存儲器的基本結構

A. MCU的存儲器結構是什麼

MCU根據其存儲器結構可分為哈佛（Harvard）結構和馮▪諾依曼（Von Neumann）結構。現在的單片機絕大多數都是基於馮·諾伊曼結構的，這種結構清楚地定義了嵌入式系統所必需的四個基本部分：一個中央處理器核心，程序存儲器（只讀存儲器或者快閃記憶體）、數據存儲器（隨機存儲器）、一個或者更多的定時/計時器，還有用來與外圍設備以及擴展資源進行通信的輸入/輸出埠，所有這些都被集成在單個集成電路晶元上。一個微處理器能夠聰明地執行某種任務，除了它們強大的硬體外，還需要它們運行的軟體，其實微處理器並不聰明，它們只是完全按照人們預先編寫的程序而執行之。那麼設計人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器（ROM）。程序相當於給微處理器處理問題的一系列命令。其實程序和數據一樣，都是由機器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放於程序存儲器中。具有64kB程序存儲器定址空間，它是用於存放用戶程序、數據和表格等信息。（對於內部無ROM的8031單片機，它的程序存儲器必須外接，空間地址為64kB，此時單片機的EA端必須接地。強制CPU從外部程序存儲器讀取程序。）對於內部有ROM的8051等單片機，正常運行時，則需接高電平，使CPU先從內部的程序存儲中讀取程序，當PC值超過內部ROM的容量時，才會轉向外部的程序存儲器讀取程序。

B. 計算機存儲系統有哪些部分組成,各自特點

計算機的存儲系統
一、存儲器：是計算機的重要組成部分.
它可分為：
計算機內部的存儲器（簡稱內存）
計算機外部的存儲器（簡稱外存）
內存儲器從功能上可以分為：讀寫存儲器
RAM、只讀存儲器ROM兩大類
計算機存儲容量以位元組為單位，它們是:位元組B(
1Byte=8bit)、千位元組(1KB=1024B)、兆位元組(1MB=1024KB)、千兆位元組（1GB=1024MB）、1TB＝1024GB
二、計算機的外存儲器一般有：軟盤和軟碟機、硬碟、CD－ROM、可擦寫光碟機即CD－RW光碟機還有USB介面的移動硬碟、光碟機、或可擦寫電子硬碟（優盤）等。
三、存儲器的容量的基本單位是位元組(Byte)，並有下列的運算換算關系：
1KB=1024Bytes
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1TB=1024GB
1個漢字在計算機內需要2個位元組來存儲；
1個英文字元(即ASCII碼)在計算機中需要1個位元組來存儲；
1個位元組相當於8個二進制位。

C. 單片機的存儲器結構

通過上面的實驗我們已經知道：一盞燈亮或者說一根線的電平的高低，能代表兩種狀態：0和1。實際上這就是一個二進制位，因此我們就把一根線稱之為一「位」，用BIT表示。

什麼是位元組：
  一根線能表於0和1，兩根線能表達00，01，10，11四種狀態，也就是能表於0到3，而三根能表達0-7，計算機中常常用8根線放在一起，同時計數，就能表過到0-255一共256種狀態。這8根線或者8位就稱之為一個位元組（BYTE）。不要問我為什麼是8根而不是其它數，因為我也不知道。（計算機世界是一本人造的世界，不是自然界，很多事情你無法問為什麼，只能說：它是一種規定，大家在以後的學習過程中也要注意這個問題）

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，計算機也沒什麼神秘的嗎。

 

 

 
圖2

 
圖3

  讓我們看圖2。單片機裡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，至於電荷在小格子里是怎樣存的，就不用我們操心了，你能把電線想像成水管，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」。

 

 

  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3）。可是問題出來了，看圖2，一個存儲器有好多單元，線是並聯的，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2，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。

2、存儲器解碼
  那麼，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？事情可沒那麼簡單，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，怎麼辦？要想法減少線的數量。我們有一種辦法稱這為解碼，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4)

3、存儲器的選片及匯流排的概念
   至此，解碼的問題解決了，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麼地方來的呢？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，那麼這根線到底是處於高電平，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後，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，然後發出寫信號，開關就合上了，並將傳過來的數據（電荷）寫入片中。如果要讀，先選中該片，然後發出讀信號，開關合上，數據就被送出去了。注意圖4，讀和寫信號同時還接入到另一個存儲器，但是由於片選端不一樣，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。那麼會不一樣時選中兩片晶元呢？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。

