# 微算機 Chaper3 Microcontroller Memory and I/O
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## Main Memory
- 儲存instruction和data。對於8bit的微算機，memory也會被切成8-bit units，稱為memory words。
- PIC18F最多能有 $2^{21}bytes$ 的program memory。
- data memory address長度是12-bit。所以PIC18F最多能存 $2^{12}bytes$ ，ranging from 000 to FFF。
- PIC18F分割memory space into 16 contiguous banks of 256 byte。每個location可以以12 bits表示，可以是12-bit的address或者是8-bit low-order address加上4-bit Bank Pointer。
- Main memory分兩類：
1. Read-Only Memory(ROM)
2. Random-Access Memory(RAM)

### Read-Only Memory(ROM)
- 使用CMOS技術去製造。
- 分以下幾個區塊：
1. **Mask ROMs**：裡面的內容完全無法被使用者更動。
2. **EPROMs**：可以被編程，能使用特殊的工具去修改裡面的東西。
3. **EEPROMs**：可以不把 ROM 拔掉就修改裡面的東西，也被稱為 read-mostly memories ( RMMs )。
4. **Flash Memory**：以EPROM和E2PROM的技術去設計，與EPROMs不一樣是，可以在板子上去改裡面的內容。<font color = "#F00"> PIC18F 用這個當 program memory </font>。

### Random-Access Memory
- 分兩類：
1. **static RAM(SRAM)**：
- 用flip-flops去儲存資料。
- <font color = "#F00"> PIC18F 用這個去當 data memory </font>。
2. **dynamic RAM(DRAM)**
- 用電容器去儲存資料。
- 在RAM中，儲存單元密度：DRAM > SRAM。
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## Timing Diagrams
### READ diagrams
- CPU 執行 instruction fetch 去讀取 op-code。
- CPU 把 op-code 轉換成讀取記憶體的操作。
- 當 clock 在 HIGH pin 時拿到 address 。
- 把 READ pin 也調高成 HIGH。
- MAR 把 RAM , ROM 的資料放到 data bus 然後 CPU 在把資料從data bus 的 pin D0~7 讀取。
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- ( 待確認補充 ch3 p.22 )
### write diagrams
- 一樣先抓取 op-code
- 把 op-code 轉換成 WRITE 指令，然後執行DATA STORE cycle。
- 一樣 clock 在 HIGH pin時拿到資料 ( 從A0~15 )。
- 同時CPU把 WRITE pin 也調到 HIGH。
- 把資料放到 pin D0~7。
- 然後從暫存器存到RAM。
- 

### Instruction fetch(IF)
- 抓取指令的操作，會根據時脈，一高一低過一個周期之後，把新的指令放到PC。

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## Microcontroller Input/Output(I/O)

- microcontroller和I/O有兩種傳遞資料的方式：
1. **programmed I/O**：由CPU執行的program發起要使用外部裝置。
2. **interrupt I/O**：由外部裝置強制CPU暫停手上的作業，然後去滿足外部裝置的需求。

### Programmed I/O
- microcontroller和external device藉由一或多個registers called **I/O ports**，每一個port可以被 **Data Direction Register(DDR)** 這個register去分配是input or output port。
- PIC18F在I/O port上，若對應DDR的bit為 1 則是 input；若對應bit為 0 則是 output。
- 當這個bit被分到output port但接收到input，此bit會被視為don't care項。
- I/O port are addressed using these two：
1. **standard I/O(port I/O)**：執行IN,OUT instruction時會讓 $M/\overline{IO}$ 為 **LOW**，而執行memory operation時 ( 例如 move ) $M/\overline{IO}$ 為 **HIGH**。
2. **memory-mapped I/O**：CPU使用一部分的memory addresses去表示I/O ports來操作並產生必要的control signals去執行I/O。<font color = "#F00">PIC18F用這種</font>。
:::danger
standard I/O和memory-mapped I/O我不是很確定喔
:::
- 有兩種方式可以使用I/O：
1. **unconditional I/O**：microcontroller可以在任何時間去使用external device。
2. **conditional I/O**：microcontroller必須要等特定的時間狀況發生，才能output data到external device。也被稱為**Polled I/O**。
- 若不想依照condition，當然也可以使用**Interrupt I/O**：
- 因為如果一直在等condition的迴圈裡面跑會占用CPU資源。
- 如果要使用interrupt I/O，external device會連接到一個pin叫**interrupt pin (INT)**。
- 當CPU被interrupt時，會儲存現在的program counter和status register進入stack。
- 當最後interrupt service routine 回傳時，會把之前存的東西用回來繼續執行。
- interrupt也有分兩種：
1. **external interrupt**：由external device觸發，又分為兩種：
1. **maskable**：可以被instruction去控制要不要被interrupt。
2. **nonmaskable**：擁有比maskable更高的權限，不被instruction影響。多被用於發生電源問題時所執行的interrupt。PIC18F沒有這個東西。
2. **internal interrupt**：都是maskable的，可以被instruction禁止。由內部condition所觸發。
- **Interrupt Address Vector**：用來找到starting address of the service routine(常為interrupt address vector) ( vector 裡面每格存此 interrupt 要如何處理的函式位置 )
- **Saving the Microcontroller Registers**：當interrupt發生時，把program counter(PC)和status register(SR)的內容丟入stack裡的地方。