存储器结构

8051单片机的存储器结构8051 单片机是一种常见的微控制器，它具有一个复杂的存储器结构。

8051 单片机的存储器结构包括以下几个部分：程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、特殊功能寄存器（SFR）和扩展存储器（EEROM）。

1. 程序存储器（ROM）程序存储器是存储 8051 单片机程序的地方，通常被称为EPROM或flash。

程序存储器的地址空间为0x0000到0xFFFF，共64K字节。

程序存储器用于存储程序代码、常量数据、用户函数和中断向量表。

由于程序存储器是只读存储器，因此它的内容只能在编程时被修改。

在8051单片机启动时，程序计数器（PC）从0x0000初始化，并指向程序存储器的第一个地址。

当任何指令被执行时，PC递增，指向下一个指令。

数据存储器是存储程序数据的地方，也称为随机存取存储器（RAM）。

数据存储器的地址空间为0x0000到0xFFFF，但是只有128个字节可以快速访问。

数据存储器中的地址在逻辑和物理上是一样的。

数据存储器通常用于存储变量、数组、堆栈等运行时数据，这些数据是程序运行时动态分配的。

数据存储器也可以被用作缓存或寄存器文件。

访问数据存储器时，通常需要将地址存储在一个或多个寄存器中，然后通过所选指令操作该地址。

3. 特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器是一组8位或16位的寄存器，用于存储控制器状态和控制器中的各种特殊功能。

特殊功能寄存器的地址范围为0x80到0xFF，共有128个字节。

特殊功能寄存器的内容可以被用于控制 CPU 的各种特殊功能，如控制定时器/计数器、外设 I/O 端口和串行通信接口等等。

特殊功能寄存器中的某些位用于确定控制器中的功能开关。

因此，通过对特殊功能寄存器的读写来控制和管理 8051 单片机的各种功能。

扩展存储器通常被称为 EEROM(Electrically Erasable Read Only Memory)，它是非易失性存储器的一种。

计算机中的存储器层次结构及其特点是什么计算机的存储器层次结构是指由多个不同速度和容量的存储器组成的层次化结构，其目的是在满足性能和成本的要求下，提供高效的数据存储和访问。

存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器，每个层次的存储器都有其特定的特点和用途。

1. 高速缓存高速缓存是位于计算机中央处理器（CPU）内部的一种特殊存储器，用于存放最常用的数据和指令。

它具有以下特点：- 高速访问：由于其接近CPU，高速缓存能够以更快的速度提供数据，从而减少CPU的等待时间，提高系统性能。

- 小容量：高速缓存的容量相对较小，一般只能存储少量的数据和指令。

- 自动管理：高速缓存采用自动管理机制，通过缓存替换算法和预取策略来提高数据访问效率。

2. 主存储器主存储器属于计算机系统的核心组成部分，用于暂时存储正在执行的程序和数据。

主存储器具有以下特点：- 大容量：相比于高速缓存，主存储器的容量较大，可以存储更多的数据和指令。

- 较低的访问速度：相对于高速缓存，主存储器的访问速度慢一些，但仍然比辅助存储器快得多。

- 动态随机存取：主存储器采用动态随机存取存储器（DRAM）作为存储单元，具有读写功能。

3. 辅助存储器辅助存储器用于长期存储和备份数据和程序，其特点如下：- 大容量：辅助存储器具有非常大的容量，可以存储大量的数据和程序。

- 相对较慢的访问速度：辅助存储器的访问速度相对较慢，但它能够长期保存数据，并且可以进行离线操作。

- 持久性存储：与高速缓存和主存储器不同，辅助存储器是非易失性存储器，即断电后数据仍然会被保留。

通过这三个层次的存储器结构，计算机系统能够根据数据的访问频率和容量需求进行智能管理和分配，从而提高系统性能和运行效率。

高速缓存作为最接近CPU的快速存储器，能够快速提供数据，减少CPU的等待时间。

主存储器作为快速存取存储器，存储正在执行的程序和数据。

而辅助存储器则用于长期保存数据和进行离线操作。

总结起来，计算机中的存储器层次结构通过高速缓存、主存储器和辅助存储器的组合，实现了性能和成本的平衡。

存储器层次结构存储器层次结构存储技术计算机技术的成功很⼤程度来源于存储技术的巨⼤进步。

早期的电脑甚⾄没有磁盘。

现在电脑上的磁盘都已经按T算了。

随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)分两类：静态的：SRAM，⾼速缓存存储器，既可以在CPU，也可以在⽚下。

