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單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

作者: 時(shí)間:2011-12-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

內(nèi)部存儲(chǔ)分析
我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題,當(dāng)我們?cè)诰幊唐髦邪岩粭l指令寫進(jìn)單片要內(nèi)部,然后取下就可以執(zhí)行這條指令,那么這條指令一定保存在單片機(jī)的某個(gè)地方,并且這個(gè)地方在單片機(jī)掉電后依然可以保持這條指令不會(huì)丟失,這是個(gè)什么地方呢?這個(gè)地方就是單片機(jī)內(nèi)部的只讀即ROM(READ ONLY MEMORY)。為什么稱它為只讀呢?剛才我們不是明明把兩個(gè)數(shù)字寫進(jìn)去了嗎?原來(lái)在89C51中的ROM是一種電可擦除的ROM,稱為FLASH ROM,剛才我們是用的編程器,在特殊的條件下由外部設(shè)備對(duì)ROM進(jìn)行寫的操作,在單片機(jī)正常工作條件下,只能從那面讀,不能把數(shù)據(jù)寫進(jìn)去,所以我們還是把它稱為ROM。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/172311.htm

數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象:我們知道,計(jì)算機(jī)能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,這可令我們非常的難以理解,計(jì)算機(jī)嗎,我們雖不了解它的組成,但它總只是一些電子元器件,怎么能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算呢?我們做數(shù)學(xué)題如37+45是這樣做的,先在紙上寫37,然后在下面寫45,然后大腦運(yùn)算,最后寫出結(jié)果,運(yùn)算的原材料:37、45和結(jié)果:82都是寫在紙上的,計(jì)算機(jī)中又是放在什么地方呢?為了解決這個(gè)問(wèn)題,先讓我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn):這里有一盞燈,我們知道燈要么亮,要么不亮,就有兩種狀態(tài),我們能用’0’和’1’來(lái)代替這兩種狀態(tài),規(guī)定亮為’1’,不亮為’0’?,F(xiàn)在放上兩盞燈,一共有幾種狀態(tài)呢?我們列表來(lái)看一下:

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請(qǐng)大家自已寫上3盞燈的情況000 001 010 011 100 101 110 111

我們來(lái)看,這個(gè)000,001,101 不就是我們學(xué)過(guò)的的二進(jìn)制數(shù)嗎?本來(lái),燈的亮和滅只是一種物理現(xiàn)象,可當(dāng)我們把它們按一按的次序排更好后,燈的亮和滅就代表了數(shù)字了。讓我們?cè)俪橄笠徊?,燈為什么?huì)亮呢?看電路1,是因?yàn)檩敵鲭娐份敵龈唠娖?,給燈通了電。因此,燈亮和滅就能用電路的輸出是高電平還是低電平來(lái)替代了。這樣,數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)系上了。(請(qǐng)想一下,我們還看到過(guò)什么樣的類似的例程呢?(海軍之)燈語(yǔ)、旗語(yǔ),電報(bào),甚至紅、綠燈)

什么是位:

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)知道:一盞燈亮或者說(shuō)一根線的電平的高低,能代表兩種狀態(tài):0和1。實(shí)際上這就是一個(gè)二進(jìn)制位,因此我們就把一根線稱之為一“位”,用BIT表示。

什么是字節(jié):

一根線能表于0和1,兩根線能表達(dá)00,01,10,11四種狀態(tài),也就是能表于0到3,而三根能表達(dá)0-7,計(jì)算機(jī)中常常用8根線放在一起,同時(shí)計(jì)數(shù),就能表過(guò)到0-255一共256種狀態(tài)。這8根線或者8位就稱之為一個(gè)字節(jié)(BYTE)。不要問(wèn)我為什么是8根而不是其它數(shù),因?yàn)槲乙膊恢?。(?jì)算機(jī)世界是一本人造的世界,不是自然界,很多事情你無(wú)法問(wèn)為什么,只能說(shuō):它是一種規(guī)定,大家在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中也要注意這個(gè)問(wèn)題)

的工作原理:

1、存儲(chǔ)器構(gòu)造

88.jpg
存儲(chǔ)器就是用來(lái)存放數(shù)據(jù)的地方。它是利用電平的高低來(lái)存放數(shù)據(jù)的,也就是說(shuō),它存放的實(shí)際上是電平的高、低,而不是我們所習(xí)慣認(rèn)為的1234這樣的數(shù)字,這樣,我們的一個(gè)謎團(tuán)就解開了,計(jì)算機(jī)也沒(méi)什么神秘的嗎。

