(玩電子) 電子技術學習與研究
當前位置:單片機教程網 >> 基礎教程 >> 瀏覽文章

曼联7号传奇:3課:單片機存儲器結構

作者:佚名   來源:本站原創   點擊數:x  更新時間:2007年08月16日   【字體:

曼联vs曼城 www.lybugk.com.cn 單片機內部存儲結構分析
   我們來思考一個問題,當我們在編程器中把一條指令寫進單片要內部,然后取下單片機,單片機就可以執行這條指令,那么這條指令一定保存在單片機的某個地方,并且這個地方在單片機掉電后依然可以保持這條指令不會丟失,這是個什么地方呢?這個地方就是單片機內部的只讀存儲器即ROM(READ ONLY MEMORY)。為什么稱它為只讀存儲器呢?剛才我們不是明明把兩個數字寫進去了嗎?原來在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備對ROM進行寫的操作,在單片機正常工作條件下,只能從那面讀,不能把數據寫進去,所以我們還是把它稱為ROM。

   數的本質和物理現象:我們知道,計算機能進行數學運算,這可令我們非常的難以理解,計算機嗎,我們雖不了解它的組成,但它總只是一些電子元器件,怎么能進行數學運算呢?我們做數學題如37+45是這樣做的,先在紙上寫37,然后在下面寫45,然后大腦運算,最后寫出結果,運算的原材料:37、45和結果:82都是寫在紙上的,計算機中又是放在什么地方呢?為了解決這個問題,先讓我們做一個實驗:這里有一盞燈,我們知道燈要么亮,要么不亮,就有兩種狀態,我們能用’0’和’1’來代替這兩種狀態,規定亮為’1’,不亮為’0’。現在放上兩盞燈,一共有幾種狀態呢?我們列表來看一下:

狀態
表達
0 0
0 1
1 0
1 1

  請大家自已寫上3盞燈的情況000 001 010 011 100 101 110 111

  我們來看,這個000,001,101 不就是我們學過的的二進制數嗎?本來,燈的亮和滅只是一種物理現象,可當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字了。讓我們再抽象一步,燈為什么會亮呢?看電路1,是因為輸出電路輸出高電平,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替代了。這樣,數字就和電平的高、低聯系上了。(請想一下,我們還看到過什么樣的類似的例程呢?(海軍之)燈語、旗語,電報,甚至紅、綠燈)

什么是位: 
  通過上面的實驗我們已經知道:一盞燈亮或者說一根線的電平的高低,能代表兩種狀態:0和1。實際上這就是一個二進制位,因此我們就把一根線稱之為一“位”,用BIT表示。

什么是字節:
  一根線能表于0和1,兩根線能表達00,01,10,11四種狀態,也就是能表于0到3,而三根能表達0-7,計算機中常常用8根線放在一起,同時計數,就能表過到0-255一共256種狀態。這8根線或者8位就稱之為一個字節(BYTE)。不要問我為什么是8根而不是其它數,因為我也不知道。(計算機世界是一本人造的世界,不是自然界,很多事情你無法問為什么,只能說:它是一種規定,大家在以后的學習過程中也要注意這個問題)

存儲器的工作原理:

1、存儲器構造

   存儲器就是用來存放數據的地方。它是利用電平的高低來存放數據的,也就是說,它存放的實際上是電平的高、低,而不是我們所習慣認為的1234這樣的數字,這樣,我們的一個謎團就解開了,計算機也沒什么神秘的嗎。


圖2

圖3

  讓我們看圖2。單片機里面都有這樣的存儲器,這是一個存儲器的示意圖:一個存儲器就象一個個的小抽屜,一個小抽屜里有八個小格子,每個小格子就是用來存放“電荷”的,電荷通過與它相連的電線傳進來或釋放掉,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。存儲器中的每個小抽屜就是一個放數據的地方,我們稱之為一個“單元”。

  有了這么一個構造,我們就能開始存放數據了,想要放進一個數據12,也就是00001100,我們只要把第二號和第三號小格子里存滿電荷,而其它小格子里的電荷給放掉就行了(看圖3)??墑俏侍獬隼戳?,看圖2,一個存儲器有好多單元,線是并聯的,在放入電荷的時候,會將電荷放入所有的單元中,而釋放電荷的時候,會把每個單元中的電荷都放掉,這樣的話,不管存儲器有多少個單元,都只能放同一個數,這當然不是我們所希望的,因此,要在結構上稍作變化,看圖2,在每個單元上有個控制線,我想要把數據放進哪個單元,就給一個信號這個單元的控制線,這個控制線就把開關打開,這樣電荷就能自由流動了,而其它單元控制線上沒有信號,所以開關不打開,不會受到影響,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據了,同樣,如果要某個單元中取數據,也只要打開對應的控制開關就行了。

