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本帖最后由 alexwang 于 2020-7-8 13:35 编辑
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数据是如何存入计算机的？ EDA365原创 作者： 巢影字幕组
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对于计算机我们肯定都很熟悉，它的内部有ALU进行算术和逻辑运算，可是他们运算得出的结果怎么办？扔掉吗？那这个计算就没有任何意义了。 3 @, `/ I! n4 V) |5 |0 }2 T- y
因此，那些计算出来的结果就需要存起来，于是就有了计算机内存。 6 t$ S$ Z2 Y) _: l0 n/ d j
当打游戏或者编辑某个文档且进入尾声的时候，电源被切断的惨痛经历大家应该都经历过，再次打开电脑的时候，上次的数据都没了，这就是随机存取存储器，简称RAM，还有一种就是电源关闭了数据还在，这就是持久存储。 & D0 v- ^7 {2 R2 s
上面的有没有理解不重要，现在我们从简单的只能存1个bit电路开始，来了解一下内存的工作原理吧！ 4 c0 G2 ] T/ o7 d, |
先看OR门，将输出传回输入，看看发生了什么？ 4 F# X( B8 d; S& \0 J4 g) J
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& n# f6 s% k/ j# N3 u, F6 s首先，将两个输入A、B均设为0，“0 OR 0”是0，输出0；如果将A变成1“1 OR 0”为1，输出1，输出回到B，B变为1，后面再怎么改变A的值，输出仍然为1，这个电路可以用来记录1。
|% C6 p* y1 j' o/ X9 N# }再来看看AND门 " H* s8 h- `1 p2 h* f
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* \( B, ]2 ^2 P; O D; h2 y+ D将A和B都设为1，“1 AND 1”的输出是1；如果将A变为0，输出0，输出回到B，B变为0，后面再怎么改变A的值，输出仍然为0，这个电路记录0。 / v1 k3 q7 I) a. n4 M# b
现在有了记录1和0的电路，为了做出有用的存储(memory)，我们将两个电路合起来，变成了“AND-OR锁存器”
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它有两个输入，"设置"( SET )和"复位" ( RESET )，如果“设置”和“复位”都是0，电路的输出就是最后放入的内容，它存住了1 bit的信息，这就是存储！
" I3 k2 t5 g& v0 g0 V注：之所以叫“锁存”，是因为它“锁定”一个特定值并保持状态不变。数据放入叫“写入” ，数据输出叫“读取”。
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用两个输入SET和RESET有点麻烦，为了更方便，我们只用一个输入线，将它设为0或1来存储值，再加一根“允许输入线”来“启用”(enable)内存，启用时允许写入，未启用时“锁定”，再与一些额外逻辑门就可以组成一个叫"门锁"（Gated Latch）的电路。 ! R+ s" B4 \1 r( f, Q
刚刚我们只存了1bit，没什么大用，但如果我们并排放8个锁存器，就可以存8位信息，这个8bit数字组的锁存器叫“寄存器”，寄存器能存多少个Bit叫“位宽”。
0 r* P) {1 U1 J: i早期电脑用8位寄存器，然后是16位，32位，如今大多计算机都是64位宽的寄存器。
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在写入寄存器之前，要启用里面所有锁存器，我们可以用一根线连接所有“允许输入线”，并设为1，然后用8条数据线发数据，最后将“允许写入线”设回0，8bit的值就存好了。 + p7 B z# J' J3 d2 y( T
对于bit少的，这样并排摆放锁存器可以，可是对于64位寄存器要64根数据线，64根连到输出端，这怎么办？
$ G, y/ s& G5 U幸运的是，只要1根线启用所有锁存器，这样加起来也要129根线；那存256个bit，要513根线，存放的数据越多，需要的线就越多，那有什么好的解决方法吗？
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7 G0 w8 s/ {) g1 L, b: U2 q% I解决方法就是用矩阵！ h( x: U5 l7 }3 @* z+ w X
在矩阵中，我们将锁存器做成网格，那么存256位只需要16x16的锁存器。
8 |5 K( _& k$ h, F: c9 ?让我们看看矩阵锁存器是如何工作的吧？ ) J$ W) u( E( u7 E2 x* y! G3 ~
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4 Z" t" z$ W! ]' W如果想打开某个锁存器，就打开这个锁存器交叉处的“允许写入线”，这种行/列配置方法，需要一根共享的“允许写入线”连接所有锁存器，为了使锁存器变为“允许写入”状态，行线、列线和“允许写入线”都必须为1，而且每次只能有1个锁存器启用并锁存数据，这样就可以用一根“数据线”连接所有锁存器来传数据。 * S& p0 D7 I# V) h
这样256位的存储，只需要35根线——1根“数据线”，1根“允许写入线”，1根“允许读取线”和16行16列的用于选择锁存器的线。 5 [. A3 V) d+ [: m1 k
为了将地址转成行和列，我们需要一个叫“多路复用器”的部件，它的工作方式是：当输入一个4 bit数字时，它会把那根线连到相应的输出线，如果输入0000，它会选择第一列；如果输入0001，则选择下一列，依此类推。
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5 H% H6 k* n; ]" s. G! e* D一个多路复用器处理行(row)，另一个多路复用器处理列(column)，那么把256位内存当成一个组件来看，它需要一个8bit地址：4bit代表哪一列，4 bit 代表哪一行，还需要“允许写入线”和“允许读取线”，最后，还需要一条数据线，用于读/写数据。
7 g+ r! I% E/ H% K+ n1 F* u0 G. `今天，我们用锁存器做了一块SRAM（静态随机存取存储器），还有其他类型的RAM，如DRAM，闪存和NVRAM，它们在功能上与SRAM相似，比如用不同的逻辑门，电容器，电荷陷阱或忆阻器等，但从根本上说，所有这些技术都是用矩阵层层嵌套存储大量信息的，有没有觉得很不可思议呢？ ) }; ]7 v5 I$ p3 s# R- ^) `
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注：本文为EDA365电子论坛原创文章，未经允许，不得转载 | 
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发表于 2020-7-8 13:32
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