计算机组成原理 三存储器设计
计组实验报告范文-3存储器和IO扩展实验
计组实验报告范文-3存储器和IO扩展实验综合实验报告(2022--2022年度第一学期)名称：计算机组成原理综合实验题目：存储器和I/O扩展实验院系：计算机系班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期年月一、目的与要求实验目的：（1）熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处；学习用编程器设备向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。
（2）理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案；（3）了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系；（4）了解如何通过读、写存储器的指令实现对58C65ROM芯片的读、写操作；（5）加深理解存储器部件在计算机整机系统中的作用；（6）学习串行口的正确设置和使用。
实验要求：（1）实验之前认真预习，明确实验目的和具体内容，设计好扩展8K字存储器容量的线路图，标明数据线和控制信号的连接关系，做好实验之前的必要准备；（2）想好实验步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想想怎么样有意识的提高教学实验的真正效果；（3）在教学实验过程中，要爱护教学实验设备和用到的辅助仪表，记录实验步骤中的数据和运算结果，仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识的提高自己的创新思维能力；（4）实验之后认真写出实验报告，总结自己再实验过程中的收获，善于总结和发现问题。
二、实验正文1．主存储器实验内容1．1实验的教学计算机的存储器部件设计（说明只读存储器的容量、随机读写器的容量，各选用了什么型号及规格的芯片、以及地址空间的分布）答:ROM存储区选用4片长度8位、容量8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作为监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量（存储器的字、位扩展）的教学实验1．2扩展8K字的存储空间，需要多少片58C65芯片，58C65芯片进行读写时的特殊要求答:第一，要扩展8K字的存储空间，需要使用2片（每一片有8KB容量，即芯片内由8192个单元、每个单元由8个二进制位组成）存储器芯片实现。
计算机组成原理教案(第三章)
3.主存物理地址的存储空间分布
以奔腾PC机主存为例，说明主存物理地址的存储空间概念
3.3.1只读存储器
1.ROM的分类
只读存储器简称ROM，它只能读出，不能写入。它的最 大优点是具有不易失性。
根据编程方式不同，ROM通常分为三类：
只读存 储器
定
义
优
点
缺
点
掩模式
数据在芯片制造过程中就 确定
可靠性和集成度高，价 不能重写 格便宜
存储 周期 存储 器带 宽
连续启动两次操作所需 间隔的最小时间
单位时间里存储器所存 取的信息量,
主存的速
度
数据传输速率 位/秒，字 技术指标 节/秒
3.2.1 SRAM存储器
1.基本存储元
六管SRAM存储元的电路图及读写操作图
2.SRAM存储器的组成
SRAM存储器的组成框图
存储器对外呈现三组信号线，即地址线、数据线、读/写控制线
主存地址空间分布如图所示。
3.3.2闪速存储器
1.什么是闪速存储器
闪速存储器是一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器
2.闪速存储器的逻辑结构
28F256A的逻辑方框图
3.闪速存储器的工作原理
闪速存储器是在EPROM功能基础上增加了电路的电擦除和重新 编程能力。 28F256A引入一个指令寄存器来实现这种功能。其作用是： (1)保证TTL电平的控制信号输入； (2)在擦除和编程过程中稳定供电； (3)最大限度的与EPROM兼容。 当VPP引脚不加高电压时，它只是一个只读存储器。 当VPP引脚加上高电压时，除实现EPROM通常操作外，通过指 令寄存器，可以实现存储器内容的变更。 当VPP=VPPL时，指令寄存器的内容为读指令，使28F256A成 为只读存储器，称为写保护。
计算机组成原理第三章第四章答案
第3章 习题解答3-1 解释下列名词：存储元，存储单元，存储体，存储容量，存取周期。
答：基本存储元是用来存储一位二进制信息0或1。
存储单元需要n 个存储元才能组成一个存储单元。
存储体是存储单元的集合。
存储容量就是存储器可以容纳的二进制信息的数量，常以字节（Byte ）为单位。
存储周期时间 是指存储器完成一次的存取操作所需的时间，即存储器进行两次连续、独立的操作（或读写）之间所需的时间，用TM 表示。
3-3 存储器的功能是什么？答：存储器是计算机中信息的存放地，是CPU 与外界进行数据交流的窗口，是计算机中的核心组成部分。
3-6 为什么动态RAM 需要刷新？常用的刷新方式有哪几种？答： 动态RAM 存在电容，电容放电需要刷新，常用的刷新有集中式刷新，分散式刷新，异步刷新三种3-8 八体交叉主存系统，每体并行读出两个字，每字长两字节，主存周期为T ，求存储器最大频宽。
答： 频宽为单位时间读出的二进制位数 W=Q/TQ 为读出信息的总量 Q=2×2×8B=32BW=32B/T3-9 设主存容量为4MB ，如果分别采用字为32位或16位编址，则需要地址码至少多少位？如果系统允许字节编址，则需要地址码至少多少位？答： 4MB=4×220B=222B32位编址 222B /22B=220 需要地址码为20位16位编址 222B /2B=221 需要地址码为21位允许字节编址 需要地址码为22位3-11 设有一个具有14位地址和8位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少字节的信息？（2）如果存储器由4K ×4位RAM 芯片组成，需要多少片？（3）需要多少位地址作芯片选择？答：(1) 14位 214B=24KB =16KB (2) 82448416=⨯=⨯K K 片 (3) 14位->12位 高2位地址作芯片选择。