动态的：DRAM，⽤于主存或者图形系统帧缓冲区。

通常情况下，SRAM的容量都不会太⼤，⽽相⽐之下DRAM容量可以⼤得离谱。

静态RAMSRAM将每个位存储在⼀个双稳态存储器单元⾥，每个单元⽤⼀个六晶体管电路实现。

这种电路有⼀个属性，它可以⽆限期地保持两个不同的状态的其中⼀个，其他状态都是不稳定的。

如上图，它能稳定在左态和右态，如果处于不稳定状态，它就像钟摆⼀样⽴刻变成两种稳态的其中⼀种。

也因为它的双稳态特性，即使有⼲扰，等到⼲扰消除，电路就能恢复成稳定值。

动态RAMDRAM的每个存储是⼀个电容和访问晶体管组成，每次存储相当于对电容充电。

该电容很⼩，⼤约只有30毫微微法拉。

因为每个存储单元⽐较简单，DRAM可以造的⾮常密集。

但它对⼲扰⾮常敏感，被⼲扰后不会恢复。

因此它必须周期性地读出重写来刷新内存的每⼀位。

或者使⽤纠错码来纠正任何单个错误。

两者总结传统的DRAMDRAM芯⽚内的每⼀个单元被叫做超单元。

在芯⽚内，总共有d 个超单元，它们被排列成⼀个r×c ⼤⼩的矩阵，也就是说d=r×c，每个超单元都可以⽤类似(i,j) 之类的地址定位⽽每个超单元则是由w 个DRAM单元组成。

因此⼀个DRAM芯⽚可以存储dw 位的信息。

上图是⼀个16×8 的DRAM芯⽚的组织。

⾸先由两个addr引脚依次传⼊⾏地址i 和列地址j 。

每个引脚携带⼀个信号。

由于这是4×4 的矩阵，因此两个就够了。

然后定位到(i,j) ，将该地址的超单元信息传出去。

存储器与寄存器的组成与工作原理存储器与寄存器是计算机系统中重要的组成部分，它们在数据存储和处理方面发挥着关键的作用。

本文将从存储器与寄存器的组成结构、工作原理两个方面进行介绍。

一、存储器的组成与工作原理存储器，简单来说，是用于存储和读取数据的计算机设备。

它由一系列存储单元组成，每个存储单元能够存储一定数量的数据。

根据存取方式的不同，存储器可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

1. 随机存储器（RAM）随机存储器是一种临时存储介质，具有读写功能。

它由一系列存储单元组成，每个存储单元都有一个独立的地址。

数据可以通过地址访问和存取。

随机存储器的存储单元可以分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两种。

静态随机存储器（SRAM）由触发器组成，每个存储单元由6个触发器构成，能够稳定地存储数据。

它的读写速度较快，但芯片密度较低，价格较高。

动态随机存储器（DRAM）利用电容器存储数据，需要定期刷新来保持数据的有效性。

相较于SRAM，DRAM的芯片密度较高，价格也较低，但读写速度较慢。

2. 只读存储器（ROM）只读存储器是一种只能读取数据而不能写入数据的存储设备。

它通常用于存储不会改变的程序代码和固定数据。

只读存储器的存储单元由硅片上的门电路组成，数据在制造过程中被写入，不可修改。

二、寄存器的组成与工作原理寄存器是一种用于暂存和处理数据的高速存储设备。

它位于计算机的中央处理器内部，是一组用于存储指令、地址和数据的二进制单元。

寄存器的组成与存储器相比较小，但速度更快。

它由多个存储单元组成，每个存储单元能够存储一个或多个二进制位。

寄存器的位数决定了其可以存储的数据量大小。

寄存器在计算机中发挥着重要的作用，它可以用于暂存指令和数据，提高计算机的运行效率。

它还可以用于存储地址，使得计算机能够正确地访问存储器中的数据。

寄存器具有多种类型，常见的有通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等。

通用寄存器用于存储临时数据，程序计数器用于存储下一条要执行的指令地址，指令寄存器用于存储当前正在执行的指令。

n局部性原理★n存储器层次结构☆n高速缓存存储器☆n到目前为止的计算机模型中，我们假设计算机的存储器系统是一个线性的字节数组，而CPU能够在一个常数时间内访问每个存储器位置。

