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存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分，圖6給出了一種存儲(chǔ)容量為256個(gè)單元的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。其中每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，256個(gè)單元共有256個(gè)地址，用兩位16進(jìn)制數(shù)表示，即存儲(chǔ)器的地址（00H～FFH）。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)八位二進(jìn)制信息，通常用兩位16進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，這就是存儲(chǔ)器的內(nèi)容。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元地址和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是不同的兩個(gè)概念，不能混淆。
一、程序存儲(chǔ)器
程序是控制計(jì)算機(jī)動(dòng)作的一系列命令，單片機(jī)只認(rèn)識(shí)由“0”和“1”代碼構(gòu)成的機(jī)器指令。如前述用助記符編寫(xiě)的命令MOV A，＃20H，換成機(jī)器認(rèn)識(shí)的代碼74H、20H：（寫(xiě)成二進(jìn)制就是01110100B和00100000B）。在單片機(jī)處理問(wèn)題之前必須事先將編好的程序、表格、常數(shù)匯編成機(jī)器代碼后存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器稱(chēng)為程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器可以放在片內(nèi)或片外，亦可片內(nèi)片外同時(shí)設(shè)置。由于PC程序計(jì)數(shù)器為16位，使得程序存儲(chǔ)器可用16位二進(jìn)制地址，因此，內(nèi)外存儲(chǔ)器的地址最大可從0000H到FFFFH。8051內(nèi)部有4k字節(jié)的ROM，就占用了由0000H～0FFFH的最低4k個(gè)字節(jié)，這時(shí)片外擴(kuò)充的程序存儲(chǔ)器地址編號(hào)應(yīng)由1000H開(kāi)始，如果將8051當(dāng)做8031使用，不想利用片內(nèi)4kROM，全用片外存儲(chǔ)器，則地址編號(hào)仍可由0000H開(kāi)始。不過(guò)，這時(shí)應(yīng)使8051的第{31}腳（即EA腳）保持低電平。當(dāng)EA為高電平時(shí)，用戶(hù)在0000H至0FFFH范圍內(nèi)使用內(nèi)部ROM，大于0FFFH后，單片機(jī)CPU自動(dòng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。
二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM組成。其最大容量可擴(kuò)展到64k，用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)輸入的數(shù)據(jù)。8051內(nèi)部有256個(gè)單元的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中00H～7FH為內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，80H～FFH為專(zhuān)用寄存器區(qū)。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)首先充分利用內(nèi)部存儲(chǔ)器，從使用角度講，搞清內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和地址分配是十分重要的。因?yàn)閷?lái)在學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)經(jīng)常用到它們。8051內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址由00H至FFH共有256個(gè)字節(jié)的地址空間，該空間被分為兩部分，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM的地址為00H～7FH（即0～127）。而用做特殊功能寄存器的地址為80H～FFH。在此256個(gè)字節(jié)中，還開(kāi)辟有一個(gè)所謂“位地址”區(qū)，該區(qū)域內(nèi)不但可按字節(jié)尋址，還可按“位（bit）”尋址。對(duì)于那些需要進(jìn)行位操作的數(shù)據(jù)，可以存放到這個(gè)區(qū)域。從00H到1FH安排了四組工作寄存器，每組占用8個(gè)RAM字節(jié)，記為R0～R7。究竟選用那一組寄存器，由前述標(biāo)志寄存器中的RS1和RS0來(lái)選用。在這兩位上放入不同的二進(jìn)制數(shù)，即可選用不同的寄存器組，如附表1所示。
三、特殊功能寄存器
特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80H～FFH。在MCS－51中，除程序計(jì)數(shù)器PC和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余21個(gè)特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個(gè)是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個(gè)字節(jié)。各特殊功能寄存器的符號(hào)和地址見(jiàn)附表2。其中帶＊號(hào)的可位尋址。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實(shí)際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類(lèi)，一類(lèi)與芯片的引腳有關(guān)，另一類(lèi)作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0～P3，它們實(shí)際上是4個(gè)八位鎖存器（每個(gè)I/O口一個(gè)），每個(gè)鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行口。MCS－51共有P0～P3四個(gè)這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，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、標(biāo)志寄存器PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR等的功能前已提及，而另一些寄存器的功能在后面有關(guān)部分再作進(jìn)一步介紹
單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)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(xiě)進(jìn)單片要內(nèi)部，然后取下單片機(jī)，單片機(jī)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)部的只讀存儲(chǔ)器即ROM（READ ONLY MEMORY）。為什么稱(chēng)它為只讀存儲(chǔ)器呢？剛才我們不是明明把兩個(gè)數(shù)字寫(xiě)進(jìn)去了嗎？原來(lái)在89C51中的ROM是一種電可擦除的ROM，稱(chēng)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(xiě)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(xiě)進(jìn)去，所以我們還是把它稱(chēng)為ROM。
