2011-05-24 18:46:00 cyd191488039 阅读数 582
  • 《计算机体系结构 硬件篇2》之 存储器

    第一阶段:《计算机体系结构》课程 分成4篇:分别是硬件篇,软件篇,网络篇,行业篇 第二阶段:《嵌入式技术》课程 分成5部分:Linux基础,C语言基础,C语言,Linux系统编程/网络编程,8051单片机,单片机,linux嵌入式,安卓,项目

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单片机的存储器有程序存储器ROM与数据存储器RAM两种。 这两种存储器在使用上是严格区分的,不得混用。 程序存储器存放程序指令,以及常数,表格等;而数据存储器则存放缓冲数据。 MCS-51单片机存储器的结构共有3部分:一是程序存储器  二是内部数据存储器 三是外部数据存储器MCS-51单片机的存储器可分为5类:程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器程序存储器

  程序是控制计算机动作的一系列命令,单片机只认识由“0”和“1”代码构成的机器指令。如前述用助记符编写的命令MOV A,#20H,换成机器认识的代码74H、20H:(写成二进制就是01110100B和00100000B)。在单片机处理问题之前必须事先将编好的程序、表格、常数汇编成机器代码后存入单片机的存储器中,该存储器称为程序存储器。程序存储器可以放在片内或片外,亦可片内片外同时设置。由于PC程序计数器为16位,使得程序存储器可用16位二进制地址,因此,内外存储器的地址最大可从0000H到FFFFH。8051内部有4k字节的ROM,就占用了由0000H~0FFFH的最低4k个字节,这时片外扩充的程序存储器地址编号应由1000H开始,如果将8051当做8031使用,不想利用片内4kROM,全用片外存储器,则地址编号仍可由0000H开始。不过,这时应使8051的第{31}脚(即EA脚)保持低电平。当EA为高电平时,用户在0000H至0FFFH范围内使用内部ROM,大于0FFFH后,单片机CPU自动访问外部程序存储器。数据存储器

  单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。其最大容量可扩展到64k,用于存储实时输入的数据。8051内部有256个单元的内部数据存储器,其中00H~7FH为内部随机存储器RAM,80H~FFH为专用寄存器区。实际使用时应首先充分利用内部存储器,从使用角度讲,搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。因为将来在学习指令系统和程序设计时会经常用到它们。8051内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间,该空间被分为两部分,其中内部数据RAM的地址为00H~7FH(即0~127)。而用做特殊功能寄存器的地址为80H~FFH。在此256个字节中,还开辟有一个所谓“位地址”区,该区域内不但可按字节寻址,还可按“位(bit)”寻址。对于那些需要进行位操作的数据,可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器,每组占用8个RAM字节,记为R0~R7。究竟选用那一组寄存器,由前述标志寄存器中的RS1和RS0来选用。在这两位上放入不同的二进制数,即可选用不同的寄存器组。特殊功能寄存器

  特殊功能寄存器(SFR)的地址范围为80H~FFH。在MCS-51中,除程序计数器PC和四个工作寄存器区外,其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器,它们共占用了26个字节。各特殊功能寄存器的符号和地址见附表2。其中带*号的可位寻址。特殊功能寄存器反映了8051的状态,实际上是8051的状态字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。这些特殊功能寄存器大体上分为两类,一类与芯片的引脚有关,另一类作片内功能的控制用。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0~P3,它们实际上是4个八位锁存器(每个I/O口一个),每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MCS-51共有P0~P3四个这样的并行口,可提供32根I/O线,每根线都是双向的,并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中,累加器A、标志寄存器PSW、数据指针DPTR等的功能前已提及,而另一些寄存器的功能在后面有关部分再作进一步介绍。地址空间  要保证多个应用程序同时处于内存中并且不互相影响,则需要解决两个问题:保护和重定位。我们来看一个原始的对前者的解决办法,它曾被用在IBM 360上:给内存块标记上一个保护键,并且比较执行进程的键和其访问的每个内存字的保护键。然而,这种方法本身并没有解决后一个问题,虽然这个问题可以通过在程序被装载时重定位程序来解决,但这是一个缓慢且复杂的解决方法。

  一个更好的办法是创造一个新的内存抽象:地址空间。就像进程的概念创造了一类抽象的CPU以运行程序一样,地址空间为程序创造了一种抽象的内存。地址空间是一个进程可用于寻址内存的一套地址集合。每个进程都有一个自己的地址空间,并且这个地址空间独立于其他进程的地址空间(除了在一些特殊情况下进程需要共享它们的地址空间外)。