3-12 有一个4K ×16位的存储器，由1K ×4位的DRAM 芯片构成（芯片内部结构是64×64），问：（1）总共需要多少DRAM 芯片？（2）设计此存储体组成框图。
计算机组成原理 第三章
1TB=230B
• 存取时间（存储的时间。
• 存储周期：是指连续启动两次读操作所需要间隔的最 小时间。 • 存储器的带宽（数据传输速率）：是单位时间里存储 器所存取的信息量。通常以位/秒或字节/秒来表示。
3.2 SRAM存储器
通常使用的半导体存储器分为随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM）和只读存储器 （Read-Only Memory，ROM）。它们各自又有许多 不同的类型。
相连。
A15 A14
2:4 译码器
CPU
A0 A13
11 10 01 00 CE 16K×8
CE … 16K×8 WE
CE 16K×8
WE
CE 16K×8
WE
WE
WE
D0~D7 16K×8字扩展法组成64K×8 RAM
• 字位同时扩展：既增加存储单元的数量，也加长
各单元的位数
• 实际的存储器 往往 需要对字和位同时扩展，如
I/O1 ….. I/O4
WE 2114 CS A0 …. A9
CPU
A0 A9
WE 2114 CS A0 …. A9
A10 A11
wE
2:4 译 码 器
用16K×8位的芯片采用字扩展法组成64K×8位 的存储器连接图。 图中4个芯片的数据端与数据总线D0—D7相连， 地址总线低位地址A0—A13与各芯片的14位地址端相 连，而两位高位地址A14 ，A15 经译码器和4个片选端
CPU
A0
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A 8 A9
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9
A9 CS
假定使用8K×1的RAM存储器芯片，那么组成 8K×8位的存储器，每一片RAM是8192×1，故其地址
计算机组成原理实验_存储器部件教学实验
实验题目存储器部件教学实验一、实验目的：1. 熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处。
学习用编程器设备向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。
2. 理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案。
3. 了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系。
4. 了解如何通过读、写存储顺的指令实现对58C65 ROM芯片的读、写操作。
加深理解存储器部件在计算机整机系统中的作用。
二、实验设备与器材：TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。
三、实验说明和原理：1、内存储器原理内存储器是计算机中存放正在运行中的程序和相关数据的部件。
在教学计算机存储器部件设计中，出于简化和容易实现的目的，选用静态存储器芯片实现内存储器的存储体，包括唯读存储区和随读写存储区两部分，ROM存储区选用4片长度8位、容易8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量的教学实验。
地址总线的低13位送到ROM芯片的地址线引脚，用于选择芯片内的一个存储字。
用于实现存储字的高位字节的3个芯片的数据线引脚、实现低位字节的3个芯片的数据线引脚分别连接在一起接到数据总线的高、低位字节，是实现存储器数据读写的信息通路。
数据总线要通过一个双向三态门电路与CPU一侧的内部总线IB 相连接，已完成存储器、接口电路和CPU之间的数据通讯。
2、扩展教学机的存储空间四、实验内容：1) 要完成存储器容量扩展的教学实验，需为扩展存储器选择一个地址，并注意读写和OE等控制信号的正确状态。
计算机组成原理实验报告_存储系统设计实验
实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。
能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。
二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。
现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。
a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。
b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。
c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。
4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。
芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。
地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。
b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。
HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。
