深入分析存储器的位宽及与C的关系

 

 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)。

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