  地址空间的概念非常通用,并且在很多场合中出现。比如电话号码,在美国和很多其他国家,一个本地电话号码通常是一个7位的数字。因此,电话号码的地址空间是从0 000 000到9 999 999,虽然一些号码并没有被使用,比如以000开头的号码。随着手机、调制解调器和传真机数量的增长,这个空间变得越来越不够用了,从而导致需要使用更多位数的号码。Pentium的I/O端口的地址空间从0到16 383。IPv4的地址是32位的数字,因此它们的地址空间从0到232-1(也有一些保留数字)。

  地址空间可以不是数字的。一套“.com”的互联网域名也是地址空间。这个地址空间是由所有包含2~63个字符并且后面跟着“.com”的字符串组成的,组成这些字符串的字符可以是字母、数字和连字符。到现在你应该已经明白地址空间的概念了。它是很简单的。外部存储器 软盘、硬盘、光盘、U盘都是外部存储器。

   从冯.诺依曼的存储程序工作原理及计算机的组成来说,计算机分为运算器、控制器、存储器和输入/输出设备,这里的存储器就是指内存,而硬盘属于输入/输出设备。

   CPU运算所需要的程序代码和数据来自于内存,内存中的东西则来自于硬盘。所以硬盘并不直接与CPU打交道。

   硬盘相对于内存来说就是外部存储器。

   存储器是用来存储器数据的,内存有告诉缓存和内存,计算机内部存储,外存就是类似U盘的外部存储,内存储器 速度快 价格贵,容量小,断电 后内存内数据会丢失。

   外存储器 单位价格低,容量大, 速度慢, 断电后数据不会丢失。

2008-01-17 16:04:00 mybirdsky 阅读数 1809
  • 《计算机体系结构 硬件篇2》之 存储器

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2006-05-08 23:15:16

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51单片机存储器的基本结构及工作原理

第一个问题:单片机的外部结构怎样呢?

拿到一块芯片,想要使用它,首先必须要知道怎样连线,我们“新动力2004”单片机学习套件用的一块称之为89S51的芯片,下面我们就看一下如何给它连线。

1、 电源:这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源,其中正极接40引脚,负极(地)接20引脚。

2、 振蒎电路:单片机是一种时序电路,必须提供脉冲信号才能正常工作,在单片机内部已集成了振荡器,使用晶体振荡器,接18、19脚。只要买来晶振,电容,连上就可以了,按“新动力2004版”实验部份原理图接上即可。

3、复位引脚:按“新动力2004版”实验部份原理图中接法连好,至于复位是何含义及为何需要复要复位,复位章节中已做介绍。

4、 EA引脚:EA引脚接到正电源端。 至此,一个单片机就接好,通上电,单片机就开始工作了。

注:上述讲的是单片机最小应用系统图,朋友们在书让随便找本书都有,也以参考“新动力2004版”实验部份原理图。

这里我就不再画了。

第二个问题:单片机的工作任务分析

我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED,显然,这个LED必须要和单片机的某个引脚相连,否则单片机就没法控制它了,那么和哪个引脚相连呢?单片机上除了刚才用掉的5个引脚,还有35个,我们将这个LED和1脚相连。

按照“新动力2004版”实验部份原理图的接法,当1脚是高电平时,LED不亮,只有1脚是低电平时,LED才发亮。因此要1脚我们要能够控制,也就是说,我们要能够让1引脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制1脚,就得给它起个名字,总不能就叫它一脚吧?叫它什么名字呢?设计51芯片的INTEL公司已经起好了,就叫它P1.0,这是规定,不可以由我们来更改。

名字有了,我们又怎样让它变--高--或变--低--呢?叫人做事,说一声就可以,这叫发布命令,要计算机做事,也得要向计算机发命令,计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个引脚输出高电平的指令是SETB,让一个引脚输出低电平的指令是CLR。因此,我们要P1.0输出高电平,只要写SETB P1.0,要P1.0输出低电平,只要写 CLR P1.0就可以了。

现在我们已经有办法让计算机去将P1.0输出高或低电平了,但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢?总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题,还得有几步要走。

第一步:计算机看不懂SETB CLR之类的指令,我们得把指令翻译成计算机能懂的方式,再让计算机去读。计算机能懂什么呢?它只懂一样东西——数字。因此我们得把SETB P1.0变为(D2H,90H ),把CLR P1.0变为 (C2H,90H ),至于为什么是这两个数字,这也是由51芯片的设计者--INTEL规定的,我们不去研究。

第二步:在得到这两个数字后,怎样让这两个数字进入单片机的内部呢?这要借助于一个硬件工具"编程器"。本站开发的“新动力2004版”集编程器和实验板于一体。大家可以参考一下,如想购买请进入看看!

