單片機(jī) 執(zhí)行指令

我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)我們?cè)?a target="_blank">編程器中把一條指令寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，其次取下單片機(jī)，單片機(jī)就能夠執(zhí)行這條指令。

那么這條指令一定保存在單片機(jī)的某個(gè)地方，并且這個(gè)地方在單片機(jī)掉電后依然能夠保持這條指令不會(huì)丟失，這是個(gè)什么地方呢？這個(gè)地方就是單片機(jī)內(nèi)部的只讀存儲(chǔ)器即ROM(READ ONLY MEMORY)。

為什么稱(chēng)它為只讀存儲(chǔ)器呢？剛剛我們不是明明把兩個(gè)數(shù)字寫(xiě)進(jìn)去了嗎？原來(lái)在89C51中的ROM是一種電可擦除的ROM，稱(chēng)為FLASH ROM，剛剛我們是用的編程器，在特殊的條件下由外部設(shè)備對(duì)ROM進(jìn)行寫(xiě)的操作，在單片機(jī)正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)去，所以我們還是把它稱(chēng)為ROM。

單片機(jī) 數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象

我們知道，計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，這令我們非常難以了解，它們只是一些電子元器件，怎么能夠進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算呢？

我們?nèi)祟?lèi)做數(shù)學(xué)題如37+45是這樣做的，先在紙上寫(xiě)37，其次在下面寫(xiě)45，其次大腦運(yùn)算最后寫(xiě)出結(jié)果，運(yùn)算的原素材是37和45，結(jié)果是82都是寫(xiě)在紙上的，計(jì)算機(jī)中又是放在什么地方呢？

為了攻克這個(gè)問(wèn)題，先讓我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：這里有一盞燈，我們知道燈要么亮，要么不亮，就有兩種狀態(tài)，我們能夠用‘0’和‘1’來(lái)代替這兩種狀態(tài)：規(guī)定亮為‘1’、不亮為‘0’。

此時(shí)放上三盞燈，一共有幾種狀態(tài)呢？我們列表來(lái)看一下：000 / 001 / 010 / 011 / 100 / 101 / 110 / 111。我們來(lái)看，這個(gè)000 / 001 / 101 不就是我們學(xué)過(guò)的的二進(jìn)制數(shù)嗎？原本，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?cè)俪橄笠徊?，燈為什么?huì)亮呢？是由于輸出電路輸出高電平，給燈通了電。因此，燈亮和滅就能夠用電路的輸出是高電平還是低電平來(lái)替代了。這樣，數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)絡(luò)上了。

單片機(jī) 數(shù)位的含義

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)知道：一盞燈亮或者說(shuō)一根線的電平的高低，能夠代表兩種狀態(tài)：0和1，現(xiàn)實(shí)中上這就是一個(gè)二進(jìn)制位。

因此我們就把一根線稱(chēng)之為一“位”，用BIT表示

一根線能夠表示0和1，兩根線能夠表達(dá)00 / 01 / 10 / 11四種狀態(tài)，也就是能夠表達(dá)0~3，而三根能夠表達(dá)0~7，計(jì)算機(jī)中通常用8根線放在一起，同時(shí)計(jì)數(shù)，就能夠表示0~255一共256種狀態(tài)。

這8根線或者8位就稱(chēng)之為一個(gè)字節(jié)(BYTE)。

單片機(jī) 存儲(chǔ)器的構(gòu)造

存儲(chǔ)器就是拿來(lái)寄存數(shù)據(jù)的地方。它是利用電平的高低來(lái)寄存數(shù)據(jù)的，也就是說(shuō)，它寄存的現(xiàn)實(shí)中上是電平的高、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(gè)謎團(tuán)就解開(kāi)了。

一個(gè)存儲(chǔ)器就象一個(gè)個(gè)的小抽屜，一個(gè)小抽屜里有八個(gè)小格子，每個(gè)小格子就是拿來(lái)寄存“電荷”的，電荷通過(guò)與它相連的電線傳進(jìn)來(lái)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，你能夠把電線想象成水管，小格子里的電荷就象是水，那就好了解了。存儲(chǔ)器中的每個(gè)小抽屜就是一個(gè)放數(shù)據(jù)的地方，我們稱(chēng)之為一個(gè)“單元”。

有了這么一個(gè)構(gòu)造，我們就能夠初始寄存數(shù)據(jù)了，想要放進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù)12，也就是00001100，我們只有把第二號(hào)和第三號(hào)小格子里存滿(mǎn)電荷，而其它小格子里的電荷給放掉就行了。

