深入分析存储器的位宽及与C有什么关系

s8484ww

: W/ b; A, Q$ o' ^2 A3 u0 |
一、硬件参数
2 W( T0 s8 s: ]' O+ w* S& h" ?  W
1、CPU：s3c44b0x
6 V7 X/ M+ l7 h) b
7 ~) H  Q0 k- W& R- K/ I4 o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。
/ ?# \! @* @6 H- \# A3 W" g
" d) O& f. B' B6 W$ _7 K
8 R. K  B" Z. Y

2、存储器
" l5 ^4 K6 b3 H- g; l& ~7 t, u
3 E8 a; u: F7 Z/ q* W  I. s& B2 b( ZⅠ   Flash ROM:  SST39VF1601

数据位宽为16位（16根数据线）；20根地址线；2M(1M*16bit)。


+ Q$ [- }, U9 L7 [% P
6 k$ R  J+ Z  Q; {9 Q3 e& {, hⅡ   SDRAM:  HY57V641620HG
, i" @( c  O7 ?! e% S
1 A. m. z% O: `. \5 p9 X) l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)。

7 F. |/ E" r. D; f- X9 @% L1 g



3、

; w3 I: u0 n3 k! fCPU编址：以字节（8bit）为单位

2 m' s8 ^; H( Q( P0 M  |6 E0 y# i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

2 y0 l+ w% _. V- M" |" q8K*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。

$ M5 n+ F( j" _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。


/ U- c* f3 i0 g. f" [



: [' J5 R, O  y1 ?+ v
二、存储器容量、位宽及其地址线根数三者之间的关系
, p, J3 ^; `$ `( N; @& Q  T
1、存储容量计量单位的换算

" |* ]" [' z6 O/ ?! t9 B1 `1M(MB,mbyte)=2^10K(KB,kbyte)=2^20B(byte);
( W, `" |4 g6 s  }$ _( l; B8 a# R
4 Q# O3 s  h2 F. ?3 ?* `1Mb(Mbit)=2^10Kb(kbit)=2^20b(bit)；
) G/ P$ G) \2 t5 B+ o6 {
1字（Word）=2半字（half word）=4字节(B,byte)=4×8位(b,bit)。
# |  r" P  t* \6 K# b
4 ~# X* _! ^5 k- F, M9 ]


0 ]5 l2 ?5 ?% K( [
2、关系的确立

" [( z+ E/ e: c5 s2 n/ W: G以上面的SST39VF1601为例，
0 l1 L: w  `3 ]1 L1 r
6 |: Z* P1 |' V" d存储容量2M=16Mbit=16*2^20bit,
/ r4 n& D$ ]! J3 X7 H
5 a/ S$ a9 k- x0 m0 `. o地址线寻址范围：2^20*16bit(地址线根数20，位宽16)。


3 e7 r7 ?& U6 {" c

  s! A0 }5 U' g$ F2 V
+ S& {/ h/ N' |2 e, S8 \7 c以上面的HY57V641620HG为例，
$ x4 a% |( x1 z7 g
% z% H) t5 k1 x! e存储容量8M=8*8Mbit=64*2^20bit,

9 s1 @* p/ [4 q5 L5 D地址线寻址范围：2^22*16bit=64*2^20bit(地址线根数22，位宽16)。
: E' m. r  H1 b9 \( A
* Q2 v5 v2 f* d* B

6 A) Q  {3 F) U) U+ D

5 h: g0 f* m* ]" H6 f9 D总结：
( A! h2 v4 f2 S; M; j* h$ q
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。




/ _" j" L! _! m* y. y' ^, V; e
6 K) K5 H4 y' y' ~) _

三、CPU的寻址
9 c% h4 r) R: z, g4 k
7 }: f. Q" c3 N$ j  w; H, g4 B( SCPU编址：每个cpu地址编码中存放一个8位数据

& `" i- `+ [- G4 d+ t+ WCPU的字长为N

最大寻址范围为2^N
7 {- A6 l/ {; i




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》。
9 {2 R0 L1 Q. ]* X4 W+ k5 K$ U
CPU地址编号（每个地址存放8位数据）
1 q, p2 e0 V1 Z; Q" G
存储器地址编号（每个地址存放16位数据）
7 d- m/ y' ?2 Y* t6 a9 k; f
6 u  a; f, H7 c5 L3 I, t& d00000（8位数据）
! _4 M" s8 O+ C1 E# G
' J/ u9 q+ ^7 L! @. ^- h00001（8位数据）