2、存儲器譯碼
  那么,我們怎樣來控制各個單元的控制線呢?這個還不簡單,把每個單元元的控制線都引到集成電路的外面不就行了嗎?事情可沒那么簡單,一片27512存儲器中有65536個單元,把每根線都引出來,這個集成電路就得有6萬多個腳?不行,怎么辦?要想法減少線的數量。我們有一種辦法稱這為譯碼,簡單介紹一下:一根線能代表2種狀態,2根線能代表4種狀態,3根線能代表幾種,256種狀態又需要幾根線代表?8種,8根線,所以65536種狀態我們只需要16根線就能代表了。

(圖4)

3、存儲器的選片及總線的概念
   至此,譯碼的問題解決了,讓我們再來關注另外一個問題。送入每個單元的八根線是用從什么地方來的呢?它就是從計算機上接過來的,一般地,這八根線除了接一個存儲器之外,還要接其它的器件,如圖4所示。這樣問題就出來了,這八根線既然不是存儲器和計算機之間專用的,如果總是將某個單元接在這八根線上,就不好了,比如這個存儲器單元中的數值是0FFH另一個存儲器的單元是00H,那么這根線到底是處于高電平,還是低電平?豈非要打架看誰歷害了?所以我們要讓它們分離。辦法當然很簡單,當外面的線接到集成電路的管腳進來后,不直接接到各單元去,中間再加一組開關(參考圖4 )就行了。平時我們讓開關關閉著,如果確實是要向這個存儲器中寫入數據,或要從存儲器中讀出數據,再讓開關接通就行了。這組開關由三根引線選擇:讀控制端、寫控制端和片選端。要將數據寫入片中,先選中該片,然后發出寫信號,開關就合上了,并將傳過來的數據(電荷)寫入片中。如果要讀,先選中該片,然后發出讀信號,開關合上,數據就被送出去了。注意圖4,讀和寫信號同時還接入到另一個存儲器,但是由于片選端不一樣,所以雖有讀或寫信號,但沒有片選信號,所以另一個存儲器不會“誤會”而開門,造成沖突。那么會不一樣時選中兩片芯片呢?只要是設計好的系統就不會,因為它是由計算控制的,而不是我們人來控制的,如果真的出現同時出現選中兩片的情況,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看到,用來傳遞數據的八根線并不是專用的,而是很多器件大家共用的,所以我們稱之為數據總線,總線英文名為BUS,總即公交車道,誰者能走。而十六根地址線也是連在一起的,稱之為地址總線。

半導體存儲器的分類

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

所謂隨機存取存儲器,即隨時能改寫,也能讀出里面的數據,它類似于我們的黑板,我能隨時寫東西上去,也能用黑板擦擦掉重寫。隨機存儲器的英文縮寫為RAM(Random Access Memory)這兩種存儲器的英文縮寫一定要記牢。

注意:所謂的只讀和隨機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器的時候,而不是指制造這塊芯片的時候。不然,只讀存儲器中的數據是怎么來的呢?其實這個道理也很好理解,書本拿到我們手里是不能改了,能當它還是原材料——白紙的時候,當然能由印刷廠印上去了。

順便解釋一下其它幾個常見的概念。

  PROM,稱之為可編程存儲器。這就象我們的練習本,買來的時候是空白的,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,要是寫錯了,就報銷了。(現在已經被淘汰)

  EPROM,稱之為紫外線擦除的可編程只讀存儲器。它里面的內容寫上去之后,如果覺得不滿意,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。當然消的次數多了,也就不靈光了,所以這種芯片能擦除的次數也是有限的——幾百次吧。(現在已經被淘汰)

   EEPROM,也叫 E2PROM稱之為電可擦可編程只讀存儲器,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據,所以就方便許多,而且壽命也很長(幾萬到幾十萬次不等)。

  FLASH,稱之為閃速存儲器,屬于EEPROM的改進產品,它的最大特點是必須按塊(Block)擦除(每個區塊的大小不定,不同廠家的產品有不同的規格), 而EEPROM則可以一次只擦除一個字節(Byte)。FLASH現在常用于大容量存儲,比如u盤

  再次強調,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”的設備來做這項工作,一旦把它裝到它的工作位置,就不能隨便改寫了。

發表評論】【告訴好友】【收藏此文】【關閉窗口

文章評論

恩山论坛 赚钱宝 18年过年大街卖什么最赚钱 挖矿真能赚钱吗 车险定损怎么赚钱 wow幻化怎么赚钱的 快播彩票安卓 零花锁屏赚钱 开车干点啥赚钱呢 微信哈尔滨麻将群一毛 捕鱼达人iphone版 开什么样的饭店最赚钱 如何利用比特币的价差赚钱 同乐彩群 直播手游会赚钱吗 梦幻西游 69级怎么赚钱攻略 南京麻将技巧实例