我们将“新动力2004”学习套件与电脑连好,运行编程器的软件,然后在编缉区内写入(D2H,90H)见图2,写入……好,拿下片子,把片子插入学习套件的实验板,接通电源……什么?灯不亮?这就对了,因为我们写进去的指令就是让P1.0输出高电平,灯当然不亮,要是亮就错了。现在我们再拨下这块芯片,重新放回到编程器上,将编缉区的内容改为(C2H,90H),也就是CLR P1.0,写片,拿下片子,把片子插进实验板,接电,好,灯亮了。因为我们写入的(CLR P1.0)就是让P1.0输出低电平的指令。这样我们看到,硬件电路的连线没有做任何改变,只要改变写入单片机中的内容,就可以改变电路的输出效果。

第三个问题:单片机内部结构分析

我们来思考一个问题,当我们在编程器中把一条指令写进单片机内部,然后取下单片机,单片机就可以执行这条指令,那么这条指令一定保存在单片机的某个地方,并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失,这是个什么地方呢?这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM(READ ONLY MEMORY)。为什么称它为只读存储器呢?刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗?原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM,称为FLASH ROM,刚才我们是用的编程器,在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作,在单片机正常工作条件下,只能从那面读,不能把数据写进去,所以我们还是把它称为ROM

下面分别介绍各组成部份硬件的结构,工作原理和操作方法:

存储器 :

8031单片机有4个存储器空间,分别用来安排4种不同功用的存储器:
一/内部数据存储器;二/特殊功能寄存器;三/程序存储器;四/外部数据存储器。
内部数据存储器和特殊功能寄存器集成于片内,程序存储器和外部数据存储器则安排在
片外,用接口电路与单片机连接。4种存储器中,除内部数据存储器和特殊功能寄存器是统一编址的除外,各存储器均分开编址,并用不完全相同的寻址方式来访问它们。


RAM,共128字节,地址范围为00H一7FH,见下图2。前32个单元(地址00H一1FH)称为寄存器区。其中,每8个寄存器形成-个寄存器组。具体说来:
寄存器0组 地址00H一07H
寄存器1组 地址08H一0FH
寄存器2组 地址10H一17H

寄存器3组 地址18H一1FH

图2 内部数据存储器结构

通过对特殊功能寄存器PSW中RS1、RS0两位的编程设置),可选择任一寄存器组为工作寄存器组,方法如下:
RS1 RSO 所选中的寄存器组
0 0 选中的寄存器0组
0 1 选中的寄存器1组
1 0 选中的寄存器2组
1 1 选中的寄存器3组
当某一组被设定成工作寄存器组后,该组中的8个寄存器,从低地址到高地址就分别称为Ro-R7,从而可以把它们用作通用寄存器,并可按寄存器寻址方式被访问。一旦工作寄存器组被指定后,另外三组寄存器则同其它数据RAM一样,只能按字节地址被予以读写。
字节地址20H到2FH称为位地址区,共有16个字节,计128位,每位都有相应的位地址,位地址范围为00H一7FH,见图3。通过位寻址,可以对各位进行位操作。由此可见,8031单片机有着相当出色的位处理能力。

内部数据RAM中,既有字节地址,又有位地址,两者的地址范围都是00H一7FH,这在数据操作时应加以注意。内部数据RAM通常用来存放运算过程的中间值,并用作堆栈区。

程序存储器

MCS-51单片机具有64K字节的程序存储器空间。其中,8051或8751在片内各有4K字节的程序存储器ROM或EPROM,并处于这一空间的最低地址区。8031片内没有程序存储器,必须在外部扩展程序存储器才能构成单片机应用电路。扩展容量可为64K字节中的任一容量,并且常用EPROM或E2PROM的形式(扩展方法见第四章)。 程序存储器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口地址:
地址 用途
0000H 复位操作后的程序入口
0003H 外部中断0服务程序入口
000BH 定时器0中断服务程序入口
0013H 外部中断1服务程序入口
001BH 定时器1中断服务程序入口
0023H 串行I/O中断服务程序入口
在编程时,通常在这些入口地址开始的二三个地址单元中,放入一条转移类指令,以使相应的程序在指定的程序存储器区域中生成。例如,从000阳地址单元开始,放入一条转移到3000H地址单元的转移类指令,定时器0的中断服务程序就可从3000H地址单元开始安排。又如,定时器l的中断服务程序非常短,不会占用到0023H地址单元,或者串行I/O中断根本就没被使用,那么001BH就可以直接作为定时器1中断服务程序的首地址,而不必安排转移类指令。
程序存储器用来存放固化了的用户程序,取指地址由程序计数器PC给出,PC具有自动加l的功能,从而在无转移类指令的条件下,指令被逐一执行。转移类指令可改变PC值,使程序得以转移。程序存储器中也可固化一片数据区,存放被查阅的表格和参数等。

外部数据存储器

外部数据存储器又称为外部数据RAM,当803l片内128个字节的数据RAM不能满足数量上的要求时,可通过总线端口和其它I/O端口扩展外部数据RAM(扩展方法见相关章节),其最大容量可达64K字节。外部数据RAM与内部数据RAM的功用基本相同,但前者不能进行堆栈操作。
当803l单片机同时外接有程序存储器和数据存储器时,两者的区别在于:程序存储器只有读操作而无写操作,且读操作信号由引脚PSEN直接提供;数据存储器则有读写操作,且由引脚信号RD和WR选通读写操作。对片内RAM和片外RAM操作的区别在于:片内RAM操作时无读写信号产生,片外RAM操作时则有读写信号(RD,WR)产生。上面是不同的存储器操作在硬件信号方面的区别,这些反映在符号指令上则是有着完全不同的符号形式和寻址方式.