D. 存儲器由哪幾部分組成，如何使用

存儲器由存儲體、地址解碼器和控制電路組成。

1)存儲體是存儲數據信息的載體。由一系列存儲單元組成，每個存儲單元都有確定的地址。存儲單元通常按位元組編址，一個存儲單元為一個位元組，每個位元組能存放一個8位二進制數。就像一個大倉庫，分成許多房間，大倉庫相當於存儲體，房間相當於位元組，房間都有編號，編號就是地址。

2)地址解碼器將CPU發出的地址信號轉換為對存儲體中某一存儲單元的選通信號。相當於CPU給出地址，地址解碼器找出相應地址房間的鑰匙。通常地址是8位或1 6位，輸入到地址解碼器，產生相應的選通線，8位地址能產生28=256根選通線，即能選通256位元組。16位地址能產生216=65536=64K根選通線，即能選通64K位元組。當然要產生65536根選通線是很難想像的，實際上它是分成256根行線和256根列線，256 X 256=65536，合起來能選通65536個存儲單元。

3)存儲器控制電路包括片選控制、讀／寫控制和帶三態門的輸入／輸出緩沖電路。

①片選控制確定存儲器晶元是否工作。

②讀/寫控制確定數據傳輸方向；若是讀指令，則將已被選通的存儲單元中的內容傳送到數據匯流排上；若是寫指令，則將數據匯流排上的數據傳送到已被選通的存儲單元中。

③帶三態門的輸入/輸出緩沖電路用於數據緩沖和防止匯流排上數據競爭。數據匯流排相當於一條車流頻繁的大馬路，必須在綠燈條件下，車輛才能進入這條大馬路，否則要撞車發生交通事故。同理，存儲器的輸出端是連接在數據匯流排上的，存儲器中的數據是不能隨意傳送到數據匯流排上的。例如，若數據匯流排上的數據是「1」(高電平5V)，存儲器中的數據是「0」(低電平OV)，兩種數據若碰到一起就會發生短路而損壞單片機。因此，存儲器輸出埠不僅能呈現「1」和「O」兩種狀態，還應具有第三種狀態「高阻"態。呈「高阻"態時，它們的輸出埠相當於斷開，對數據匯流排不起作用，此時數據匯流排可被其他器件佔用。當其他器件呈「高阻"態時，存儲器在片選允許和輸出允許的條件下，才能將自己的數據輸出到數據匯流排上。

單片機學習需要理論結合實際，最好有自己的單片機開發板輔助，看視頻教程，目前主流的有吳鑒鷹單片機開發板

E. PLC存儲器的組成有哪些各部分的作用是什麼

PLC存儲器分為系統程序存儲器和用戶存儲器。

系統程序存儲器用以存放系統程序，包括管理程序，監控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。

用戶存儲器：分為用戶程序存儲區和工作數據存儲區。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為後備電源，壽命一般為3~5年。

lc基本結構基本相同，主要有CPU,電源，儲存器和輸入輸出介面電路等組成。中央處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。

CPU通過地址匯流排、數據匯流排、控制匯流排與儲存單元、輸入輸出介面、通信介面、擴展介面相連。CPU是PLC的核心，它不斷採集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統輸出。

PLC的存儲器包括系統存儲器和用戶存儲器兩種。系統存儲器用於存放PLC的系統程序，用戶存儲器用於存放PLC的用戶程序。現在的PLC一般均採用可電擦除的E2PROM存儲器來作為系統存儲器和用戶存儲器。

(5)存儲器的基本結構擴展閱讀：

PLC的輸入介面電路的作用是將按鈕、行程開關或感測器等產生的信號輸入CPU；PLC的輸出介面電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出介面電路一般採用光耦合隔離技術，可以有效地保護內部電路。

輸入介面電路

PLC的輸入介面電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時間比較短，可以直接與接近開關，光電開關等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用於在有油霧、粉塵的惡劣環境下使用。

