не выровнены по словам (скажем, из-за обратной совместимости или экономии памяти), то адрес любого байта в структуре не выровнен по словам.