存储器的数据操作

1.程序存储器的数据操作
只有读操作。除由PC直接寻址,以执行各条指令外,还可用FC或DPTR作变址寻址。例如,若DPTR=2000H,A=20H,则指令MOVC A,@A十DPTR完成了把程序存储器2020H单元中的内容送入A中的操作。这种数据操作方式通常用来查阅程序存储器中的数据表格。

2.外部数据RAM的数据操作
可进行读写操作。用DPTR或工作寄存器组中的Ro或R1作寄存器间接寻址。当用RO或R1作寄存器间接寻址时,由P2端口提供高8位地址,R0或R1提供低8位地址。 例1 MOVX A, @DPTR ;外部数据RAM中以DPTR为地址中的内容 ----A
例2 MOV P2, #20H ;数20H ----P2
MOV R0, #30H ;数30H ----R0
MOVX @R0, A ;A ---- 外部数据RAM中2030H单元

3.内部数据RAM的数据操作
可进行读写操作。按直接字节地址作直接寻址或用工作寄存器组中的R0或R1作寄存器间接寻址。
例1 MOV 35H,#64H ;数64H送入片内RAM35H单元
例2 MOV R0 ,#40H ;数40H ----R0
MOV A ,@Ro ;内部数据RAM中40H地址中的内容 ----A


4.特殊功能寄存器SFR的数据操作
可进行读写操作。只能用直接寻址方式对给出地址的SFR作数据操作。
例1 MOV P1 ,#55H ;数55H经P1端口输出
例2 MOV A ,P0 ;把Po端口上的数据输入到A
例3 MOV PSW,#10H ;数10H ----PSW,从而使RS1=1,RS0=O,实现了选中第2组寄存器为工作寄存器的操作(此操作还清掉了PSW其它各标志位)


5.位地址空间的数据操作
可进行读写操作。采用直接位寻址方式对位地址中的数据作位操作。
例1 SETB 20H ;"1" ----片内RAM20H位地址单元
创2 SETB EA ;"1" ----SFR中的EA位(由图可见,EA的位地址为AFH)
803l单片机4种存储空间的主要特点及数据操作方式可归纳如下表所示。关于数据操作方法,在下面的章节中还会详细讨论

8031的存储器特点及数据操作
 
容量
地 址
寻址方式
操作例子
字节地址
位地址
外部程序存储器 最大64KB 0000H~FFFFH PC间址,DPTR问址 MOVC A,@A+DPTR
外部数据存储器
最小64KB 0000H~FFFFH P2Ri间址,DPTR间址 MOVX A,@R0;
MOVX @DPTR,A
内部数据存储器
128字节 00H~7FH 00H~7FH 直接寻址,Ri间址,位寻址

MOV 50H,#32H,
MOV @R1,A

SETB 44H

特殊功能寄存器
21字节 80H~FFH(不连续) 80H~FFH(不连续) 直接寻址,位寻址 MOV A,90H
CLR B0H

需要指出的是,单片机中的存储器结构与数据操作方法,是应用单片机的基础,必须了解得十分清楚。 

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2015-12-24 21:52:19 ls667 阅读数 3194
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存储器分为程序存储器(ROM)和数据存储器(RAM),两种又都可以分为片内和片外,片外即需要自己在单片机外部扩展。

8051单片机的片内程序存储器有4K,片内数据存储器有256个字节,其中又分为高128字节位特殊功能寄存器区,真正用户能用的RAM只有低128字节。

8052单片机有8K片内程序存储器,而数据存储器除了低128字节外还有扩展的高128字节,地址上跟特殊功能寄存器一样,但物理上是独立的,寻址方式不一样,扩展的高128字节只能间接寻址。


Keil中变量的存储类型:

存储类型

说明

code

程序空间(无需改变的变量)

data

直接访问的内部数据存储器(速度最快)

idata

间接访问的内部数据存储器(可以访问全部256字节RAM)

bdata

可位寻址的内部数据存储器

xdata

外部数据寄存器(最大64K)

pdata

分页的外部数据寄存器(最大256字节,少用)

【如无使用关键字,系统则按默认处理(根据存储模式)】

Keil中的存储模式:

存储模式

说明

Small

变量默认为data型,最大128字节

Compare

变量默认为pdata型,最大256字节

Large

变量默认为xdata型,最大64K

Keil中设置如下图:



我们平常使用的STC单片机,有很多型号,具体存储器大小都要看型号:


【89/90系列的机器周期需要12个或6个时钟周期】


【12/15系列的机器周期只需要1个时钟周期】


51单片机上的FFT算法

最近用增强型51单片机做了一个简易的点阵音乐频谱显示器,最主要是自己刚学完信号处理课程,想自己写一个FFT算法。现将已经能够在51单片机上运行的FFT算法供需要的伙伴们参考。

在51单片机上运行FFT算法,需要注意一下几点:

由于51单片机的内存RAM很小,只有128字节,52有256字节,而16点的浮点数输入,就需要2*4*16=128字节的内存开销,所以只有256字节的做多只能做16点的FFT运算。而且必须要用idata定义才能将其定义在高128字节。所以要做16点以上的FFT运算,必须选用有内部扩展RAM的51系列单片机,然后用xdata定义,并且要将存储模式设为LARGE模式。


2018-09-08 10:27:33 qq_38405680 阅读数 2909
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单片机内部存储结构分析 
   我们来思考一个问题,当我们在编程器中把一条指令写进单片要内部,然后取下单片机,单片机就可以执行这条指令,那么这条指令一定保存在单片机的某个地方,并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失,这是个什么地方呢?这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM(READ ONLY MEMORY)。为什么称它为只读存储器呢?刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗?原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM,称为FLASH ROM,刚才我们是用的编程器,在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作,在单片机正常工作条件下,只能从那面读,不能把数据写进去,所以我们还是把它称为ROM。

   数的本质和物理现象:我们知道,计算机能进行数学运算,这可令我们非常的难以理解,计算机吗,我们虽不了解它的组成,但它总只是一些电子元器件,怎么能进行数学运算呢?我们做数学题如37+45是这样做的,先在纸上写37,然后在下面写45,然后大脑运算,最后写出结果,运算的原材料:37、45和结果:82都是写在纸上的,计算机中又是放在什么地方呢?为了解决这个问题,先让我们做一个实验:这里有一盏灯,我们知道灯要么亮,要么不亮,就有两种状态,我们能用’0’和’1’来代替这两种状态,规定亮为’1’,不亮为’0’。现在放上两盏灯,一共有几种状态呢?我们列表来看一下:

 

状态

表达

0 0

0 1

1 0

1 1


  请大家自已写上3盏灯的情况000 001 010 011 100 101 110 111

 

  我们来看,这个000,001,101 不就是我们学过的的二进制数吗?本来,灯的亮和灭只是一种物理现象,可当我们把它们按一按的次序排更好后,灯的亮和灭就代表了数字了。让我们再抽象一步,灯为什么会亮呢?看电路1,是因为输出电路输出高电平,给灯通了电。因此,灯亮和灭就能用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样,数字就和电平的高、低联系上了。(请想一下,我们还看到过什么样的类似的例程呢?(海军之)灯语、旗语,电报,甚至红、绿灯)

什么是位: 
  通过上面的实验我们已经知道:一盏灯亮或者说一根线的电平的高低,能代表两种状态:0和1。实际上这就是一个二进制位,因此我们就把一根线称之为一“位”,用BIT表示。

什么是字节:
  一根线能表于0和1,两根线能表达00,01,10,11四种状态,也就是能表于0到3,而三根能表达0-7,计算机中常常用8根线放在一起,同时计数,就能表过到0-255一共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节(BYTE)。不要问我为什么是8根而不是其它数,因为我也不知道。(计算机世界是一本人造的世界,不是自然界,很多事情你无法问为什么,只能说:它是一种规定,大家在以后的学习过程中也要注意这个问题)

存储器的工作原理:

1、存储器构造

   存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的,也就是说,它存放的实际上是电平的高、低,而不是我们所习惯认为的1234这样的数字,这样,我们的一个谜团就解开了,计算机也没什么神秘的吗。

 

 

存储器结构图 
图2

单片机存储器结构图 
图3


  让我们看图2。单片机里面都有这样的存储器,这是一个存储器的示意图:一个存储器就象一个个的小抽屉,一个小抽屉里有八个小格子,每个小格子就是用来存放“电荷”的,电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉,至于电荷在小格子里是怎样存的,就不用我们操心了,你能把电线想象成水管,小格子里的电荷就象是水,那就好理解了。存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方,我们称之为一个“单元”。

 

 

