从根本上讲，这是因为内存总线有一些特定的长度，它比内存大小小得多。

因此，CPU从芯片上的L1缓存中读取，现在通常是32KB。但是连接L1缓存到CPU的内存总线的缓存线宽度要小得多。这将是128位的数量级。

So:

262,144 bits - size of memory
    128 bits - size of bus

未对齐的访问偶尔会重叠两条缓存线，这将需要一个全新的缓存读取来获取数据。它甚至可能会错过到DRAM中。

此外，CPU的某些部分将不得不倒立起来，从这两条不同的缓存线中拼凑出一个单独的对象，每条缓存线都有一块数据。在一行上，它是非常高阶的位，在另一行上，它是非常低阶的位。

将会有专门的硬件完全集成到管道中，处理将对齐的对象移动到CPU数据总线的必要位上，但是对于未对齐的对象可能缺乏这样的硬件，因为使用这些晶体管来加速正确优化的程序可能更有意义。

在任何情况下，无论有多少特殊用途的硬件(假设的和愚蠢的)致力于修补错位的内存操作，有时必要的第二次内存读取都会减慢管道。

@joshperry has given an excellent answer to this question. In addition to his answer, I have some numbers that show graphically the effects which were described, especially the 2X amplification. Here's a link to a Google spreadsheet showing what the effect of different word alignments look like. In addition here's a link to a Github gist with the code for the test. The test code is adapted from the article written by Jonathan Rentzsch which @joshperry referenced. The tests were run on a Macbook Pro with a quad-core 2.8 GHz Intel Core i7 64-bit processor and 16GB of RAM.

如果您有一个32位数据总线，连接到内存的地址总线地址行将从A2开始，因此在单个总线周期中只能访问32位对齐的地址。

因此，如果一个字跨越了一个地址对齐边界——即A0(16/32位数据)或A1(32位数据)不为零，则需要两个总线周期来获取数据。

一些架构/指令集不支持未对齐的访问，并且会在这种尝试时生成异常，因此编译器生成的未对齐访问代码不仅需要额外的总线周期，还需要额外的指令，使其效率更低。

你可以使用一些处理器(nehalem可以这样做)，但以前所有的内存访问都是在64位(或32位)行上对齐的，因为总线是64位宽的，你必须一次获取64位，并且在对齐的64位“块”中获取这些要容易得多。

如果你想获取一个字节，你获取64位块，然后屏蔽掉你不想要的位。如果您的字节位于右端，这很简单，也很快速，但如果它位于64位块的中间，则必须屏蔽不需要的位，然后将数据转移到正确的位置。更糟糕的是，如果您想要一个2字节的变量，但它被分成了2个块，那么这就需要双倍的内存访问。

因此，当每个人都认为内存很便宜时，他们只是让编译器在处理器的块大小上对齐数据，这样你的代码以浪费内存为代价运行得更快更有效。

在PowerPC上，可以毫无问题地从奇数地址加载整数。

Sparc、I86和(我认为)Itatnium会在您尝试时引发硬件异常。

在大多数现代处理器上，一个32位负载和四个8位负载并没有太大区别。数据是否已经在缓存中将产生更大的影响。

从根本上讲，这是因为内存总线有一些特定的长度，它比内存大小小得多。

因此，CPU从芯片上的L1缓存中读取，现在通常是32KB。但是连接L1缓存到CPU的内存总线的缓存线宽度要小得多。这将是128位的数量级。

So:

262,144 bits - size of memory
    128 bits - size of bus

未对齐的访问偶尔会重叠两条缓存线，这将需要一个全新的缓存读取来获取数据。它甚至可能会错过到DRAM中。

此外，CPU的某些部分将不得不倒立起来，从这两条不同的缓存线中拼凑出一个单独的对象，每条缓存线都有一块数据。在一行上，它是非常高阶的位，在另一行上，它是非常低阶的位。

将会有专门的硬件完全集成到管道中，处理将对齐的对象移动到CPU数据总线的必要位上，但是对于未对齐的对象可能缺乏这样的硬件，因为使用这些晶体管来加速正确优化的程序可能更有意义。

在任何情况下，无论有多少特殊用途的硬件(假设的和愚蠢的)致力于修补错位的内存操作，有时必要的第二次内存读取都会减慢管道。