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(xiě)37，然后在下面寫(xiě)45，然后大腦運(yùn)算，最后寫(xiě)出結(jié)果，運(yùn)算的原材料：37、45和結(jié)果：82都是寫(xiě)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’。現(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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狀態(tài) |
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表達(dá) |
0 0 |
0 1 |
1 0 |
1 1 |
請(qǐng)大家自已寫(xiě)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)俪橄笠徊剑瑹魹槭裁磿?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(lèi)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(chēng)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(chēng)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）
存儲(chǔ)器的工作原理：
1、存儲(chǔ)器構(gòu)造
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(kāi)了，計(jì)算機(jī)也沒(méi)什么神秘的嗎。
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圖2〈存儲(chǔ)器構(gòu)造〉 |
圖3〈存儲(chǔ)器構(gòu)造〉 |
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(chēng)之為一個(gè)“單元”。
有了這么一個(gè)構(gòu)造，我們就能開(kāi)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，要在結(jié)構(gòu)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(kāi)關(guān)打開(kāi)，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(kāi)關(guān)不打開(kāi)，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(xiě)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(kāi)對(duì)應(yīng)的控制開(kāi)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(chēng)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。
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(zhuān)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(kāi)關(guān)（參考圖4）就行了。平時(shí)我們讓開(kāi)關(guān)打開(kāi)著，如果確實(shí)是要向這個(gè)存儲(chǔ)器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，或要從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)，再讓開(kāi)關(guān)接通就行了。這組開(kāi)關(guān)由三根引線選擇：讀控制端、寫(xiě)控制端和片選端。要將數(shù)據(jù)寫(xiě)入片中，先選中該片，然后發(fā)出寫(xiě)信號(hào)，開(kāi)關(guān)就合上了，并將傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)（電荷）寫(xiě)入片中。如果要讀，先選中該片，然后發(fā)出讀信號(hào)，開(kāi)關(guān)合上，數(shù)據(jù)就被送出去了。注意圖4，讀和寫(xiě)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(kāi)門(mén)，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(zhuān)用的，而是很多器件大家共用的，所以我們稱(chēng)之為數(shù)據(jù)總線，總線英文名為BUS，總即公交車(chē)道，誰(shuí)者能走。而十六根地址線也是連在一起的，稱(chēng)之為地址總線。
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)
按功能能分為只讀和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器兩大類(lèi)。所謂只讀，從字面上理解就是只能從里面讀，不能寫(xiě)進(jìn)去，它類(lèi)似于我們的書(shū)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(shū)本上的內(nèi)容。只讀存儲(chǔ)器的英文縮寫(xiě)為ROM（READ ONLY MEMORY）
所謂隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，即隨時(shí)能改寫(xiě)，也能讀出里面的數(shù)據(jù)，它類(lèi)似于我們的黑板，我能隨時(shí)寫(xiě)東西上去，也能用黑板擦擦掉重寫(xiě)。隨機(jī)存儲(chǔ)器的英文縮寫(xiě)為RAM（READ RANDOM MEMORY）這兩種存儲(chǔ)器的英文縮寫(xiě)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(shū)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(jiàn)的概念。
PROM，稱(chēng)之為可編程存儲(chǔ)器。這就象我們的練習(xí)本，買(mǎi)來(lái)的時(shí)候是空白的，能寫(xiě)東西上去，可一旦寫(xiě)上去，就擦不掉了，所以它只能用寫(xiě)一次，要是寫(xiě)錯(cuò)了，就報(bào)銷(xiāo)了。
EPROM，稱(chēng)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(xiě)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(xiě)，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(xiě)。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。
FLASH，稱(chēng)之為閃速存儲(chǔ)器，它和EPROM類(lèi)似，寫(xiě)上去的東西也能擦掉重寫(xiě)，但它要方便一些，不需要光照了，只要用電學(xué)辦法就能擦除，所以就方便許多，而且壽面也很長(zhǎng)（幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)次不等）。
再次強(qiáng)調(diào)，這里的所有的寫(xiě)都不是指在正常工作條件下。不管是PROM、EPROM還是FLASH ROM，它們的寫(xiě)都要有特殊的條件，一般我們用一種稱(chēng)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(xiě)了。
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