  有了这么一个构造,我们就能开始存放数据了,想要放进一个数据12,也就是00001100,我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷,而其它小格子里的电荷给放掉就行了(看图3)。可是问题出来了,看图2,一个存储器有好多单元,线是并联的,在放入电荷的时候,会将电荷放入所有的单元中,而释放电荷的时候,会把每个单元中的电荷都放掉,这样的话,不管存储器有多少个单元,都只能放同一个数,这当然不是我们所希望的,因此,要在结构上稍作变化,看图2,在每个单元上有个控制线,我想要把数据放进哪个单元,就给一个信号这个单元的控制线,这个控制线就把开关打开,这样电荷就能自由流动了,而其它单元控制线上没有信号,所以开关不打开,不会受到影响,这样,只要控制不一样单元的控制线,就能向各单元写入不一样的数据了,同样,如果要某个单元中取数据,也只要打开对应的控制开关就行了。

2、存储器译码
  那么,我们怎样来控制各个单元的控制线呢?这个还不简单,把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗?事情可没那么简单,一片27512存储器中有65536个单元,把每根线都引出来,这个集成电路就得有6万多个脚?不行,怎么办?要想法减少线的数量。我们有一种办法称这为译码,简单介绍一下:一根线能代表2种状态,2根线能代表4种状态,3根线能代表几种,256种状态又需要几根线代表?8种,8根线,所以65536种状态我们只需要16根线就能代表了。存储器译码

(图4)

3、存储器的选片及总线的概念
   至此,译码的问题解决了,让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢?它就是从计算机上接过来的,一般地,这八根线除了接一个存储器之外,还要接其它的器件,如图4所示。这样问题就出来了,这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的,如果总是将某个单元接在这八根线上,就不好了,比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H,那么这根线到底是处于高电平,还是低电平?岂非要打架看谁历害了?所以我们要让它们分离。办法当然很简单,当外面的线接到集成电路的管脚进来后,不直接接到各单元去,中间再加一组开关(参考图4 )就行了。平时我们让开关关闭着,如果确实是要向这个存储器中写入数据,或要从存储器中读出数据,再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择:读控制端、写控制端和片选端。要将数据写入片中,先选中该片,然后发出写信号,开关就合上了,并将传过来的数据(电荷)写入片中。如果要读,先选中该片,然后发出读信号,开关合上,数据就被送出去了。注意图4,读和写信号同时还接入到另一个存储器,但是由于片选端不一样,所以虽有读或写信号,但没有片选信号,所以另一个存储器不会“误会”而开门,造成冲突。那么会不一样时选中两片芯片呢?只要是设计好的系统就不会,因为它是由计算控制的,而不是我们人来控制的,如果真的出现同时出现选中两片的情况,那就是电路出了故障了,这不在我们的讨论之列。

   从上面的介绍中我们已经看到,用来传递数据的八根线并不是专用的,而是很多器件大家共用的,所以我们称之为数据总线,总线英文名为BUS,总即公交车道,谁者能走。而十六根地址线也是连在一起的,称之为地址总线。

半导体存储器的分类

  按功能能分为只读和随机存取存储器两大类。所谓只读,从字面上理解就是只能从里面读,不能写进去,它类似于我们的书本,发到我们手回之后,我们只能读里面的内容,不能随意更改书本上的内容。只读存储器的英文缩写为ROM(READ ONLY MEMORY)

所谓随机存取存储器,即随时能改写,也能读出里面的数据,它类似于我们的黑板,我能随时写东西上去,也能用黑板擦擦掉重写。随机存储器的英文缩写为RAM(Random Access Memory)这两种存储器的英文缩写一定要记牢。

注意:所谓的只读和随机存取都是指在正常工作情况下而言,也就是在使用这块存储器的时候,而不是指制造这块芯片的时候。不然,只读存储器中的数据是怎么来的呢?其实这个道理也很好理解,书本拿到我们手里是不能改了,能当它还是原材料——白纸的时候,当然能由印刷厂印上去了。

顺便解释一下其它几个常见的概念

  PROM,称之为可编程存储器。这就象我们的练习本,买来的时候是空白的,能写东西上去,可一旦写上去,就擦不掉了,所以它只能用写一次,要是写错了,就报销了。(现在已经被淘汰)

  EPROM,称之为紫外线擦除的可编程只读存储器。它里面的内容写上去之后,如果觉得不满意,能用一种特殊的办法去掉后重写,这就是用紫外线照射,紫外线就象“消字灵”,能把字去掉,然后再重写。当然消的次数多了,也就不灵光了,所以这种芯片能擦除的次数也是有限的——几百次吧。(现在已经被淘汰)

   EEPROM,也叫 E2PROM称之为电可擦可编程只读存储器,它和EEPROM类似,写上去的东西也能擦掉重写,但它要方便一些,不需要光照了,只要用电就能擦除或者重新改写数据,所以就方便许多,而且寿命也很长(几万到几十万次不等)。

  FLASH,称之为闪速存储器,属于EEPROM的改进产品,它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定,不同厂家的产品有不同的规格), 而EEPROM则可以一次只擦除一个字节(Byte)。FLASH现在常用于大容量存储,比如u盘

