今天我們來實現(xiàn)一個最簡單內(nèi)存。

由于在計算機中除了邏輯電路之外沒有別的東西，我們要存儲也需要用邏輯電路來實現(xiàn)，接下來我們先去實現(xiàn)一個簡單的寄存器。

寄存器

寄存器又分為兩種一種只能存 1 ，一種只能存 0

能存 1

image

能存 0

image

能存 1 和 0 的邏輯電路有了，我們就可以存儲全部狀態(tài)了，我們發(fā)現(xiàn)寄存器只能能夠存一種狀態(tài)并且無法清除保存的狀態(tài)。

鎖存器

image

這次好了，設(shè)置端通電 1 就存起來了，想存 0 就給恢復(fù)端通電，這樣我們就簡單實現(xiàn)了一個能存儲一個 bit 的電路。但是我們還會發(fā)現(xiàn)一個問題就是存 1、0 的狀態(tài)需要兩個線分別去處理，這樣就會有很多不便。我們繼續(xù)往下看來解決這個問題。

門鎖

image

門鎖符號

image

這樣一來我們就可以用一根線控制鎖存器的狀態(tài)，并且添加了允許寫入的線來控制切入權(quán)限。這樣一來存一個 bit 的電路我們就完成了。下面我們來組合一下。

8位寄存器

image

這個電路就是我們使用 8 個門鎖組合成的存儲單位，這樣我們就可以存儲一個字節(jié)（Byte）了，但是我們還會發(fā)現(xiàn)一些問題就是，如果內(nèi)存這樣設(shè)計的話，是不是要浪費很多線材，你可以簡單計算一下，這樣一個簡單的寄存器需要使用多少線材。

門鎖矩陣

image

看到這個比較懵逼的圖了沒有，我們使用矩陣的方式來組合門鎖，這個地方我省略的一些格子，理論上應(yīng)該是 16 *16 也就是存儲 256 bit 的一個矩陣，這樣一來我們會節(jié)省很多線材。我們接下來看看每個格子里都是什么？

說句題外話這個地方為什么我們選擇是 16 * 16 的矩陣來講解？

1. 我們只講簡單的實現(xiàn)原理
2. 我們使用 8bit 的數(shù)據(jù)來表示 X、Y 的坐標，那么 X、Y 最大值就是 11111111，X：1111 Y：1111 換算成 10進制 就是 X：15 Y：15，從 0 - 15 也就是 16 個。

放大單個格子

image

我們來分析一下這個電路的優(yōu)劣勢？

優(yōu)勢

1. 我們只需要把所有格子的 輸入/輸出線，允許讀取線，允許寫入線 都連起來、這樣只需要給相應(yīng)的位置就能做到對不同格子的讀取或?qū)懭肓恕?/li>
2. 我們給相應(yīng)的 X、Y 軸通電，然后給允許寫入線通電，在 輸入/輸出 端口傳入相應(yīng)的狀態(tài)，就會存起來
3. 我們給相應(yīng)的 X、Y 軸通電，然后給允許讀取線通電，在 輸入/輸出 端口就會傳出相應(yīng)的狀態(tài)
4. 如果 X、Y 只有一個有電，那么第一個 AND 門就已經(jīng)斷開了，沒有辦法對格子讀取或?qū)懭?，正是有第一個 AND 門的存在會減少很多錯誤，這樣一來只有確定坐標才能進行訪問或讀取。

劣勢

1. 不能多個位置同時讀寫了，不然就會位置亂掉

繼續(xù)看我們怎么規(guī)避掉的。

簡易內(nèi)存塊

image

這個圖就是把我們上面的門鎖矩陣進行封裝而成的內(nèi)存塊。

內(nèi)存

image

然后我們再把 8 個內(nèi)存塊組合起來，這樣我們就可以繼續(xù)存 1Byte 的數(shù)據(jù)了。

寫入數(shù)據(jù)

1. 首先我們給一個地址
2. 給允許寫入端通電
3. 在數(shù)據(jù)端口放入數(shù)據(jù)，這樣我們就可以在同一個地址，同時存入 8bit 的數(shù)據(jù)了。

讀取數(shù)據(jù)

1. 首先我們給一個地址
2. 給允許讀取端通電
3. 在數(shù)據(jù)端口就能得到 8bit 的數(shù)據(jù)了。

到此我們就完成了一個簡單的內(nèi)存。

小結(jié)

看到這個大家心中有沒有解開一個疑惑。
為什么計算機的基礎(chǔ)單位是 1Byte（8bit）？
這是因為計算機的基礎(chǔ)硬件就是這么設(shè)計的，這個標準被廣泛應(yīng)用后。出新的就會導(dǎo)致不兼容，而引發(fā)問題，如果要改變這是一個浩大的工程，1byte 為最小單位也沒有什么太大的弊端，所以就成為計算機的標準而流傳下來。