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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 9 S: [$ W. s0 I) r& v ^0 i
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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。
* w# G+ `" J( r% |6 F; n4 Q: D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。 & U( G/ |! \. Q* H3 f) b: |: X8 ~* k
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。 0 C% I* Z P0 D1 o
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！ ' ~, [% W7 V& R! a, y
先看OR门，将输出传回输入，看看发生了什么？ 9 W9 U r: H% f5 M6 E' h
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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。 3 k* w: O4 q4 E2 O
再来看看AND门 ' v2 o" Z7 o) ~/ B' Y4 e4 s
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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。 " r4 P% n+ `+ y6 Q& n) {2 Y* i
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” ; D9 L0 V" a3 l' \
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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！ ; b8 O3 U: R# S( k0 J' U' o
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”。 - r* g' H# i0 u4 [* A0 ]
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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。
1 q( [/ J$ l8 r9 m9 {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”。
z9 w( X" m) N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。
6 x$ p$ w* O# A7 B5 D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？ 7 Q% N; p* d) O+ X& `
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？ 7 i% e- Y5 H% o' K" O% p
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解决方法就是用矩阵！ , S) w. }: k2 T) E N) ]
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。 f/ r# _% s# F0 M: Y j: [
让我们看看矩阵锁存器是如何工作的吧？ ! i( x. u! v$ t. e' t. P4 l+ z( j
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" P$ J; j6 k* k2 q7 Q5 s& x0 |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。
: Y" I1 r% h8 H, }( b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。 3 {+ ^# G7 @* S% a5 n2 v+ H# Z" R& }
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。 ; ?3 @3 B5 {3 e6 w
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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。
9 {# e' g$ A& t, l5 b/ }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？
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发表于 2020-7-8 13:32
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