交流輸入電路和直流輸入電路類似，外接的輸入電源改為220V交流電源。

輸出介面電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。

繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來控制外部負載。

當可編程邏輯控制器投入運行後，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。

根據上述過程的描述，可以對PLC工作過程的特點小結如下：

①PLC採用集中采樣、集中輸出的工作方式，這種方式減少了外界干擾的影響。

②PLC的工作過程是循環掃描的過程，循環掃描時間的長短取決於指令執行速度、用戶程序的長度等因素。

③輸出對輸入的影響有滯後現象。PLC採用集中采樣、集中輸出的工作方式，當采樣階段結束後，輸入狀態的變化將要等到下一個采樣周期才能被接收，因此這個滯後時間的長短又主要取決於循環周期的長短。此外，影響滯後時間的因素還有輸入濾波時間、輸出電路的滯後時間等。

④輸出映像寄存器的內容取決於用戶程序掃描執行的結果。

⑤輸出鎖存器的內容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數據決定。

⑥PLC當前實際的輸出狀態有輸出鎖存器的內容決定。

功能特點

(1)可靠性高。由於PLC大都採用單片微型計算機，因而集成度高，再加上相應的保護電路及自診斷功能，提高了系統的可靠性。

(2)編程容易。PLC的編程多採用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數量比微型機指令要少得多，除中、高檔PLC外，一般的小型PLC只有16條左右。由於梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計算機專業知識，就可進行編程。

(3)組態靈活。由於PLC採用積木式結構，用戶只需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統的功能和規模，因此，可適用於任何控制系統。

(4)輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優點之一，是針對不同的現場信號(如直流或交流、開關量、數字量或模擬量、電壓或電流等)，均有相應的模板可與工業現場的器件(如按鈕、開關、感測電流變送器、電機啟動器或控制閥等)直接連接，並通過匯流排與CPU主板連接。

(5)安裝方便。與計算機系統相比，PLC的安裝既不需要專用機房，也不需要嚴格的屏蔽措施。使用時只需把檢測器件與執行機構和PLC的I/O介面端子正確連接，便可正常工作。

(6)運行速度快。由於PLC的控制是由程序控制執行的，因而不論其可靠性還是運行速度，都是繼電器邏輯控制無法相比的。

近年來，微處理器的使用，特別是隨著單片機大量採用，大大增強了PLC的能力，並且使PLC與微型機控制系統之間的差別越來越小，特別是高檔PLC更是如此。

F. 什麼是存儲器的四級存儲結構

CPU一級、二級、三級緩存+外部RAM存儲器總共是四級存儲。

CPU緩存到硬碟，一級比一級快，如果沒CPU緩存、內存，直接讓CPU讀取硬碟的話，CPU會一直等硬碟慢慢地把數據傳過來給它處理，這樣慢死了。所以先把硬碟上准備處理的數據傳到內存等待，最急著處理的就由內存傳到CPU緩存里，CPU可以以最高的速度讀取要處理的數據。

(6)存儲器的基本結構擴展閱讀

目前，快閃記憶體陣列已經逐漸普及，新埠的固態硬碟、NVMe網路架構，使存儲系統的性能有了大幅提升。未來，隨著新技術帶來的存儲效率大幅提升，將有越來越多的企業選擇快閃記憶體陣列來滿足數據實時性應用需求。

高效、易於擴展的分布式平台引領存儲架構新趨勢。分布式存儲系統採用可擴展的架構，不僅能提高存儲的效率和數據的安全性，還可以進行性能和容量的橫向擴展，解決大規模、高並發場景下的存儲訪問問題。

G. 存儲器的基本結構原理

存儲器單元實際上是時序邏輯電路的一種。按存儲器的使用類型可分為只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)，兩者的功能有較大的區別，因此在描述上也有所不同
存儲器是許多存儲單元的集合，按單元號順序排列。每個單元由若干三進制位構成，以表示存儲單元中存放的數值，這種結構和數組的結構非常相似，故在VHDL語言中，通常由數組描述存儲器

結構
存儲器結構在MCS - 51系列單片機中，程序存儲器和數據存儲器互相獨立，物理結構也不相同。程序存儲器為只讀存儲器，數據存儲器為隨機存取存儲器。從物理地址空間看，共有4個存儲地址空間，即片內程序存儲器、片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器，I/O介面與外部數據存儲器統一編址

