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1、第三章存储器与布尔处理器,目 录,3.1 概述3.2 存储器结构3.3 外部存储器与访问3.4 寻址方式,概述,存储器的功能是存储信息(程序和数据)，按配置方法分主存和外存。主存用来存放当前执行的程序和数据，主机能直接访问，存取速度快，容量小；外存用来存放当前暂不执行的程序和数据，主机不直接访问外存，存取速度慢，但容量大。本章主要介绍主存,首先介绍半导体存储器:,随机存取存储器RAM,随机存取存储器RAM特点：是可对任意存储单元需要随时读出或写入，工作速度快。按制造工艺分：双极型RAM 以双极型晶体管为基本元件构成单元电路的存储器。特点是工作速度快(10-45ns)，功耗大，集成度低，价格贵。
2、MOS型RAM 由mos管构成基本单元电路及外围电路的存储器。特点是工作速度稍慢(200-450ns)，功耗低，集成度高，价格便宜。按存储信息方式分为静态RAM和动态RAM两种,随机存取存储器RAM,静态RAM 静态RAM采用mos管触发器作为基本单元电路，由触发器的两个稳定状态来存储0或1信息，状态稳定。非破坏性读出，不需刷新，断电后所存信息才消失。单片机外部数据存储器常用静态RAM，例如：2114（1K*4B）、6116(2K*8B)、6264(8K*8B)。动态RAM 动态RAM采用mos管栅极电容存储信息，减少构成基本存储单元的管子数，提高集成度。但必须定期对原存储信息1的单元进行电荷
3、补充，这种过程称为刷新。另外单管动态RAM在读出时属破坏性读出，需刷新。集成度高，功耗低，价格便宜，工作速度快，但需刷新，硬件电路复杂。常用动态RAM如：2164（64K*1B）,200ns。,只读存储器ROM,只读存储器固化后信息不能改变，掉电后信息不丢失，一般用来存放固定程序和数据。按实际应用分为三种类型：掩膜只读存储器ROM掩膜ROM由厂家成批实现固化，通过二次光刻板图形（掩膜）决定基本存储单元管子导通或截至，一旦固化不能改写。可编程只读存储器PROM掩膜ROM由用户通过专门的固化器实现固化，一旦固化不能改写。可擦写只读存储器EPROM紫外光擦写的EPROM电可擦写的EEPROM,存储器
4、结构,MCS-51的存储器结构与典型微机不同一般微机：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一编址，称为普林斯顿结构。,MCS-51：程序存储器与数据存储器分为两个独立存储器逻辑空间，各有自己的寻址系统、控制信号和功能，分开编址，称为哈佛结构。这种结构是为了有效的使用较大的程序和频繁的处理大量数据或变量。,普林斯顿结构,也称冯诺伊曼结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。,冯诺曼结构处理器具有以下几个特点：必须有一个存储
5、器；必须有一个控制器；必须有一个运算器；用于完成算术运算和逻辑运算；必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。,哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。,哈佛结构是指程序和数据空间独立的体系结构，目
6、的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。哈佛结构处理器有两个明显的特点：使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。,存储器结构,MCS-51的存储空间分为三类：片内、片外统一编址的64K字节程序存储器空间256字节的内部数据存储器空间，其中包括特殊功能寄存器64K字节的外部数据存储器地址空间,程序存储器结构,MCS-51的程序存储空间：MCS-51设置16位的程序计数器PC,可寻址64K字节程序存储器空间.8051/8751片内4K字节的ROM/EPROM;8052片内
7、8K字节的ROM/EPROM;8031/8032无内部程序存储器;/EA引脚为高电平,CPU首先访问内部程序存储器,访问超过4K(8K)字节的程序存储器时,CPU自动转向访问外部程序存储器,/PSEN输出有效信号./EA引脚为低电平,CPU只访问外部程序存储器.,程序存储器结构,程序存储器的某些单元专用于某些特定的程序段：0000H0002H 程序的起始0003H0032H 中断服务程序,每个中断只保留8个单元,一般不够存放中断服务程序,常用转移指令转向实际的中断服务程序段.,数据存储器结构,MCS-51的数据存储器MCS-51的数据存储器也分为内部和外部,分别用MOV和MOVX 指令访问.内
8、部数据存储器的空间分配00H7FH低128字节为RAM区其中001FH为工作寄存器组,共分4组,每组8字节R0R7.某一时刻只能使用一组,由PSW中的RS0、RS1来选择,原先的工作寄存器将被屏蔽和保护,相当于进栈保护,数据存储器结构,内部数据存储器的空间分配20H2FH为既可以按字节寻址,又可以按位寻址RAM,共16个字节128位.位寻址的地址空间为00H-7FH,20H,2FH,30H7FH共80个字节只能字节寻址.80HFFH高128字节对8051为特殊功能寄存器区,对8052既是RAM区,又是特殊功能寄存器区.,数据存储器结构,特殊功能寄存器SFR字节地址：80H-FFH位寻址寄存器：