  再次强调,这里的所有的写都不是指在正常工作条件下。不管是PROM还是EPROM,它们的写都要有特殊的条件,一般我们用一种称之为“编程器”的设备来做这项工作,一旦把它装到它的工作位置,就不能随便改写了。

 

 

 

转载自——电子开发网

 

 

 

2016-10-09 12:30:27 suneastxo 阅读数 257
  • 《计算机体系结构 硬件篇2》之 存储器

    第一阶段:《计算机体系结构》课程 分成4篇:分别是硬件篇,软件篇,网络篇,行业篇 第二阶段:《嵌入式技术》课程 分成5部分:Linux基础,C语言基础,C语言,Linux系统编程/网络编程,8051单片机,单片机,linux嵌入式,安卓,项目

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单片机内部存储结构分析
   我们来思考一个问题,当我们在编程器中把一条指令写进单片要内部,然后取下单片机,单片机就可以执行这条指令,那么这条指令一定保存在单片机的某个地方, 并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失,这是个什么地方呢?这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM(READ ONLY MEMORY)。为什么称它为只读存储器呢?刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗?原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM,称为FLASH ROM,刚才我们是用的编程器,在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作,在单片机正常工作条件下,只能从那面读,不能把数据写进去,所以我们还是 把它称为ROM。

   数的本质和物理现象:我们知道,计算机能进行数学运算,这可令我们非常的难以理解,计算机吗,我们虽不了解它的组成,但它总只是一些电子元器件,怎么能进 行数学运算呢?我们做数学题如37+45是这样做的,先在纸上写37,然后在下面写45,然后大脑运算,最后写出结果,运算的原材料:37、45和结 果:82都是写在纸上的,计算机中又是放在什么地方呢?为了解决这个问题,先让我们做一个实验:这里有一盏灯,我们知道灯要么亮,要么不亮,就有两种状 态,我们能用’0’和’1’来代替这两种状态,规定亮为’1’,不亮为’0’。现在放上两盏灯,一共有几种状态呢?我们列表来看一下:

状态
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表达
0 0
0 1
1 0
1 1

  请大家自已写上3盏灯的情况000 001 010 011 100 101 110 111

  我们来看,这个000,001,101 不就是我们学过的的二进制数吗?本来,灯的亮和灭只是一种物理现象,可当我们把它们按一按的次序排更好后,灯的亮和灭就代表了数字了。让我们再抽象一步, 灯为什么会亮呢?看电路1,是因为输出电路输出高电平,给灯通了电。因此,灯亮和灭就能用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样,数字就和电平的 高、低联系上了。(请想一下,我们还看到过什么样的类似的例程呢?(海军之)灯语、旗语,电报,甚至红、绿灯)

什么是位: 
  通过上面的实验我们已经知道:一盏灯亮或者说一根线的电平的高低,能代表两种状态:0和1。实际上这就是一个二进制位,因此我们就把一根线称之为一“位”,用BIT表示。

什么是字节:
  一根线能表于0和1,两根线能表达00,01,10,11四种状态,也就是能表于0到3,而三根能表达0-7,计算机中常常用8根线放在一起,同时计数, 就能表过到0-255一共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节(BYTE)。不要问我为什么是8根而不是其它数,因为我也不知道。(计算机世 界是一本人造的世界,不是自然界,很多事情你无法问为什么,只能说:它是一种规定,大家在以后的学习过程中也要注意这个问题)

存储器的工作原理:

1、存储器构造

   存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的,也就是说,它存放的实际上是电平的高、低,而不是我们所习惯认为的1234这样的数字,这样,我们的一个谜团就解开了,计算机也没什么神秘的吗。

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图2
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图3

  让我们看图2。单片机里面都有这样的存储器,这是一个存储器的示意图:一个存储器就象一个个的小抽屉,一个小抽屉里有八个小格子,每个小格子就是用来存放 “电荷”的,电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉,至于电荷在小格子里是怎样存的,就不用我们操心了,你能把电线想象成水管,小格子里的电荷就象是水, 那就好理解了。存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方,我们称之为一个“单元”。

  有了这么一个构造,我们就能开始存放数据了,想要放进一个数据12,也就是00001100,我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷,而其它小格子里 的电荷给放掉就行了(看图3)。可是问题出来了,看图2,一个存储器有好多单元,线是并联的,在放入电荷的时候,会将电荷放入所有的单元中,而释放电荷的 时候,会把每个单元中的电荷都放掉,这样的话,不管存储器有多少个单元,都只能放同一个数,这当然不是我们所希望的,因此,要在结构上稍作变化,看图2, 在每个单元上有个控制线,我想要把数据放进哪个单元,就给一个信号这个单元的控制线,这个控制线就把开关打开,这样电荷就能自由流动了,而其它单元控制线 上没有信号,所以开关不打开,不会受到影响,这样,只要控制不一样单元的控制线,就能向各单元写入不一样的数据了,同样,如果要某个单元中取数据,也只要 打开对应的控制开关就行了。