存儲器是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內存)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)兩大類。和CPU直接交換信息的是主存。
主存的工作方式是按存儲單元的地址存放或讀取各類信息，統稱訪問存儲器。主存中匯集存儲單元的載體稱為存儲體，存儲體中每個單元能夠存放一串二進制碼表示的信息，該信息的總位數稱為一個存儲單元的字長。存儲單元的地址與存儲在其中的信息是一一對應的，單元地址只有一個，固定不變，而存儲在其中的信息是可以更換的。
指示每個單元的二進制編碼稱為地址碼。尋找某個單元時，先要給出它的地址碼。暫存這個地址碼的寄存器叫存儲器地址寄存器(MAR)。為可存放從主存的存儲單元內取出的信息或准備存入某存儲單元的信息，還要設置一個存儲器數據寄存器(MDR)

H. 什麼是存儲器的四級存儲結構

CPU一級、二級、三級緩存+外部RAM存儲器總共是四級存儲。

CPU緩存到硬碟，一級比一級快，如果沒CPU緩存、內存，直接讓CPU讀取硬碟的話，CPU會一直等硬碟慢慢地把數據傳過來給它處理，這樣慢死了。所以先把硬碟上准備處理的數據傳到內存等待，最急著處理的就由內存傳到CPU緩存里，CPU可以以最高的速度讀取要處理的數據。

CPU出現於大規模集成電路時代，處理器架構設計的迭代更新以及集成電路工藝的不斷提升促使其不斷發展完善。從最初專用於數學計算到廣泛應用於通用計算，從4位到8位、16位、32位處理器，最後到64位處理器，從各廠商互不兼容到不同指令集架構規范的出現，CPU 自誕生以來一直在飛速發展。

馮諾依曼體系結構是現代計算機的基礎。在該體系結構下，程序和數據統一存儲，指令和數據需要從同一存儲空間存取，經由同一匯流排傳輸，無法重疊執行。根據馮諾依曼體系，CPU的工作分為以下 5 個階段：取指令階段、指令解碼階段、執行指令階段、訪存取數和結果寫回。

I. 簡述計算機三級存儲體系結構

在計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題。輔助存儲器用於擴大存儲空間。

1、高速緩沖存儲器

存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。

2、主存儲器（Main memory）

計算機硬體的一個重要部件，其作用是存放指令和數據，並能由中央處理器（CPU）直接隨機存取。現代計算機是為了提高性能，又能兼顧合理的造價，往往採用多級存儲體系。即由存儲容量小，存取速度高的高速緩沖存儲器，存儲容量和存取速度適中的主存儲器是必不可少的。

主存儲器是按地址存放信息的，存取速度一般與地址無關。32位（比特）的地址最大能表達4GB的存儲器地址。這對多數應用已經足夠，但對於某些特大運算量的應用和特大型資料庫已顯得不夠，從而對64位結構提出需求。

3、外儲存器

輔助存儲器又稱外存儲器（簡稱外存）。指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬碟、軟盤、光碟、U盤等。

(9)存儲器的基本結構擴展閱讀

計算機的主存儲器不能同時滿足存取速度快、存儲容量大和成本低的要求，在計算機中必須有速度由慢到快、容量由大到小的多級層次存儲器，以最優的控制調度演算法和合理的成本，構成具有性能可接受的存儲系統。存儲系統的性能在計算機中的地位日趨重要，主要原因是：

1、馮諾伊曼體系結構是建築在存儲程序概念的基礎上，訪存操作約佔中央處理器（CPU）時間的70%左右。

2、存儲管理與組織的好壞影響到整機效率。

3、現代的信息處理，如圖像處理、資料庫、知識庫、語音識別、多媒體等對存儲系統的要求很高。

J. 存儲系統層次結構包含哪些層

第一層：通用寄存器堆 第二層：指令與數據緩沖棧 第三層：高速緩沖存儲器 第四層：主儲存器（DRAM） 第五層：聯機外部儲存器（硬磁碟機） 第六層：離線外部儲存器（磁帶、光碟存儲器等） 這就是存儲器的層次結構~~~ 主要體現在訪問速度~~~ 1,設置多個存儲器並且使他們並行工作。本質：增添瓶頸部件數目，使它們並行工作，從而減緩固定瓶頸。 2,採用多級存儲系統，特別是Cache技術，這是一種減輕存儲器帶寬對系統性能影響的最佳結構方案。本質：把瓶頸部件分為多個流水線部件，加大操作時間的重疊、提高速度，從而減緩固定瓶頸。 3,在微處理機內部設置各種緩沖存儲器，以減輕對存儲器存取的壓力。增加CPU中寄存器的數量，也可大大緩解對存儲器的壓力。本質：緩沖技術，用於減緩暫時性瓶頸。