一文讀懂存儲器的工作原理

1、存儲器構造

存儲器就是用來存放數據的地方。它是利用電平的高低來存放數據的，也就是說，它存放的實際上是電平的高、低，而不是我們所習慣認為的1234這樣的數字，這樣，我們的一個謎團就解開了，計算機也沒什么神秘的嗎。

圖1

讓我們看圖1。單片機里面都有這樣的存儲器，這是一個存儲器的示意圖：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。存儲器中的每個小抽屜就是一個放數據的地方，我們稱之為一個“單元”。

圖2

有了這么一個構造，我們就能開始存放數據了，想要放進一個數據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（看圖2）。可是問題出來了，看圖1，一個存儲器有好多單元，線是并聯的，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，這當然不是我們所希望的，因此，要在結構上稍作變化，看圖1，在每個單元上有個控制線，我想要把數據放進哪個單元，就給一個信號這個單元的控制線，這個控制線就把開關打開，這樣電荷就能自由流動了，而其它單元控制線上沒有信號，所以開關不打開，不會受到影響，這樣，只要控制不一樣單元的控制線，就能向各單元寫入不一樣的數據了，同樣，如果要某個單元中取數據，也只要打開對應的控制開關就行了。

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？要想法減少線的數量。我們有一種辦法稱這為譯碼，簡單介紹一下：一根線能代表2種狀態，2根線能代表4種狀態，3根線能代表幾種，256種狀態又需要幾根線代表？8種，8根線，所以65536種狀態我們只需要16根線就能代表了。

圖3

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，如圖4所示。這樣問題就出來了，這八根線既然不是存儲器和計算機之間專用的，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。辦法當然很簡單，當外面的線接到集成電路的管腳進來后，不直接接到各單元去，中間再加一組開關（參考圖4 ）就行了。平時我們讓開關關閉著，如果確實是要向這個存儲器中寫入數據，或要從存儲器中讀出數據，再讓開關接通就行了。這組開關由三根引線選擇：讀控制端、寫控制端和片選端。要將數據寫入片中，先選中該片，然后發出寫信號，開關就合上了，并將傳過來的數據（電荷）寫入片中。如果要讀，先選中該片，然后發出讀信號，開關合上，數據就被送出去了。注意圖3，讀和寫信號同時還接入到另一個存儲器，但是由于片選端不一樣，所以雖有讀或寫信號，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。那么會不一樣時選中兩片芯片呢？只要是設計好的系統就不會，因為它是由計算控制的，而不是我們人來控制的，如果真的出現同時出現選中兩片的情況，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看到，用來傳遞數據的八根線并不是專用的，而是很多器件大家共用的，所以我們稱之為數據總線，總線英文名為BUS，總即公交車道，誰者能走。而十六根地址線也是連在一起的，稱之為地址總線。