深入分析有关存储器的疑问

 

 一、硬件参数

1、CPU：s3c44b0x

字长32位；以字节为单位编址；数据处理支持三种数据类型：字节（8位）、半字（16位）、字（32位）；存储方式有大小端之分；25根地址线。

 

 

2、存储器

Ⅰ   Flash ROM:  SST39VF1601

数据位宽为16位（16根数据线）；20根地址线；2M(1M*16bit)。

 

Ⅱ   SDRAM:  HY57V641620HG

数据位宽为16位（16根数据线）；12根地址线（行地址选择线有12根，列地址选择线有8根（12根的低8根）），2根bank选择线，总共有22根有效地址线；8M(4bank*1M*16bit)。

 

 

3、

CPU编址：以字节（8bit）为单位

存储器编址：以其位宽为单位，也就是说每个存储器地址下的数据位数为位宽。如

8K*12bit的存储器中的12就是存储器的位宽，指每个存储器地址下数据的位数。

这个12与地址线的多少无关，8K就是指有8K个不同的地址8K=8*1024=2^?   2的多少次方等于8*1024就有多少根地址线，8=2^3,  1024=2^10, 那么8K=2^13 ，存储器地址线就为13根。

 

 

 

二、存储器容量、位宽及其地址线根数三者之间的关系

1、存储容量计量单位的换算

1M(MB,mbyte)=2^10K(KB,kbyte)=2^20B(byte);

1Mb(Mbit)=2^10Kb(kbit)=2^20b(bit)；

1字（Word）=2半字（half word）=4字节(B,byte)=4×8位(b,bit)。

 

 

2、关系的确立

以上面的SST39VF1601为例，

存储容量2M=16Mbit=16*2^20bit,

地址线寻址范围：2^20*16bit(地址线根数20，位宽16)。

 

 

以上面的HY57V641620HG为例，

存储容量8M=8*8Mbit=64*2^20bit,

地址线寻址范围：2^22*16bit=64*2^20bit(地址线根数22，位宽16)。

 

 

总结：

存储器位宽表示每个地址下有多少位数据，与它的数据线根数相等；

存储器的地址线根数(N)决定了它的地址编号范围（2^N）；

存储器的位宽与它的地址线根数是没有联系的；

而存储器容量是位宽与2^N的乘积，此处单位为bit。

 

 

 

三、CPU的寻址

CPU编址：每个cpu地址编码中存放一个8位数据

CPU的字长为N

最大寻址范围为2^N

 

 

四、存储器位宽与CPU和存储器地址线连接方式之间的联系

1、详情可参见文章《外设位宽为8、16、32时，CPU与外设之间地址线的连接方法》。

CPU地址编号（每个地址存放8位数据）		存储器地址编号（每个地址存放16位数据）
00000（8位数据）	00001（8位数据）	00000（16位数据）
00010	00011	00001
00100	00101	00010
00110	00111	00011
01000	01001	00100

上表是CPU地址与存储器地址对应关系。

2、此步是在硬件层面实现的，软件层面不必再做考虑。

 

 

 

五、数据类型及其在内存中的存储形式

1、整型数据

类型	符号表示	内存中占用的位数	数值范围
无符号 基本整型	unsigned [int]	16（2字节）	-2^15 – (2^15-1)
有符号 基本整型	[signed] int	16（2字节）	0 – (2^16-1)
无符号 短整型	unsigned short [int]	16（2字节）	-2^15 – (2^15-1)
有符号 短整型	[signed] short [int]	16（2字节）	0 – (2^16-1)
无符号 长整型	unsigned long [int]	32（4字节）	-2^31 – (2^31-1)
有符号 长整型	[signed] long [int]	32（4字节）	0 – (2^32-1)

注：有符号整型数据的最高位为符号位。[]内的是可要可不要的

 

2、实型数据

类型	符号表示	内存中占用位数	有效位数	数值范围
单精度型	float	32（4字节）	6-7	-3.4*10^(-38)-3.4*10^38
双精度型	double	64（8字节）	15-16	-1.7*10^(-308)-1.7*10^308
长双精度型	long double	64（8字节）	18-19	-1.2*10^(-4932)-1.2*10^4932

3、字符型数据

类型	符号表示	内存中占用位数	数值范围
无符号字符型	unsigned char	8（1字节）	0 - 255
有符号字符型	signed char	8（1字节）	-128 - 127

注：字符型数据和整型数据是通用的，但是应注意字符型数据只占用一个字节，它只能存放0 – 255范围内的整型数据。

 

六、底层编程实现CPU对存储器进行不同类型数据的读写操作

 

#define INT32U unsigned int // 16位无符号基本整型

#define INT16U unsigned short //16位无符号短整型

#define S32 int // 16位有符号基本整型

#define S16 short int // 16位无符号短整型

#define U8  unsigned char //8位无符号字符型

#define   S8  char //8位有符号字符型，

 

1、接下来的这两个宏是对SST39VF1601 进行16位无符号短整型读写操作：

 

#define  Writeflash(addr,dat)    *((volatile INT16U *)(addr<<1))=(INT16U)dat

#define  Readflash(addr)          (*((volatile INT16U *)(addr<<1)))

 

解析：

addr<<1的主要目的就是使cpu的地址编号变化能跟上每存储一个单元数据地址编号的变化的步伐。这里的addr是CPU的地址编号，与存储器的地址编号无关。

第一个16位数据占据了CPU的两个地址编号00000和00001，因为CPU的每个地址编号只能存放8位的数据。第二个16位数据占据00010和00011两个CPU地址编号。

CPU地址编号左移1位目的是同步每存储一个单元数据所引起的CPU地址编号变化和CPU地址编号实际的变化，使CPU地址编号跨越1个编号正常进入下一个16位数据。

若不左移1位，当addr是00001时将取出00001和00010这两个CPU地址编号处的16位数据，这与前面数据所占得CPU的地址编号是不一致的。

 

 

2、接下来这两个宏是对HY57V641620HG进行8位字符型数据的读写操作：

 

#define  WriteSdram(address,data)       *((volatile U8 *)(address))=(U8)data

#define  ReadSdram(address)             *((volatile U8 *)(address))

 

解析：

第一个8位数据占据了CPU地址编号00000, 第二个8位数据占据了CPU地址编号00001。因此这里每8位数据占据的地址编号只有一个，CPU地址编号就不必如前面读写操作对address左移1位以适应每存储一个单元数据地址编号变化的步伐。

 

3、总结：

这里的左移与存储器和CPU地址线的错开一位接法方式是没有联系的，千万不要将两者混淆了。前者是在软件层面上实现的，后者是在硬件层面地址自动实现转换的。左移操作的起因：CPU每个地址编号只能存放8位数据，而对存储器存取数据类型占用字节数超过一个字节（8位数据）。