51单片机之内部存储结构分析

出处:互联网 发布于:2020-08-18 14:53:26

  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)。

  01

  为什么称它为只读存储器?

  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。

  02

  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,   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:

  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)

  03

  什么是位?什么是字节?

  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。

  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)

  04

  存储器的工作原理

  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。

  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。

  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。


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