存储器的存储原理

存储器的存储原理

   存储器：用来存放计算机中的所有信息：包括程序、原始数据、运算的中间结果及最终结果等。 
      只读存储器（ROM）：只读存储器在使用时，只能读出而不能写入，断电后ROM中的信息不会丢失。因此一般用来存放一些固定程序，如监控程序、子程序、字库及数据表等。ROM按存储信息的方法又可分为以下几种：
      1、掩膜ROM：
      掩膜ROM也称固定ROM，它是由厂家编好程序写入ROM（称固化）供用户使用，用户不能更改内部程序，其特点是价格便宜。
      2、可编程的只读存储器（PROM）：
      它的内容可由用户根据自已所编程序一次性写入，一旦写入，只能读出，而不能再进行更改，这类存储器现在也称为OTP（Only Time Programmable）。
      3、可改写的只读存储器EPROM：
      前两种ROM只能进行一次性写入，因而用户较少使用，目前较为流行的ROM芯片为EPROM。因为它的内容可以通过紫外线照射而彻底擦除，擦除后又可重新写入新的程序。
      4、可电改写只读存储器（EEPROM）：
      EEPROM可用电的方法写入和清除其内容，其编程电压和清除电压均与微机CPU的5V工作电压相同，不需另加电压。它既有与RAM一样读写操作简便，又有数据不会因掉电而丢失的优点，因而使用极为方便。现在这种存储器的使用最为广泛。
      随机存储器（RAM）：
      这种存储器又叫读写存储器。它不仅能读取存放在存储单元中的数据，还能随时写入新的数据，写入后原来的数据就丢失了。断电后RAM中的信息全部丢失。因些，RAM常用于存放经常要改变的程序或中间计算结果等信息。
      RAM按照存储信息的方式，又可分为静态和动态两种。
      1、静态SRAM：其特点是只要有电源加于存储器，数据就能长期保存。
      2、动态DRAM：写入的信息只能保存若干ms时间，因此，每隔一定时间必须重新写入一次，以保持原来的信息不变。
      可现场改写的非易失性存储器：
      这种存储器的特点是：从原理上看，它们属于ROM型存储器，从功能上看，它们又可以随时改写信息，作用又相当于RAM。所以，ROM、RAM的定义和划分已逐渐的失去意义。
      1、快擦写存储器（FLASH）
      这种存储器是在EPROM和EEPROM的制造基础上产生的一种非易失性存储器。其集成度高，制造成本低于DRAM，既具有SRAM读写的灵活性和较快的访问速度，又具有ROM在断电后可不丢失信息的特点，所以发展迅速。
      2、铁电存储器FRAM
      它是利用铁电材料极化方向来存储数据的。它的特点是集成度高，读写速度快，成本低，读写周期短。
      通过前面的学习，我们已知道存储器是计算机的重组成部份。存储器是由大量缓冲寄存器组成的，其用途是存放程序和数据，使计算机具有记忆功能。这些程序和数据在存储器中是以二进制代码表示的。根据计算机的命令，按照指定地址，可以把代码取出来或存入新代码。
      在这节课，我们的学习重点就是来研究一下存储器的内部结构、工作原理及其存储器的主要的技术指标。
      第一个要学习的问题：存储器单元和存储单元地址：
      存储器是由大量寄存器组成的，其中每一个寄存器就称为一个存储单元。它可存放一个有独立意义的二进制代码。一个代码由若干位（bit）组成，代码的位数称为位长，习惯上也称为字长。
      每个存储单元存放几位二进制数呢？一般情况下，计算机中一个代码的位数和它的算术运算单元的位数是相同的。例如，8051单片机中算术单元是8位，则字长就是8位。在计算机中把一个8位的二进制代码称为一个字节（Byte），常写为B。对于一个8位二进制代码的最低位称为第0位（位0），最高位称为第7位（位7）。
      在计算机中的存储器往往有成千上万个存储单元，为了使存入和取出不发生混淆，必须给每个存储单元一个唯一的固定编号，这个编号就称为存储单元的地址。因为存储单元的数量很大，我们不可能每个存储单元都把线引到外部，如果每个存储单元都引根线到外部，那一个8位的单片机就需外向外部引出65536根线了，这在现实中是不可能的。为了减少存储器向外引出的地址线，在存储器内部都带有译码器。根据二进制编码、译码的原理，除地线公用之外，n根导线可以译成2n个地址号。例如，当地址线为3根时，可以译成23=8个地址号；地址线为3根时，可以译成28=256个地址号。依此类推，在8051单片机中有16根地址线，也就是说在8051单片机中有216=65 536个地址号，地址号的多少就是我们寻址范围的大小，也就是前面我们提到过的8051单片机的寻址范围是64K。
      从上面的介绍可以看出，存储单元地址和这个存储单元的内容含义是不同的。存储单元如同一个旅馆的每个房间；存储单元地址则相当于每个房间的房间号；存储单元内容（二进制代码）就相当于这个房间的房客。
      前面我们已讲过，8051的单片机有16根地址线，它的存储地址有216=65 536个，这么多的存储地址，而地址线却只有16根，我们怎么用16根地址线来控制这6万多个存储地址呢？接下来我们就这个问题与大家一起做个探讨：在上节课《第九课：51单片机CPU的结构》时我们已知道，在51单片机的内部有一个叫做译码器的部件。用16根地址线来控制65536个存储地址，就是用译码来实现的。
      我们知道，计算机可以进行数学运算，这可令我们非常的难以理解，计算机吗，里面只不过是一些电子元件组成的，怎能么可以进行数学运算呢？我们做数学题时如25+36是这样做的，先在纸上写25，然后在下面写36，然后大脑运算，最后写出结果，运算的原材料：25、36和结果61都是写在纸上的。计算机中又是怎样存放的呢？为了解决定个问题，我们先做一个实验：
      下面有一盏灯，我们知道灯要么亮，要么不亮，就有两种状态，我们可以用“0”和“1”来代替这两种状态，规定亮为“1”，不亮为“0”。南以上两盏灯，一共有几种状态呢？

      上面已例出，两盏灯可以表达成00  01  10  11四种状态，那么三盏灯呢？
      三盏灯应该就是可以表达成000 001 010 011 100 101 110 111八种状态，看下图：

      如果是八盏灯呢？那么其状就表达就是00000000 00000001 00000010。。。。。11111111 共256种状态。
      我们来看，上面这些000 001 010。。。。等等这些数不就是我们学过的二进制数吗？本来灯的亮灭是一种物理现象，可当我们把它们按一定的顺序排列好后，灯的亮和灭就代表数字了。让我们再抽象一步，灯为什么会亮呢？是因为输出电路输出高电平，给灯通了电。因此，灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来代替了。这样，数字就和电平的高、低联系上了。
      位的含义：通过上面的实验我们已知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：0和1。实际上这就是一个二进制位，困此我们把一根线（或者一盏灯）称为一“位”，用BIT表示。
      字节的含义：一根线可以表示0和1，两根线可以表达00，01，10，11四种状态，也就是可以表示0到3，而三根给可以表达0至7，计算机中通常用8根线放在一起，同时计数，就可以表达到0~255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。（计算机是一个人造的世界，不是自然界，很多事情无法问为什么，只能说：字是一种规定，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，而不是我们习惯认为的1234这样的数字。下面我们就来看看，单片机内的存储器是怎样来寻址的，也就是怎么来找到我们存放在存储器内的数据。

    本文可能所用到的IC型号：