《单片机实用教程》存储器基础

1.存储器常用单位

存储器的常用单位如下：

位（bit）：它是计算机中最小的数据单位。由于计算机采用二进制数，所以1位二进制数称作1bit，例如101011为6bit。

字节（Byte，单位简写为B）：8位二进制数称为一个字节，1B=8bit。

字（Word）：两个字节构成一个字，即2B=1Word。

在单片机中还有一个术语：字长。所谓字长指单片机一次能处理的二进制数的位数。MCS-51系列单片机一次能处理8位二进制数，所以它的字长为8位。所以我们常说MCS-51为8位机。

2.存储器的工作原理

存储器的功能是存取各种二进制数据。存储器的结构如图2-12所示。

图2-12中大虚线框内的部分为存储器的组成结构，它的容量为4bit，可以存储4位二进制数。小虚线框内为存储体，存储体中有4个存储单元，每个存储单元可存储1位二进制数。为了区分这4个存储单元，对这4个单元分别编号为00、01、10和11。存储器连接的引线有三种：A0、A1称为地址总线，D0称为数据总线，R/W、CS称为控制总线。

单片机在工作时，可以取出存储器中的数据，称作读（R）；也可以将数据存入存储器，称作写（W）。下面以图2-12所示存储器为例来说明存储器的工作原理。

（1）存储器的读过程

下面以取出01单元中的“1”为例来说明存储器的读过程。

首先让片选端CS=0、读/写控制端R/W=1。CS=0经非门反相后变为“1”，它控制电子开关S2闭合；R/W=1送到三态门1、三态门2的控制端，三态门1处于高阻状态，输入与输出之间相当于开路，三态门2则处于导通状态。这样数据总线D0就通过S2、三态门2与存储器内部接通。

图2-12 存储器的结构

然后给地址总线A0、A1送地址信号，即让A0=1、A1=0，这两个地址信号经地址译码器译码后，从内部行线X0端输出“1”（即X0=1），从列线Y1端输出“1”（即Y1=1），X0=1选中00、01两个单元，Y1=1控制电子开关S1闭合。

这样被选中的01单元中的数据“1”就可以通过S1、三态门2、S2送到外部数据总线D0。虽然，00单元也被X0=1选中，由于S0是断开的，所以该单元中的数据无法送到数据总线。

（2）存储器的写过程

下面以向01单元存入数据“1”为例来说明存储器的写过程。

首先让片选端CS=0、读/写控制端R/W=0。CS=0经非门反相后变为“1”，它控制电子开关S2闭合；R/W=0送到三态门1、三态门2的控制端，三态门2处于高阻状态，输入与输出之间相当于开路，三态门1则处于导通状态。这样数据总线D0就通过S2、三态门1与存储器内部接通。(www.xing528.com)

然后给地址总线A0、A1送地址信号，即让A0=1、A1=0，这两个地址信号经地址译码器译码后，从内部行线X0端输出“1”（即X0=1），从列线Y1端输出“1”（即Y1=1），X0=1选中01单元，Y1=1控制电子开关S1闭合。这样外部数据总线D0上的数据“1”就可以通过S2、三态门1、S1存入被选中的01单元中。

3.存储器有关术语

（1）总线

总线是指为多个部件传递信息的信号线。根据信号线上传递信息类型的不同，总线可分为地址总线、数据总线和控制总线。

图2-12中的A0、A1为地址总线，用来传送地址信号；D0为数据总线，用来传送数据；R/W、CS为控制总线，用来传送控制信号，其中R/W为读写控制端，当R/W=1时，可以读取存储器中的数据，当R/W=0时，可以向存储器写入数据，而CS称为片选控制端，当多片存储器连接在一起时，要对其中一片进行读写操作，可让该存储器的CS=0，而让其他存储器的CS=1。

（2）存储容量

存储器的功能是存储二进制数，其存储二进制数的多少称为存储容量。存储器存储容量的大小，取决于存储器中存储单元的多少和单元中存储二进制数的位数。图2-12所示的存储器有4个存储单元，每个单元存储1位二进制数，所以它的存储容量为4×1bit；如果每个单元能存储8位二进制数，那么它的容量就是4×8bit。

大多数存储器的每个存储单元能存1个字节（8位二进制数），如果一片存储器中有1024（2¹⁰）个存储单元，每单元存1个字节，该存储器的存储容量为1024×8bit，简称1KB。

（3）地址编号

存储器中有很多存储单元，为了查找方便，需要给每个单元赋予不同的编号，这就是地址编号。图2-12所示的存储器中有4个存储单元，它们的地址可以用2位二进制数编号来表示，地址编号分别是00、01、10、11。如果一个存储器中有1024个存储单元，则至少需要用12位二进制数来表示，地址编号分别是000000000000，000000000001，…，111111111110，111111111111。

存储器的存储单元越多，地址编号需要的二进制数位数越多，对于大容量的存储器，用二进制数进行地址编号非常不方便，也容易出错。为此，现在的存储器都用十六进制数地址编号来代替二进制数编号。

二进制数地址编号转换成十六进制数地址编号的规则是：将二进制数地址编号从低到高4位编为一组，高位不足4位补0，再将每4位二进制数转换成十六进制数，得到的即为十六进制数地址编号。例如，二进制数地址编号000011000000B、01111010 0001B转换成十六进制数地址编号分别是0C0H、7A1H。

图2-13 一种单片机存储器容量扩展示意图

4.存储器容量的扩展

单片机内部存储器的容量一般不会很大，如果内部存储器容量不够用，可在单片机外围增加存储器进行容量扩展。图2-13就是一种单片机存储器容量扩展示意图。

如果单片机要读取内部存储器中的数据，内部电路（图中未画出）让CS线为“1”，R/W线为“1”，并从地址总线A0～A15送出16位地址信号。CS=1让外部存储器不工作，CS=1经非门变为“0”，内部存储器被选中；R/W=1控制内部存储器执行读操作；A0～A15送出的地址信号选中内部存储器中的某个存储单元，该单元中存储的数据就通过数据线D0～D7输出到单片机的某些电路。

如果单片机要读取外部存储器中的数据，内部电路让CS线为“0”，R/W线为“1”，并从地址总线A0～A15送出16位地址信号。CS=0让外部存储器工作，CS=0经非门变为“1”，内部存储器不工作；R/W=1控制外部存储器执行读操作；A0～A15送出的地址信号选中外部存储器中的某个存储单元，该单元中存储的数据就通过数据线D0～D7输出，送入单片机内部。