00000（16位数据）
6 ]: D0 p8 ?* E$ i. ^0 T0 O
00010

00011

# F) I; f' S) q$ L00001

00100
" D5 R. v) Q  `" d% {
0 S- W/ ]4 l* c' e00101

00010

+ u2 h8 L$ I) U& f, W$ O00110
0 f. I( y4 v% E
00111
+ E1 A' E( l4 c( Z& l
( N8 R& l0 C2 O* ~- I% k  c& o% p00011
6 w4 n+ Q0 V) P5 M1 Z) r& w1 t
' i! M6 F  y- s# C$ D- l01000

9 m) b4 [# d+ W7 K  G5 t01001

3 G( r- _" n  Z00100
1 }% ^7 {0 X; j" R3 W0 X1 p: C
0 p7 }) D( ^: k2 v, u1 U6 s/ X上表是CPU地址与存储器地址对应关系。
& V3 B. g% r5 t% |
2、此步是在硬件层面实现的，软件层面不必再做考虑。
" b& f' l4 E* q5 [, x' k$ P
5 a5 h, @. {7 c1 x
& Y- `) {1 x; d! n
/ c" o5 x& _$ R+ W5 X

% M  |5 b7 E4 z6 J
2 u+ Q0 P/ f, S8 P; Y7 q7 h) a
五、数据类型及其在内存中的存储形式
2 q" m- _+ S3 {, u3 P8 O$ J9 l
/ Q3 P+ q# ]  o" f6 k; ~/ l1、整型数据
) ^: |0 _& Z* y* O
7 H1 `0 f+ z- \+ x' J- x. i类型

4 c, [/ q( ~! l' T8 o- S符号表示
; A" u+ c. @6 V) S# P4 B% |' ^6 r+ i
内存中占用的位数

7 v! Y" ~+ ]& V- e数值范围
7 t- J; f# i, h2 A0 j+ j8 J3 D
# `; k3 _7 T3 h' o5 ]& y+ m/ v无符号 基本整型
$ u& C& m6 [( {  }. Z! I
unsigned [int]
& E9 r& H9 _$ y8 f' S* l( o
16（2字节）

-2^15 – (2^15-1)

有符号 基本整型

[signed] int
! V% Q$ c8 b- Y$ s
16（2字节）

3 v1 J( i1 J" s6 n0 – (2^16-1)

无符号 短整型
3 w; e$ k' a3 w2 B
unsigned short [int]

16（2字节）

3 R; ?# f( i, }# L- ?8 ~-2^15 – (2^15-1)
4 n/ d6 m; J1 b' _; f! U$ I
7 d1 h% [& R! x有符号 短整型
" Q& N# k/ A' P6 v2 B) ^
[signed] short [int]

16（2字节）

3 T9 a9 ]4 }. D* H  e3 V0 – (2^16-1)
9 X* r+ `# z0 {* _. H: @
6 {$ D8 Z  _/ |无符号 长整型

unsigned long [int]

32（4字节）
* s& q0 z0 W1 E( z- \% Q
. j" M; q; C8 F-2^31 – (2^31-1)
0 W: y4 w, w' X3 ^8 A) o
1 c1 H% E) q  n% `$ x3 I; m有符号 长整型

' G3 e. R5 Y% B6 b5 F( ~[signed] long [int]
# w7 r2 a* Z  ^1 \3 M
32（4字节）

0 – (2^32-1)

) a7 ?0 M  J( @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
1 g9 X' m8 X# z6 J* C! f& c
6 ?$ Y: \4 L- `3 [7 q

2、实型数据
' _3 p  Y6 A, q* f" E9 e4 z. m
类型
1 c1 V; H( b3 j2 Y1 T" O* M
% m1 J/ u! T3 w/ f! m符号表示
+ R% p" t; f4 X: F
% s' I7 Q1 m) f, N$ \# f内存中占用位数

6 w3 y/ ~* A( f2 _" w) F有效位数
; E. A; ~& o8 K
+ u5 g3 ]1 D2 c0 R+ j0 q& Q4 o0 |数值范围

