直接存储器存取—基本原理结构与应用

第一章引论1.1计算机是一种现代化的信息处理工具，它对信息进行处理并提供结果，其结果（输出）取决于所接收的信息（输入）及相应的处理算法（程序）计算机科学与技术的核心包括计算机的设计、制造，以及运用计算机进行信息处理（获取、表示、存储、加工、控制）的相关理论、原则、方法和技术。

1.2计算机模型①黑盒模型：不考虑计算机内部结构②具有程序能力的数据处理机：该模型赋予了计算机极大的灵活性，程序是事先编制好并存放在计算机内部的③现代计算机模型：冯诺依曼不但给出了计算机的功能，还定义了计算机内部的结构。

计算机的五个组成部分输入设备——输入数据和程序。

运算器——执行各种算术运算和逻辑运算。

存储器——存储程序、原始数据、中间结果和最终结果。

控制器——控制计算机所有部件，协调整个系统的有序工作。

输出设备——输出程序的执行结果。

现代计算机被认为由三个子系统组成处理器子系统存储器子系统输入／输出子系统1.4计算机系统所谓“系统”是指由多个“子系统”组成的一个有机的“整体”。

计算机系统是一个大的概念，由硬件系统和软件系统组成，还包括所处理的数据和使用计算机的用户（计算机本身也只是计算机系统中的一部分）硬件系统：①处理器系统单个处理器芯片多核处理器芯片（芯片上集成了多个处理器）②存储器系统内存或主存（半导体材料，直接连处理器）外存或辅存（磁盘、光盘等，外置的独立部件）③输入输出系统与计算机相关的文档、程序、语言等都归类为软件软件系统：①系统软件：服务于计算机本身的软件②应用软件：解决特定问题的软件（APP）计算机是如何运行的通电后，CPU 执行启动程序BIOS，操作系统从外存被调入内存执行；BIOS 引导完成后，计算机由操作系统进行管理和控制1.5信息系统BIOS的基本任务：把存放在磁盘中的操作系统调入6 个要素：内存执行。

硬件软件数据／信息人／用户以计算机为职业的专业人员（约5%）和使用计算机的应用人员（约95%）过程／处理通信1.6①因特网：开放性，网络的目的是资源共享和通信②万维网：因特网上最大的一种服务，网络浏览技术应用1.7 计算机文化和计算思维计算机从装置成为学科再发展为文化计算机文化：理解计算机是什么，以及它如何被作为资源利用，并改变着人类的生活、学习和交流方式的。

RAM/ROM存储器ROM和RAM指的都是半导体存储器，RAM是Random Access Memory的缩写，ROM是Read Only Memory的缩写。

ROM在系统停止供电的时候仍然可以保持数据，而RAM通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的RAM就是计算机的内存。

一、 RAM有两大类：1、静态RAM（Static RAM，SRAM），静态的随机存取存储器，加电情况下，不需要刷新，数据不会丢失；而且，一般不是行列地址复用的。

SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。

但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积，而SRAM却需要很大的体积，所以在主板上SRAM存储器要占用一部分面积。

优点：速度快，不必配合内存刷新电路，可提高整体的工作效率。

缺点：集成度低，功耗较大，相同的容量体积较大，而且价格较高，少量用于关键性系统以提高效率。

2、动态RAM（Dynamic RAM，DRAM），动态随机存取存储器，需要不断的刷新，才能保存数据。

而且是行列地址复用的，许多都有页模式。

DRAM利用MOS管的栅电容上的电荷来存储信息，一旦掉电信息会全部的丢失，由于栅极会漏电，所以每隔一定的时间就需要一个刷新机构给这些栅电容补充电荷，并且每读出一次数据之后也需要补充电荷，这个就叫动态刷新，所以称其为动态随机存储器。

由于它只使用一个MOS管来存信息，所以集成度可以很高，容量能够做的很大。

DRAM保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快；DRAM存储单元的结构非常简单，所以从价格上来说它比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

DRAM分为很多种，常见的主要有FPRAM/ FastPage、EDORAM、SDRAM、DDRRAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等 I.SDRAM，即Synchronous DRAM（同步动态随机存储器），曾经是PC电脑上最为广泛应用的一种内存类型，即便在今天SDRAM仍旧还在市场占有一席之地。

微机原理及应用的主要内容1. 概述微机原理及应用是计算机科学与技术专业中的一门重要课程。

本文将介绍微机原理及应用的主要内容，包括微机工作原理、计算机体系结构、指令系统、存储器和输入输出设备等方面。

2. 微机工作原理微机是一种小型计算机系统，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和系统总线等组成部分。