讓我們看圖2。單片機(jī)里面都有這樣的存儲(chǔ)器,這是一個(gè)存儲(chǔ)器的示意圖:一個(gè)存儲(chǔ)器就象一個(gè)個(gè)的小抽屜,一個(gè)小抽屜里有八個(gè)小格子,每個(gè)小格子就是用來(lái)存放“電荷”的,電荷通過(guò)與它相連的電線傳進(jìn)來(lái)或釋放掉,至于電荷在小格子里是怎樣存的,就不用我們操心了,你能把電線想象成水管,小格子里的電荷就象是水,那就好理解了。存儲(chǔ)器中的每個(gè)小抽屜就是一個(gè)放數(shù)據(jù)的地方,我們稱之為一個(gè)“單元”。

有了這么一個(gè)構(gòu)造,我們就能開始存放數(shù)據(jù)了,想要放進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù)12,也就是00001100,我們只要把第二號(hào)和第三號(hào)小格子里存滿電荷,而其它小格子里的電荷給放掉就行了(看圖3)??墒菃?wèn)題出來(lái)了,看圖2,一個(gè)存儲(chǔ)器有好多單元,線是并聯(lián)的,在放入電荷的時(shí)候,會(huì)將電荷放入所有的單元中,而釋放電荷的時(shí)候,會(huì)把每個(gè)單元中的電荷都放掉,這樣的話,不管存儲(chǔ)器有多少個(gè)單元,都只能放同一個(gè)數(shù),這當(dāng)然不是我們所希望的,因此,要在上稍作變化,看圖2,在每個(gè)單元上有個(gè)控制線,我想要把數(shù)據(jù)放進(jìn)哪個(gè)單元,就給一個(gè)信號(hào)這個(gè)單元的控制線,這個(gè)控制線就把開關(guān)打開,這樣電荷就能自由流動(dòng)了,而其它單元控制線上沒(méi)有信號(hào),所以開關(guān)不打開,不會(huì)受到影響,這樣,只要控制不一樣單元的控制線,就能向各單元寫入不一樣的數(shù)據(jù)了,同樣,如果要某個(gè)單元中取數(shù)據(jù),也只要打開對(duì)應(yīng)的控制開關(guān)就行了。

2、存儲(chǔ)器譯碼

那么,我們?cè)鯓觼?lái)控制各個(gè)單元的控制線呢?這個(gè)還不簡(jiǎn)單,把每個(gè)單元元的控制線都引到集成電路的外面不就行了嗎?事情可沒(méi)那么簡(jiǎn)單,一片27512存儲(chǔ)器中有65536個(gè)單元,把每根線都引出來(lái),這個(gè)集成電路就得有6萬(wàn)多個(gè)腳?不行,怎么辦?要想法減少線的數(shù)量。我們有一種辦法稱這為譯碼,簡(jiǎn)單介紹一下:一根線能代表2種狀態(tài),2根線能代表4種狀態(tài),3根線能代表幾種,256種狀態(tài)又需要幾根線代表?8種,8根線,所以65536種狀態(tài)我們只需要16根線就能代表了。

89.jpg

3、存儲(chǔ)器的選片及總線的概念

至此,譯碼的問(wèn)題解決了,讓我們?cè)賮?lái)關(guān)注另外一個(gè)問(wèn)題。送入每個(gè)單元的八根線是用從什么地方來(lái)的呢?它就是從計(jì)算機(jī)上接過(guò)來(lái)的,一般地,這八根線除了接一個(gè)存儲(chǔ)器之外,還要接其它的器件,如圖4所示。這樣問(wèn)題就出來(lái)了,這八根線既然不是存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)之間專用的,如果總是將某個(gè)單元接在這八根線上,就不好了,比如這個(gè)存儲(chǔ)器單元中的數(shù)值是0FFH另一個(gè)存儲(chǔ)器的單元是00H,那么這根線到底是處于高電平,還是低電平?豈非要打架看誰(shuí)歷害了?所以我們要讓它們分離。辦法當(dāng)然很簡(jiǎn)單,當(dāng)外面的線接到集成電路的管腳進(jìn)來(lái)后,不直接接到各單元去,中間再加一組開關(guān)(參考圖4 )就行了。平時(shí)我們讓開關(guān)關(guān)閉著,如果確實(shí)是要向這個(gè)存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù),或要從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù),再讓開關(guān)接通就行了。這組開關(guān)由三根引線選擇:讀控制端、寫控制端和片選端。要將數(shù)據(jù)寫入片中,先選中該片,然后發(fā)出寫信號(hào),開關(guān)就合上了,并將傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)(電荷)寫入片中。如果要讀,先選中該片,然后發(fā)出讀信號(hào),開關(guān)合上,數(shù)據(jù)就被送出去了。注意圖4,讀和寫信號(hào)同時(shí)還接入到另一個(gè)存儲(chǔ)器,但是由于片選端不一樣,所以雖有讀或?qū)懶盘?hào),但沒(méi)有片選信號(hào),所以另一個(gè)存儲(chǔ)器不會(huì)“誤會(huì)”而開門,造成沖突。那么會(huì)不一樣時(shí)選中兩片芯片呢?只要是設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)就不會(huì),因?yàn)樗怯捎?jì)算控制的,而不是我們?nèi)藖?lái)控制的,如果真的出現(xiàn)同時(shí)出現(xiàn)選中兩片的情況,那就是電路出了故障了,這不在我們的討論之列。