单精度型
; }( o8 E2 r+ s  ]$ c% _' |
float
5 J8 j- C6 z/ A; _
3 r2 _8 T: F+ x2 c32（4字节）

. \; @+ X" ^/ ~) c8 ]6-7

, f2 i3 I. p9 p5 m. n- o-3.4*10^(-38)-3.4*10^38

双精度型
: k, Q& L* J8 Y+ g+ G
double

64（8字节）

15-16

-1.7*10^(-308)-1.7*10^308

长双精度型
) N6 f% [8 ?3 k3 X7 h
long double

5 a' l( u8 u6 |6 S* |& y& h64（8字节）
, E: ~+ W& J, Q/ B
18-19

-1.2*10^(-4932)-1.2*10^4932

3、字符型数据

1 b5 Y3 g# a' i3 E类型
. S  Y, E8 R/ `9 h
2 ]3 V6 y0 d5 K0 O符号表示
3 O2 ]* D8 Q* l$ T- ~
内存中占用位数

4 S0 ~+ `" ]9 V; _数值范围

7 C$ C3 j/ ?* d无符号字符型

unsigned char
+ l- S  O# s' m2 h) V8 T
8（1字节）

0 - 255

& G. _. o) h: d3 @- \有符号字符型
! m0 N! s# J* B3 M8 C/ {
signed char
; o& g- v; m# {) v5 `& E% |
8（1字节）

7 @6 N" g+ G4 K-128 - 127
+ h9 B/ U$ M! d6 d4 L3 q( o! `
% t; b- Q" ]( h5 O, \6 `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。
; V$ J  C! a6 G; G* t
8 R5 f  E0 A( q2 Q) x
% B  n, i: l( M, q$ i4 f& `
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


8 X( P* @. n1 o+ P: W
' S$ [" j  b* {, N: S! `#define INT32U unsigned int // 16位无符号基本整型
, c) i% y8 [' v7 y( A: X1 c% A
#define INT16U unsigned short //16位无符号短整型
1 h- O) [7 y, h$ U1 `0 a; _, {
% r2 U3 Q" R7 U#define S32 int // 16位有符号基本整型
+ y  K$ Q3 j: w4 E8 W% Z& n
#define S16 short int // 16位无符号短整型
* H$ P9 s# Z& {! I" Z
#define U8  unsigned char //8位无符号字符型

#define   S8  char //8位有符号字符型，



0 {2 H2 }1 z1 i, e1、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：
! ]; s4 ~1 B5 O
2 u% ]) \8 ?" T, b* W
5 D0 ~1 K! K! B7 y+ |
#define  Writeflash(addr,dat)    *((volatile INT16U *)(addr<<1))=(INT16U)dat

+ S' @, Y6 X9 ]0 a' m#define  Readflash(addr)          (*((volatile INT16U *)(addr<<1)))

+ n0 n* s/ b: I; X5 a: F& P8 @

6 @( S0 R$ K$ p0 y解析：
- y9 Z7 |6 Z4 m% C
9 k% q+ D+ S/ t  X3 j7 Xaddr<<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。
! p9 c: H: h- K1 \: q2 [
, A6 R: M2 }  m' }6 o4 Q/ o: \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。

2 x# b1 X- A9 W4 |8 G% h! J* HCPU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。
0 p. s  c$ ]. ]# Y% U" Q* G
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。



. t& T% ~3 z- L3 g6 n& j
7 N1 ?; W# v0 t1 H
/ _# O8 S9 l# N! O2、接下来这两个宏是对HY57V641620HG进行8位字符型数据的读写操作：



/ {. g1 R5 ~( S5 B2 v) h#define  WritESDram(address,data)       *((volatile U8 *)(address))=(U8)data

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

3 M0 S% f7 @0 r! A, V/ [  I6 R
3 R1 E, F3 M0 _0 S
& q5 Q" l2 J6 F3 a4 D/ z& Y3 ^解析：

1 o1 c/ \9 \* u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。


/ O" M) Y4 [3 n, C0 a+ x% i9 P: s# U
3、总结：

4 U* ^: S& s% \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）。
$ z( c8 `' K( o2 b
- M" f3 R- u) p- e' h- W0 a

关键字：存储器  位宽  C

+ V( F& K! F$ K2 t# v/ |0 ~) j