可問(wèn)題出來(lái)了，一個(gè)存儲(chǔ)器有好多單元，線是并聯(lián)的，在放入電荷的時(shí)候，會(huì)將電荷放入所有的單元中，而釋放電荷的時(shí)候，會(huì)把每個(gè)單元中的電荷都放掉。這樣的話，不管存儲(chǔ)器有多少個(gè)單元，都只能放同一個(gè)數(shù)，這當(dāng)然不是我們所希望的。因此，要在構(gòu)造上稍作變化。

須要在每個(gè)單元上有個(gè)控制線，想要把數(shù)據(jù)放進(jìn)哪個(gè)單元，就把一個(gè)信號(hào)給這個(gè)單元的控制線，這個(gè)控制線就把開(kāi)關(guān)翻開(kāi)，這樣電荷就能夠自由流動(dòng)了。而其它單元控制線上沒(méi)有信號(hào)，所以開(kāi)關(guān)不翻開(kāi)，不會(huì)受到影響。

這樣，只有控制不同單元的控制線，就能夠向各單元寫(xiě)入不同的數(shù)據(jù)了。同樣，假如要從某個(gè)單元中取數(shù)據(jù)，也只有翻開(kāi)相應(yīng)的控制開(kāi)關(guān)就行了。

單片機(jī) 存儲(chǔ)器的譯碼

那么，我們?cè)鯓觼?lái)控制各個(gè)單元的控制線呢？這個(gè)還不簡(jiǎn)略，把每個(gè)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(méi)那么簡(jiǎn)略，一片27512存儲(chǔ)器中有65536個(gè)單元，把每根線都引出來(lái)，這個(gè)集成電路就得有6萬(wàn)多個(gè)腳？不行，怎么辦？要想法減少線的數(shù)量。

有一種方法稱(chēng)這為譯碼，簡(jiǎn)略介紹一下：一根線能夠代表2種狀態(tài)，2根線能夠代表4種狀態(tài)，3根線能夠代表8種，256種狀態(tài)又須要幾根線代表？8根線，所以65536種狀態(tài)我們只須要16根線就能夠代表了。

單片機(jī) 存儲(chǔ)器的選片概念

至此，譯碼的問(wèn)題攻克了，讓我們?cè)賮?lái)關(guān)注另外一個(gè)問(wèn)題。送入每個(gè)單元的八根線是用從什么地方來(lái)的呢？它就是從計(jì)算機(jī)上接過(guò)來(lái)的，一般地，這八根線除了接一個(gè)存儲(chǔ)器之外，還要接其它的器件。

這樣問(wèn)題就出來(lái)了，這八根線既然不是存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)之間專(zhuān)用的，假如總是將某個(gè)單元接在這八根線上，就有問(wèn)題出現(xiàn)了：假如這個(gè)存儲(chǔ)器單元中的數(shù)值是0FFH另一個(gè)存儲(chǔ)器的單元是00H，那么這根線到底是處于高電平，還是低電平？怎樣分辯？

辦法很簡(jiǎn)略，當(dāng)外面的線接到集成電路的引腳進(jìn)來(lái)后，不直接接到各單元去，中間再加一組開(kāi)關(guān)就行了。平時(shí)我們讓開(kāi)關(guān)翻開(kāi)著，假如的確是要向這個(gè)存儲(chǔ)器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，或要從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)，再讓開(kāi)關(guān)接通就行了。

這組開(kāi)關(guān)由三根引線選擇：讀控制端、寫(xiě)控制端和片選端。要將數(shù)據(jù)寫(xiě)入片中，先選中該片，其次發(fā)出寫(xiě)信號(hào)，開(kāi)關(guān)就合上了，并將傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)(電荷)寫(xiě)入片中。假如要讀，先選中該片，其次發(fā)出讀信號(hào)，開(kāi)關(guān)合上，數(shù)據(jù)就被送出去了。

讀和寫(xiě)信號(hào)同時(shí)還接入到另一個(gè)存儲(chǔ)器，但是由于片選端不同，所以雖有讀或?qū)懶盘?hào)，但沒(méi)有片選信號(hào)，所以另一個(gè)存儲(chǔ)器不會(huì)“誤會(huì)”而開(kāi)門(mén)，造成沖突。那么會(huì)不同時(shí)選中兩片芯片呢？

只有是設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)就不會(huì)，由于它是由計(jì)算控制的，而不是我們?nèi)藖?lái)控制的，假如真的出現(xiàn)同時(shí)出現(xiàn)選中兩片的情況，那就是電路出了故障了，這不在我們的探討之列。

單片機(jī) 總線概念
從上面的介紹中我們已經(jīng)看到，拿來(lái)傳遞數(shù)據(jù)的八根線并不是專(zhuān)用的，而是很多器件大家共用的。

所以我們稱(chēng)之為數(shù)據(jù)總線，總線英文名為BUS，總即公交車(chē)道，誰(shuí)也能夠走。而十六根地址線也是連在一起的，稱(chēng)之為地址總線。

審核編輯 ：李倩