單片機(jī)是如何工作的?看完讓你豁然開朗!
二、幾個基本概念
1、數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象
我們知道,計算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,這令我們非常難以理解,計算機(jī)嗎,我們雖不了解它的組成,但它們只是一些電子元器件,怎么可以進(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37,然后在下面寫45,然后大腦運(yùn)算,最后寫出結(jié)果,運(yùn)算的原材料:37、45和結(jié)果:82都是寫在紙上的,計算機(jī)中又是放在什么地方呢?
請大家自己寫上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(xué)過的的二進(jìn)制數(shù)嗎?本來,燈的亮和滅只是一種物理現(xiàn)象,可當(dāng)我們把它們按一定的順序排好后,燈的亮和滅就代表了數(shù)字了。讓我們再抽象一步,燈為什么會亮呢?是因為輸出電路輸出高電平,給燈通了電。因此,燈亮和滅就可以用電路的輸出是高電平還是低電平來替代了。這樣,數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)系上了。(請想一下,我們還看到過什么樣的類似的例子呢?(海軍之)燈語、旗語,電報,甚至紅、綠燈)。
2、位的含義
通過上面的實驗我們已經(jīng)知道:一盞燈亮或者說一根線的電平的高低,可以代表兩種狀態(tài):0和1。實際上這就是一個二進(jìn)制位,因此我們就把一根線稱之為一“位”,用BIT表示。
3、字節(jié)的含義
一根線可以表示0和1,兩根線可以表達(dá)00,01,10,11四種狀態(tài),也就是可以表達(dá)0到3,而三根可以表達(dá)0~7,計算機(jī)中通常用8根線放在一起,同時計數(shù),就可以表示0-255一共256種狀態(tài)。這8根線或者8位就稱之為一個字節(jié)(BYTE)。
三、存儲器的工作原理
1、存儲器構(gòu)造
存儲器就是用來存放數(shù)據(jù)的地方。它是利用電平的高低來存放數(shù)據(jù)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(xí)慣認(rèn)為的1234這樣的數(shù)字,這樣,我們的一個謎團(tuán)就解開了,計算機(jī)也沒什么神秘的嗎。
如上圖左所示: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(jìn)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,你可以把電線想象成水管,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(shù)據(jù)的地方,我們稱之為一個“單元”。
有了這么一個構(gòu)造,我們就可以開始存放數(shù)據(jù)了,想要放進(jìn)一個數(shù)據(jù)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(看上圖右)。可是問題出來了,看上圖右,一個存儲器有好多單元,線是并聯(lián)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(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,看上圖右,在每個單元上有個控制線,我想要把數(shù)據(jù)放進(jìn)哪個單元,就把一個信號給這個單元的控制線,這個控制線就把開關(guān)打開,這樣電荷就可以自由流動了,而其它單元控制線上沒有信號,所以開關(guān)不打開,不會受到影響,這樣,只要控制不同單元的控制線,就可以向各單元寫入不同的數(shù)據(jù)了,同樣,如果要從某個單元中取數(shù)據(jù),也只要打開相應(yīng)的控制開關(guān)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(shù)量。我們有一種方法稱這為譯碼,簡單介紹一下:一根線可以代表2種狀態(tài),2根線可以代表4種狀態(tài),3根線可以代表幾種,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根線就可以代表了。
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(guān)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(jī)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。這樣問題就出來了,這八根線既然不是存儲器和計算機(jī)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(shù)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(dāng)然很簡單,當(dāng)外面的線接到集成電路的引腳進(jìn)來后,不直接接到各單元去,中間再加一組開關(guān)就行了。平時我們讓開關(guān)打開著,如果確實是要向這個存儲器中寫入數(shù)據(jù),或要從存儲器中讀出數(shù)據(jù),再讓開關(guān)接通就行了。這組開關(guān)由三根引線選擇:讀控制端、寫控制端和片選端。要將數(shù)據(jù)寫入片中,先選中該片,然后發(fā)出寫信號,開關(guān)就合上了,并將傳過來的數(shù)據(jù)(電荷)寫入片中。如果要讀,先選中該片,然后發(fā)出讀信號,開關(guān)合上,數(shù)據(jù)就被送出去了。讀和寫信號同時還接入到另一個存儲器,但是由于片選端不同,所以雖有讀或?qū)懶盘?,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。
那么會不同時選中兩片芯片呢?只要是設(shè)計好的系統(tǒng)就不會,因為它是由計算控制的,而不是我們?nèi)藖砜刂频?,如果真的出現(xiàn)同時出現(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,用來傳遞數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)總線,總線英文名為BUS,總即公交車道,誰也可以走。而十六根地址線也是連在一起的,稱之為地址總線。
來源:玩轉(zhuǎn)嵌入式
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