2、存储器译码
  那么,我们怎样来控制各个单元的控制线呢?这个还不简单,把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗?事情可没那么简单,一片27512存储器 中有65536个单元,把每根线都引出来,这个集成电路就得有6万多个脚?不行,怎么办?要想法减少线的数量。我们有一种办法称这为译码,简单介绍一下: 一根线能代表2种状态,2根线能代表4种状态,3根线能代表几种,256种状态又需要几根线代表?8种,8根线,所以65536种状态我们只需要16根线 就能代表了。

单片机存储器结构(zz) - Lexlin - lexlin的博客(图4)

3、存储器的选片及总线的概念
   至此,译码的问题解决了,让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢?它就是从计算机上接过来的,一般地,这八根线除了接一 个存储器之外,还要接其它的器件,如图4所示。这样问题就出来了,这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的,如果总是将某个单元接在这八根线上,就不好 了,比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H,那么这根线到底是处于高电平,还是低电平?岂非要打架看谁历害了?所以我们要让它 们分离。办法当然很简单,当外面的线接到集成电路的管脚进来后,不直接接到各单元去,中间再加一组开关(参考图4 )就行了。平时我们让开关关闭着,如果确实是要向这个存储器中写入数据,或要从存储器中读出数据,再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择:读控制 端、写控制端和片选端。要将数据写入片中,先选中该片,然后发出写信号,开关就合上了,并将传过来的数据(电荷)写入片中。如果要读,先选中该片,然后发 出读信号,开关合上,数据就被送出去了。注意图4,读和写信号同时还接入到另一个存储器,但是由于片选端不一样,所以虽有读或写信号,但没有片选信号,所 以另一个存储器不会“误会”而开门,造成冲突。那么会不一样时选中两片芯片呢?只要是设计好的系统就不会,因为它是由计算控制的,而不是我们人来控制的, 如果真的出现同时出现选中两片的情况,那就是电路出了故障了,这不在我们的讨论之列。

   从上面的介绍中我们已经看到,用来传递数据的八根线并不是专用的,而是很多器件大家共用的,所以我们称之为数据总线,总线英文名为BUS,总即公交车道,谁者能走。而十六根地址线也是连在一起的,称之为地址总线。

半导体存储器的分类

  按功能能分为只读和随机存取存储器两大类。所谓只读,从字面上理解就是只能从里面读,不能写进去,它类似于我们的书本,发到我们手回之后,我们只能读里面的内容,不能随意更改书本上的内容。只读存储器的英文缩写为ROM(READ ONLY MEMORY)

所谓随机存取存储器,即随时能改写,也能读出里面的数据,它类似于我们的黑板,我能随时写东西上去,也能用黑板擦擦掉重写。随机存储器的英文缩写为RAM(Random Access Memory)这两种存储器的英文缩写一定要记牢。

注意:所谓的只读和随机存取都是指在正常工作情况下而言,也就是在使用这块存储器的时候,而不是指制造这块芯片的时候。不然,只读存储器中的数据是 怎么来的呢?其实这个道理也很好理解,书本拿到我们手里是不能改了,能当它还是原材料——白纸的时候,当然能由印刷厂印上去了。

顺便解释一下其它几个常见的概念

  PROM,称之为可编程存储器。这就象我们的练习本,买来的时候是空白的,能写东西上去,可一旦写上去,就擦不掉了,所以它只能用写一次,要是写错了,就报销了。(现在已经被淘汰)

  EPROM,称之为紫外线擦除的可编程只读存储器。它里面的内容写 上去之后,如果觉得不满意,能用一种特殊的办法去掉后重写,这就是用紫外线照射,紫外线就象“消字灵”,能把字去掉,然后再重写。当然消的次数多了,也就 不灵光了,所以这种芯片能擦除的次数也是有限的——几百次吧。(现在已经被淘汰)

   EEPROM,也叫 E2PROM称之为电可擦可编程只读存储器,它和EEPROM类似,写上去的东西也能擦掉重写,但它要方便一些,不需要光照了,只要用电就能擦除或者重新改写数据,所以就方便许多,而且寿命也很长(几万到几十万次不等)。

  FLASH,称之为闪速存储器,属于EEPROM的改进产品,它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定,不同厂家的产品有不同的规格), 而EEPROM则可以一次只擦除一个字节(Byte)。FLASH现在常用于大容量存储,比如u盘

  再次强调,这里的所有的写都不是指在正常工作条件下。不管是PROM还是EPROM,它们的写都要有特殊的条件,一般我们用一种称之为“编程器”的设备来做这项工作,一旦把它装到它的工作位置,就不能随便改写了

单片机存储器结构

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