单片机内存大比拼:RAM与ROM谁更胜一筹?
单片机与嵌入式 2024-05-29
其实,单片机就是个小计算机。大计算机少不了的数据存储系统,单片机一样有,而且往往和CPU集成在一起,显得更加小巧灵活。 直到90年代初,国内容易得到的单片机是8031:不带存储器的芯片,要想工作,必须外加RAM和ROM,于是单片机成了3片机......
而现在不同了,无论大的,还是小的,又是51,又是AVR,又是STC,还有什么430、PIC……都各说各的好,可谁也不敢说“我不要存储器”。

单片机的数据存储手段

程序存储器ROM 

程序存储器里面存放的是单片机的灵魂:工作程序。

小的可能只有1KB,最多只能装1024条8位数据,因为实际指令还有许多2字节,3字节指令,所以它还装不下1024条指令。大的也有128KB的。这些8位数据,要么在工厂里做模子光刻进去,要么一次性的烧写进去。
业余或开发,最多也就是用编程器这么一个特殊工具,把调试成功的机器码装载进去,或者像AVR单片机那样自己花几块钱做一条下载线,把电脑里这些东西灌进去(或许是AVR最吸引人之处)。

它一旦进驻电脑的程序存储器中,除了借助上述装置便不能自由改写,在单片机运行时,只是从其中读出指令或固定的数据,所以给程序存储器一个“只读存储器”的别名,简写为ROM,包括用编程器写紫外线擦除内容的EPROM、用电擦除的EEPROM和现在新兴的FLASH ROM。

RAM Vs ROM 一次性写入的ROM,仅用于电路和程序固定的批量产品中,实际工作起来,都是一样的。

为了定位ROM中的数据,每个8位存储单元都有一个固定的“地址”,通常用16进制数表示。例如,对于一个所谓4K的ROM,地址从0000H到0FFFH(即从0000,0001...4095),单片机运行时从哪个地址取数据,完全由程序本身决定,并不要我们干预。 记住,给单片机一通电,它经过一个短暂的复位过程,立即转向ROM的最低地址0000H,在这里面放置的往往是一条“跳转”指令,它从这里一步跳到另一个地址:程序的真正起始地址,例如51机的0080H。
ROM是程序存储器,除了指令外,还包括运行程序必须的某些固定数据,例如:数据表。假如,我们要求在单片机的接口上输出00H到FFH(255)按正弦半波变化的数值,每秒10000次。如果硬要它按照公式一个个计算,对于它来说未免力不从心。可是我们可以把预先计算好的数值存入ROM中,到时候直接取出不是好多了?

又如一个重要的应用:大家一定见过不少单片机的东西上面都有数码显示,那些个数字其实就是用单片机的口线控制数码管的字段电极电位。这些字形也是存放在ROM中的字模表,各个字模和0-9的数字(机器内当然是0000-0101二进制数)对应起来。常见的共阳极7段数码管,必须在阳极加正电,7个阴极都是地电位,才能显示数字"8",数字8对应的显示字码值是二进制数“10000000“(那个1对应的是小数点,高电位不让它显示)。

数据存储器RAM 

这是个可以随时存取数据的一块存储器,也就是可以读(取)也可以写(存)的存储器,简称RAM。

现在的单片机里面使用的RAM,属于静态RAM或SRAM,这个和电脑用的内存条有所不同。只要你把数据写入SRAM后,不断电或者不清除掉,这个数据就一直保存在那里。电脑用的是动态RAM,要不断给它加刷新脉冲才能保存数据。
因为单片机处理的信息量比电脑小很多,所以它带的RAM也比较少:从完全不带、带128、256、...1K、2K,到4K,比ROM少多了。
因为实际上RAM只是作为数据临时存放的地方,除非进行图像处理需要存放大量的数据外。一般对于执行较简单任务的单片机,有这么多也够用,如果实在不够用也只能采取外加SRAM如6116、6264等等来扩展。 为了对RAM单元存取8位二进制数,当然也得和ROM一样用“地址”来标示它的具体位置。假如某单片机有1K(1024)RAM,它的地址也是从0000到1024,或16进制数的0000H到03FFH。可见,和ROM的地址是一样的。

会不会混淆不清? 

答案是不会的,因为读ROM是由单片机的程序指针或转移指令或查表指令进行,而这些指令是不会进入RAM区的;读写RAM是另外的数据传送指令,也不会进入ROM区。

这点也是和电脑不同之处,后者程序和数据都在内存条里面,地址不同,如果窜位了就会造成不可预见后果。单片机的这种存储器结构也称为哈佛结构。
RAM在单片机里的用途
RAM在单片机里的用途,主要是存放临时数据。
例如用单片机测温,每秒测1次,显示1分钟的平均值(1分钟更新一次):

我们先通过传感器、放大电路、A/D转换,把温度这个模拟量转变为成比例的二进制数,然后每秒钟1次把数字量通过输入口顺序存入到单片机的RAM中,然后对他们进行两两求和再平均的计算,最后的数值显示出来,然后把这60个存储单元统统写0清除旧数据,下次又是如此循环进行。

结语 

另外,在单片机里面还有若干寄存器,数量不多但是作用很大,除了暂存数据,还可以交换、加工、传递等等,以及随时记录单片机当前处于什么状态,输入输出口也是作为特殊功能的寄存器存在,具体各有不同,就不是随便说说可以搞清楚的,要看有关书籍了。


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