计算机如何与人沟通----存储器

布满荆棘的人生 2022-01-05 12:39 266阅读 0赞

上一章我们实现了计数器和改良版的8位加法器

那么我若想实现一个真正的存储器，该如何实现？

首先什么是真正的存储器，纸张就是一个真正的存储器，要存数据的时候，把数据写在纸上（数据被存储了），要读取数据的时候，看一眼数据（数据被读取），如果我想修改数据，只要将纸张上的内容用橡皮擦擦掉，再重新写即可。

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这是一个D型触发器，这个触发器能记录一位数据，当时钟信号为1时则数据端的会变被输出到Q端，但是当时钟为0时，则数据端影响不了输出端，这时数据被存储。

简化下，如下图：

![20190623221227358.png][]

W是写操作，DI是data input，DO是data output输出

这是一个真正的存储器吗？是的，要存数据，将W置为1，然后DO随之改变，再将W置为0，则DO被存储。

若想修改，则要将W重新置为1.再输入DI

这个1位锁存器，能存储1个比特的数据，即0和1

那么很容易想到，如何存储8个比特的数据，把八个锁存器连在一起：

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简化下如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djYzI3ODU3Mjg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

这个就是8位锁存器，我同时输入8位数据，然后记录8位数据。

OK,这是一种方式，输入8个数据，用8个灯泡来接受数据，（就是输入8个开关，输出8个灯泡）

我们换一种方式，假设我的输入只有一个开关，而且输出也只有一个灯泡

先看输出端：

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如上图，输出只有一个灯泡，上面8个锁存器，左边有三个开关，为什么是3个，因为3个开关刚好有8种组合，000，001，010，011，100，101，110，111

那么下面这个装置的功能就是通过开关的组合，来输出那个锁存器的数据，即8-1选择器

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看看这个8-1选择器是如何实现的？

如下图：有8个与门和一个或门

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djYzI3ODU3Mjg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

>  注意：与门是4输入与门，而或门则是8输入或门。但是功能依旧是一样的

比如来看下D0，要想D0的输入被输出，那么需要S0,S1,S2都为0，因为这样第一个与门的下面三个输入就都是1，此时D0不管输入0和1，第一个与门输出会和D0保持一致。此时只要保证下面7个与门输出的都是0，那么右边或门输出就会和D0保持一致。

现在看下D1，因为S0为0，所以D1对应的与门输出是0，仔细看的话，你会发现在S0=S1=S2=0的情况下，剩下7个与门确实都是0

这样就是实现了8-1选择器，当s0,s1,s2三个排列组合时，刚好对于D0-D7的输入被输出

好了，现在电路图变成了这样：

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OK,现在输出搞定了，那么输入端呢，现在还是8个输入，我们要把8个输入变成一个，因为只有一个灯泡

如下图:

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djYzI3ODU3Mjg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

现在把输入端连在了一起，那么输入端只需要一个开关了

上面问号的地方这是一个3-8译码器，就是有三个输入，8个输出。目的是将写入信号输出到我想要的锁存器上

即选择哪个锁存器此时处于写入状态，理解这个很关键

如下图：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djYzI3ODU3Mjg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

这个3-8译码器的原理和上面8-1选择器的原理类似，通过S0,S1,S2三个开关的排列组合，来将数据输入 输出到对应的Q0-Q7中。

> 这里用Q来代替大写的O，因为O0会引起歧义

其逻辑表如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djYzI3ODU3Mjg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

当S1,S2,S3都为0时，则数据输入被输出到了Q0，   QQ1-Q7都是0

也就是说，当S1,S2,S3都为0时，写入信号的数据被传递到了Q0所对应的锁存器中。根本目的就是我通过开关选择哪个锁存器

目前是能被操作的

OK，我们把完整的电路图画出来：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3djYzI3ODU3Mjg1_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]

数据输入只有一个开关，数据输出也只有一个灯泡，满足了我们之前的要求

然后3-8译码器和8-1选择器的三个开关被连接在一起。

我们可以把三个开关想象成地址，通过输入开关的值，如000，那么将控制Q0锁存器，此时若写入信号为1，那么Q0锁存器的写入信号也为1，然后数据输入就会被传递到D0输出端，输出到8-1选择器这边，由于S0-S2开关是连接的，此时8-1选择器会选择D0被输出。最后灯泡就是数据输入，也就是那个开关的值。

> 再解释一次：译码器和选择器的三个选择信号相同，现在这三个信号都记作地址（A d d r e s s）。 就像信箱号一样， 3位地址决定了选择 8个锁存器中的哪一个。在输入端，地址输入决定写入 信号触发哪一个锁存器来存储输入的数据。在输出端（图的下部），地址输入控制 8 - 1选择器 选择8个锁存器中的一个进行输出。

简化下：

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仔细看下这个存储器，它是一个真正的存储器吗？

是的，回想下纸张，过程如下：我想写如数据，先将写入信号置为1，然后选择地址如001，在数据输入端输入数据。再将写入端置为0。此时就是存储完毕（纸上已经有数据了）。

当我想 读取数据的时候，将地址置为001，那么我就能获取到之前的数据（数据被读取）

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