從上面的介紹中我們已經(jīng)看到,用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)的八根線并不是專用的,而是很多器件大家共用的,所以我們稱之為數(shù)據(jù)總線,總線英文名為BUS,總即公交車道,誰(shuí)者能走。而十六根地址線也是連在一起的,稱之為地址總線。

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類

按功能能分為只讀和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器兩大類。所謂只讀,從字面上理解就是只能從里面讀,不能寫進(jìn)去,它類似于我們的書本,發(fā)到我們手回之后,我們只能讀里面的內(nèi)容,不能隨意更改書本上的內(nèi)容。只讀存儲(chǔ)器的英文縮寫為ROM(READ ONLY MEMORY)

所謂隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,即隨時(shí)能改寫,也能讀出里面的數(shù)據(jù),它類似于我們的黑板,我能隨時(shí)寫東西上去,也能用黑板擦擦掉重寫。隨機(jī)存儲(chǔ)器的英文縮寫為RAM(READ RANDOM MEMORY)這兩種存儲(chǔ)器的英文縮寫一定要記牢。

注意:所謂的只讀和隨機(jī)存取都是指在正常工作情況下而言,也就是在使用這塊存儲(chǔ)器的時(shí)候,而不是指制造這塊芯片的時(shí)候。不然,只讀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)是怎么來(lái)的呢?其實(shí)這個(gè)道理也很好理解,書本拿到我們手里是不能改了,能當(dāng)它還是原材料——白紙的時(shí)候,當(dāng)然能由印刷廠印上去了。

順便解釋一下其它幾個(gè)常見的概念。

PROM,稱之為可編程存儲(chǔ)器。這就象我們的練習(xí)本,買來(lái)的時(shí)候是空白的,能寫東西上去,可一旦寫上去,就擦不掉了,所以它只能用寫一次,要是寫錯(cuò)了,就報(bào)銷了。(現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰)

EPROM,稱之為紫外線擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器。它里面的內(nèi)容寫上去之后,如果覺(jué)得不滿意,能用一種特殊的辦法去掉后重寫,這就是用紫外線照射,紫外線就象“消字靈”,能把字去掉,然后再重寫。當(dāng)然消的次數(shù)多了,也就不靈光了,所以這種芯片能擦除的次數(shù)也是有限的——幾百次吧。(現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰)

EEPROM,也叫 E2PROM稱之為電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器,它和EEPROM類似,寫上去的東西也能擦掉重寫,但它要方便一些,不需要光照了,只要用電就能擦除或者重新改寫數(shù)據(jù),所以就方便許多,而且壽命也很長(zhǎng)(幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)次不等)。

FLASH,稱之為閃速存儲(chǔ)器,屬于EEPROM的改進(jìn)產(chǎn)品,它的最大特點(diǎn)是必須按塊(Block)擦除(每個(gè)區(qū)塊的大小不定,不同廠家的產(chǎn)品有不同的規(guī)格), 而EEPROM則可以一次只擦除一個(gè)字節(jié)(Byte)。FLASH現(xiàn)在常用于大容量存儲(chǔ),比如u盤

再次強(qiáng)調(diào),這里的所有的寫都不是指在正常工作條件下。不管是PROM還是EPROM,它們的寫都要有特殊的條件,一般我們用一種稱之為“編程器”的設(shè)備來(lái)做這項(xiàng)工作,一旦把它裝到它的工作位置,就不能隨便改寫了。



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