但它没有反映现代系统实际的工作方式。

n实际上，存储器系统是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构。

n如果你的程序需要的数据是存储在CPU寄存器中，那在指令的执行期间，在零个周期内就能访问到它们；如果存储在高速缓存中，需要1~30个周期；如存储在主存中，需要50~200个周期；如存储在磁盘上，需要大约几千万个周期n作为一个程序员，需要理解存储器层次结构，它对应用程序的性能有着巨大的影响，这是因为计算机程序的一个称为局部性的基本属性引起的。

•不同矩阵乘法核心程序执行相同数量的算术操作，但有不同程度局部性，它们运行时间可以相差20倍•本章将介绍基本的存储技术、局部性、高速缓冲存储器等内容。

n局部性原理★n存储器层次结构☆n高速缓存存储器☆•RAM(随机访问存储器，Random-Access Memory )–静态RAM (SRAM)•每个cell使用6个晶体管电路存储一个位•只要有电，就会无限期地保存它的值•相对来说，对电子噪声等干扰不敏感•比DRAM更快、更贵–动态RAM (DRAM)•每个cell使用1个电容和1个访问晶体管电路存储一个位•每隔10-100 ms必须刷新值•对干扰敏感•比SRAM慢，便宜ü拍、太、吉、兆、千、毫、微、纳(毫微)、皮(微微)、飞(毫微微)•传统DRAM芯片–所有cell被组织为d个supercell，每个supercell包含了w个cell，一个d×w的DRAM总共存储了dw位信息。

supercell被组织成r行c 列的矩阵，即rc=d。

•步骤1(a): Row access strobe (RAS)选择row 2•步骤1(b): 从DRAM阵列中拷贝Row 2到行缓冲区•步骤2(a): Column access strobe (CAS)选择column 1。