微机工作原理主要涉及到这些组成部分之间的工作原理和相互作用。

以下是微机工作原理的主要内容：•中央处理器：中央处理器（CPU）是微机的运算核心，负责执行指令和进行数据处理。

它由算术逻辑单元（ALU）、控制单元和寄存器组成。

•内存：内存是存储程序和数据的地方，分为主存储器和辅助存储器。

主存储器是CPU能直接访问的存储器，辅助存储器用于长期存储数据。

•输入输出设备：输入输出设备用于与外部环境进行数据交换，如键盘、鼠标、显示器和打印机等。

•系统总线：系统总线是微机各个部件之间传输数据和控制信号的通道，包括地址总线、数据总线和控制总线。

3. 计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口，决定了计算机的性能和功能。

以下是计算机体系结构的主要内容：•冯·诺伊曼体系结构：冯·诺伊曼体系结构是一种基于存储程序的计算机体系结构。

它包括存储器、中央处理器、输入输出设备和控制单元等组成部分。

•同步和异步：计算机指令的执行可以是同步的，也可以是异步的。

同步指令执行按照固定的顺序进行，而异步指令执行则根据条件和事件进行。

•RISC和CISC：RISC（Reduced Instruction Set Computer）和CISC （Complex Instruction Set Computer）是两种不同的指令系统架构。

RISC指令集精简，执行速度快，而CISC指令集复杂，执行功能丰富。

4. 指令系统指令系统是CPU用于执行计算机程序的一组指令集合。

以下是指令系统的主要内容：•指令格式：指令格式描述了指令在内存中的存储方式和字段的含义。

第二章单片机的基本结构与工作原理2·1 80C51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能都件？各个逻辑部件的主要功能是什么？答：80C51系列单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件及分别有如下的主要功能.（l)CPU(中央处理器):8位功能：中央处理器由中央控制器与运算器一起构成。

中央控制器是识别指令，并根据指令性质控制计算机各组成部件进行工作的部件.(2)片内RAM:128B功能：在单片机中,用随机存取存储器(RAM）来存储程序在运行期间的工作变量和数据，所以称为数据存储器。

一般,在单片机内部设置一定容量(64B至256B）的RAM。

这样小容量的数据存储器以高速RAM的形式集成在单片机内，以加快单片机运行的速度.同时，这种结构的RAM还可以使存储器的功耗下降很多。

(3）特殊功能寄存器:21个功能：特殊功能寄存器（SFR）是80C51单片机中各功能部件所对应的寄存器，用以存放相应功能部件的控制命令、状态或数据的区域.这是80C51系列单片机中最有特色的部分。

现在所有80C51系列功能的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器（SFR）来达到的。

80C51系列单片机设有128B内部数据RAM结构的特殊功能寄存器（SFR)空间区。

除程序计数器PC和4个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。

（4)程序存储器：4KB功能：80C51单片机的程序存储器用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。

由于采用16位的程序计数器PC和16位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为64KB，而且这64KB地址空间是连续、统一的.（5)并行I/O口：8位，4个功能:为了满足”面向控制”实际应用的需要,80C51系列单片机提供了数量多、功能强、使用灵活的并行I/O口。

80C51系列单片机的并行I/O口，不仅可灵活地选作输人或输出，而且还具有多种功能.例如，它既是I/O口，又是系统总线或是控制信号线等，从而为扩展外部存储器和I/O接口提供了方便，大大拓宽了单片机的应用范围.（6)串行接口:全双工，1个功能:全双工串行I/O口，提供了与某些终端设备进行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相连的能力;甚至可用多个单片机相连构成多机系统,使单片机的功能更强和应用更广。

PLC（可编程序控制器）介绍一、PLC及其应用PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC的应用领域：开关量逻辑控制；运动控制；闭环过程控制；数据处理；通信。

二、PLC的基本结构组成主要由微处理器(CPU)、存储器、输入输出接口、通讯接口、电源等组成。

1、微处理器(CPU+寄存器组)用于接收、执行用户程序，通过故障自诊断程序，诊断PLC的各种运行错误，按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。

归纳起来主要有以下五个方面：1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据；2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等；3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据；4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入存储器中；5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能。

2、存储器在PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据系统程序是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。

系统程序由PLC的制造厂家编写的，直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改，系统程序在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。

用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。

它是由PLC控制对象的要求而定的，为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。