9、其字节地址可被8整除。专用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SPI/O接口寄存器：P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON,外部存储器与访问,外部程序存储器与访问对于8051/8751/8052/8752片内4K/8K字节的程序存储器外,还可扩展60/56K程序存储器;对于8031/8032无内部程序存储器,必须全部由外部配置,一般选用EPROM;若低地址程序段在片内,/EA引脚为高电平,CPU从0000H访问内部程序存储器,程序执行超过4095/8191单元后,CPU自动转向访问外部程序存储器,内部和外部访问速度相同.若无外部程序存储器,4095/8191单元不能有数据
10、.,外部存储器与访问,外部程序存储器与访问CPU访问外部程序存储器时,PC的低8位地址由P0口输出,高8位地址由P2输出.从外部程序存储器读入的指令由P0口输入./ALE为地址锁存信号,每个机器周期出现两次,只有访问外部数据存储器时才减为一次.因此/ALE信号为主振频率的1/6,实际应用中可借用作定时信号./PSEN是访问外部程序存储器的专用选通信号,低电平有效.每个机器周期有效两次.,外部存储器与访问,外部数据存储器与访问MCS-51片内配置128/256字节的RAM,可根据需要扩展至64KRAMCPU访问外部数据存储器的地址由数据指针DPTR或工作寄存器Ri提供,Ri提供8位地址,由P0口
11、输出;DPTR提供16位地址,由P0口输出DPL,DPH由P2输出.读写操作的数据由P0口输入/输出.访问外部RAM的读/写选通信号由/RD、/WR提供。,外部存储器与访问,访问内部还是外部RAM是通过不同的指令来区别。访问内部RAM选用MOV类指令，访问外部RAM选用MOVX指令。MOVX A，Ri/MOVX A，DPTA,MOVX Ri,A/MOVX DPTA,A由于访问外部程序或数据存储器各有不同的选通信号，提供访问的地址单元不同，从而在结构上把程序存储器和数据存储器分开。,外部存储器与访问,外部扩展地址/数据总线P0口既是低8位地址总线,又是8位数据总线,分时复用,P2口为高8位地址总
12、线,从而形成了16位地址总线和8位数据总线.ALE、/PSEN以及P3口的一部分组成控制总线，形成总线结构。P0口分时复用，具有双向功能，不许外接上拉电阻。一旦外部扩展存储器，P2口不能作一般I/O口使用。,寻址方式,寻址方式主要解决的是如何在存储器地址空间方便及时地找到目的单元地址。MCS-51单片机有7种基本寻址方式,寻址方式,寄存器寻址 对工作寄存器(R0R7)、累加器、DPTR、位累加器进行读写.如：(A)=10H，(R3)=4FH,执行 MOV A，R3 结果:(A)=4FH，(R3)=4FH,0001 0000,A,R3,0100 1111,1110 1011,程序存储器,0100
13、 1111,寻址方式,直接寻址 指令直接给出操作数的地址,可以访问的地址空间为:特殊功能寄存器,内部RAM,位地址空间.指令中1个或2个操作数可以为直接寻址.如：(A)=FFH，(65H)=00H,执行 MOV 65H,A 结果:(A)=FFH，(65H)=FFH,0000 0000,A,65H,1111 1111,0110 0101,程序存储器,1111 1111,1111 0101,寻址方式,立即寻址 指令直接给出操作数,指令码后紧跟1或2个字节立即操作数.立即数以#开头.如：(A)=00H，执行 MOV A,#62H 结果:(A)=62H,A,0000 0000,0110 0010,程序
14、存储器,0110 0010,0111 0100,寻址方式,寄存器间接寻址 指令所指定的寄存器内容为地址,由该地址所指定的单元内容为操作数.可以使用R0,R1,DPTR作为间接寻址寄存器.如：(A)=00H，(R0)=36H,(36H)=FFH 执行 MOV A,R0 结果:(A)=FFH,A,0000 0000,程序存储器,1110 0110,36H,1111 1111,1111 1111,R0,0011 0110,寻址方式,变址间接寻址方式 基址寄存器加变址寄存器内容之和作为有效地址进行间接寻址的方式,以PC和DPTR作为基址寄存器,由A作为变址寄存器.JMP A+DPTR;散转指令MOVC
15、 A,A+DPTR;查表指令,DPTR的内容为表格起始地址MOVC A,A+PC;PC的当前值为表格起始地址如：(A)=05H，(DPTR)=2000H,执行 MOV A,A+DPTR 结果:(A)=27H,程序存储器,0010 0111,2005H,0010 0110,2000H,1001 0011,寻址方式,相对寻址方式 以PC当前值为基准,加上指令中的相对偏移量形成有效地址,转移范围是PC的当前值为起始地址,相对偏移量在-128127之间.指令的第二个操作码为相对偏移量.如：(PC)=1000H,C=1,rel=75H 执行 JC rel 目的地址为:1002H+75H,程序存储器,1077H,0111 0101,0100 0000,1000H,1001H,1002H,寻址方式,位寻址方式位寻址一般以直接位地址的方式给出.位寻址能对内部RAM的128位,部分特殊功能寄存器进行读写.对每个位单元可以进行置位,清零,求反,传送,判跳和逻辑运算.操作结果一般存于位累加器中.位累加器,位寻址寄存器,位寻址I/O口,位寻址内部RAM,位寻址指令,程序存储器等组成MCS-51的位处理器,