51单片机存储器的结构单片机作为一种重要的嵌入式控制器，在各个领域得到了广泛的应用。

而其中的存储器是单片机最重要的组成部分之一。

本文将会详细介绍51单片机存储器的结构，探讨其内部构成和工作原理。

一、存储器的基本概念存储器是计算机系统的核心组成部分之一，负责存储和读取数据。

在51单片机中，存储器主要分为两类：程序存储器和数据存储器。

1. 程序存储器程序存储器也被称为代码存储器，用于存储程序的指令。

在51单片机中，常见的程序存储器为闪存（Flash Memory）。

闪存具有易擦写、可重写的特点，可以存储控制程序和常量数据。

它的特点是在掉电情况下也可以保持数据。

2. 数据存储器数据存储器用于存储数据，包括运算数据和临时数据。

在51单片机中，常见的数据存储器包括随机存储器（RAM）和特殊功能寄存器（SFR）。

二、51单片机存储器的内部结构51单片机的存储器内部结构非常复杂，主要包括RAM、ROM、SFR等几个关键部分。

1. RAMRAM是随机存储器，用于暂时存储数据。

51单片机的RAM被分为三个区域：SFR区、数据区和扩展区。

其中，SFR区用于存储特殊功能寄存器，数据区用于存储变量和数组，扩展区用于存储特殊功能。

2. ROMROM是只读存储器，用于存储程序代码和常量数据。

51单片机中的ROM通常采用闪存结构，具有较大的容量和可编程的特点。

它可以被重写和擦写，适用于程序的调试和更新。

3. SFR特殊功能寄存器（SFR）是51单片机中一种特殊的存储器，用于存储特定功能的相关控制和状态信息。

这些寄存器的值可以被程序访问和修改，用于控制设备的各种功能。

三、51单片机存储器的工作原理51单片机的存储器工作原理是通过地址和数据的交互实现的。

1. 地址总线和数据总线51单片机通过地址总线来传输存储器的地址信息，通过数据总线来传输存储器的数据信息。

地址总线决定了存储器的寻址范围，数据总线决定了存储器的数据传输宽度。

2. 存储器的读写操作在51单片机中，当需要从存储器中读取数据时，首先需要将数据的地址通过地址总线发送给存储器，然后存储器将数据通过数据总线返回给单片机。

存储器的层次结构及组成原理一、概述存储器是计算机系统中重要的组成部分，它用于存储和访问数据和指令。

存储器的层次结构是根据存储器的速度、容量和成本等因素将其分为多个层次，以实现高效的数据访问和管理。

二、存储器层次结构存储器的层次结构通常分为以下几个层次： ### 1. 寄存器(Register) 寄存器是存储在CPU内部的最快速的存储器。

它用于存放指令、数据和地址等临时信息，可以直接被CPU访问。

寄存器的容量较小，一般只有几百个字节。

2. 高速缓存(Cache)高速缓存位于CPU和主存之间，其目的是加快存储器的访问速度。

缓存通过存储近期被频繁访问的数据和指令，以提高CPU对存储器的命中率。

3. 主存储器(Main Memory)主存储器是计算机系统中最主要的存储器，也是存储器的最大层次。

主存储器被划分为许多地址连续的存储单元，每个存储单元可以存储一个字节或多个字节的数据。

主存储器由半导体或磁介质制成。

4. 辅助存储器(Auxiliary Memory)辅助存储器用于长期存储大量的数据和程序。

它的容量大于主存储器，但访问速度较慢。

常见的辅助存储器包括硬盘、光盘和闪存等。

三、存储器的组成原理存储器的组成原理多样，下面介绍几种常见的存储器类型： ### 1. 静态随机存储器(SRAM) 静态随机存储器是一种使用触发器来存储数据的存储器。

它的访问速度快，但成本较高。

SRAM的存储单元通过6个晶体管构成，每个存储单元可以存储一个比特的数据。

2. 动态随机存储器(DRAM)动态随机存储器是一种使用电容器来存储数据的存储器。

它的访问速度较慢，但成本较低。

DRAM的存储单元通过一个电容器和一个晶体管构成，每个存储单元可以存储一个比特的数据。

3. 只读存储器(ROM)只读存储器中的数据是永久性的，不可更改。

它通常用于存储固定的程序和数据。

常见的ROM类型包括可编程只读存储器(PROM)、可擦写只读存储器(E-PROM)和电可擦写只读存储器(EEPROM)等。

存储器结构第四章存储器结构4．3 存储器容量扩展微机系统中主存储器通常由若⼲存储芯⽚及相应的存储控制组织⽽成，并通过存储总线(数据总线、地址总线和控制总线)与CPU及其他部件相联系，以实现数据信息、控制信息的传输。

由于存储器芯⽚的容量有限，实际应⽤中对存储器的字长和位长都会有扩展的要求。

⼀、存储器字扩展*字扩展是沿存储字向扩展，⽽存储字的位数不变。

*字扩展时，将多个芯⽚的所有地址输⼊端、数据端、读／写控制线分别并联在⼀起，⽽各⾃的⽚选信号线则单独处理。

*4块内存芯⽚的空间分配为：第⼀⽚，0000H-3FFFH第⼆⽚，4000H-7FFFH第三⽚，8000H-BFFFH第四⽚，C000H-FFFFH⼆、存储器位扩展*存储器位扩展是沿存储字的位向扩展，⽽存储器的字数与芯⽚的字数相同。

*位扩展时将多个芯⽚的所有地址输⼊端都连接在⼀起；⽽数据端则是各⾃独⽴与数据总线连接，每⽚表⽰⼀位*⽚选信号线则同时选中多块芯⽚，这些被选中的芯⽚组成了⼀个完整的存储字。

三、存储器位字扩展*存储器需要按位向和字向同时扩展，称存储器位字扩展*对于容量为 M×N 位的存储器，若使⽤ L×K 位的存储芯⽚，那么，这个存储器所需的芯⽚数量为：(M/L)×(N/K) 块。

P160图4-3-3表⽰了⼀个⽤2114芯⽚构成的4KB存储器。

如下图：*2114芯⽚是1K×4R 芯⽚*⽤2块2114芯⽚构成1组（1K×4×2=1K×8）*再有4组构成4K×8（1K×8×4）位的存储器*共计需⽤8块2114芯⽚这4个组的选择：*使⽤A0和A11作地址线：经译码后选择4个分组*使⽤A0～A9作为组内的寻址信号*数据总线为D0～D7◆存储器容量的扩展⽅法总结：字扩展（将多个芯⽚的所有地址输⼊端、数据端、读/写控制线分别都连接在⼀起，选⽚信号单独处理）位扩展（数据线独⽴处理，选⽚信号选中多块芯⽚）字位扩展（分组，每组⼜有多个芯⽚），见（PAGE 161）4．4 CPU与主存的连接⼀、存储总线*存储总线是指存储体与CPU及其他部件相联系的数据总线、地址总线和控制总线。