c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。
计算机组成原理试读稿_第3章存储器系统的层次结构_(初稿)【王道考研系列】2012计算机考研
大纲内容
（待补充）
已考真题分布
（待补充）
3.1 存储器的分类 3.1.1 考点精析
1. 存储器的分类（★）
存储器种类繁多，可以从不同的角度对存储器进行分类。 （1）按在计算机中的作用（层次）分类 1）主存储器：简称主存，又称内存储器（内存），用来存放计算机运行期间所需的大 量程序和数据，CPU可以直接随机地对其进行访问，也可以和高速缓冲存储器（Cache）以 及辅助存储器交换数据。其特点是容量较小、存取速度较快、每位价格较高。 2）辅助存储器：简称辅存，又称外存储器（外存），是主存储器的后援存储器，用来 存放当前暂时不用的程序和数据，以及一些需要永久性保存的信息，它不能与 CPU 直接交 换信息。其特点是容量极大、存取速度较慢、单位成本低。 3）高速缓冲存储器：简称Cache，位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和 数据，以便CPU能高速地使用它们。Cache的存取速度可以与CPU的速度相匹配，但存储容量 小、价格高。目前的高档微机通常将它们或它们的一部分制作在CPU芯片中。 （2）按存储介质分类 按存储介质可分为磁表面存储器（磁盘、磁带）、半导体存储器（MOS 型存储器、双 极型存储器）和光存储器。 （3）按存取方式分类 1）随机存储器（RAM）：存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存 取时间与存储单元的物理位置无关。其优点是读写方便、使用灵活，主要用做主存或高速缓 冲存储器。 2）只读存储器（ROM）：存储器的内容只能随机读出而不能写入。信息一旦写入存储 器就固定不变了，即使断电，内容也不会丢失。因此，通常用它存放固定不变的程序、常数 和汉字字库，甚至用于操作系统的固化。它与随机存储器可共同作为主存的一部分，统一 构成主存的地址域。
计算机组成原理第三章存贮系统2
三、组相联映射方式
存贮系统
前两者的组合
Cache分组，组间采用直接映射方式，组内采用 全相联的映射方式
Cache分组U，组内容量V 映射方法（一对多）
q= j mod u 主存第j块内容拷贝到Cache的q组中的某行
地址变换
设主存地址x，看是不是在cache中，先y= x mod u， 则在y组中一次查找
计算机组成原理
一、全相联的映射方式
存贮系统
3、特点：
优点：冲突概率小，Cache的利用高。 缺点：比较器难实现，需要一个访问速度很快代
价高的相联存储器
4、应用场合：
适用于小容量的Cache
计算机组成原理
二、直接映射方式
存贮系统
1、映射方法（一对多）如：
i= j mod m
主存第j块内容拷贝到Cache的i行
由表达式看出，为提高访问效率，命中率h越接近1 越好，r值以5—10
命中率h与程序的行为、cache的容量、组织方式、 块的大小有关。
计算机组成原理
存贮系统
例 CPU执行一段程序时，cache完成存取
的次数为1900次，主存完成存取的次数为
100次，已知cache存取周期为50ns，主存
存取周期为250ns，求cache/主存系统的
存贮系统
1、将地址分为两部分（块号和字），在内存块 写入Cache时，同时写入块号标记；
2、CPU给出访问地址后，也将地址分为两部分 （块号和字），比较电路块号与Cache 表中 的标记进行比较，相同表示命中，访问相应单 元；如果没有命中访问内存，CPU 直接访问 内存，并将被访问内存的相对应块写入Cache。
相应行； 把行标记与
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3. 为什么设置一个数据缓冲寄存器2？
存储器芯片做完读操作之后，数据引脚上输出的数据 只能维持一段时间，所以先由数据寄存器缓存起来， 需要导出时，由这个寄存器向总线提供数据。
器件介绍
74273 – 在MaxPlus的mf库中，由8个D触发器组成 – 两个控制信号：清0信号（低电平有效，将其置为高电平）；时钟信号（上升沿触发） 74244 – 在MaxPlus的mf库中，由8个三态门组成 – 有两个控制信号（低电平有效，将它们接在一起） LPM_RAM_DQ – 在MaxPlus的mega_lpm库中，是一个RAM – LPM_RAM_DQ的参数设置 LPM_WIDTH=8：芯片数据引脚的数目 LPM_WIDTHAD=8：芯片地址引脚的数目 LPM_INDATA=“UNREGISTERED”:使输入数据（RAM写）不受INCLOCK控制 LPM_OUTDATA=“UNREGISTERED”：使输出数据（RAM读）不受OUTCLOCK控制 INCLOCK=“UNUSED”:设为“USED”芯片会有INCLOCK引脚 OUTCLOCK=“UNUSED”：设为“USED”芯片会有OUTCLOCK引脚 LPM_ADDRESS_CONTROL=“UNREGISTERED”： LPM_FILE=“d:\mem\ram.mif”：芯片的初始化文件。Ram.mif文件的生成方法：打开 Simulator，然后点菜单Initialize->Initialize memory，设置好存储单元的值之后，点Export file， 即可得ram.mif。
NMEM-BU
存储器组成讲解
1. 为什么要设地址缓冲寄存器和数据缓冲寄存器1？
为了保证可靠读写，在芯片做读写操作期间，地址信 号要保持不变。设置缓冲寄存器之后，在芯片做读写 操作期间，由它们向芯片提供信号。
2. 为什么设置一个总线缓冲器？
总线是由挂在总线上的诸多器件共享的，所以要设置 一个总线缓冲器，控制存储器向总线发送信息的时间。
实验目的
– 存储器设计与实现 – 体会信号之间的时序关系 – 学习使用总线
存储器组成框图
总线
CPDR1
D_Buffer1
A_Buffer
CPAR
Bus_buffer1
Ndata_in
Bus_buffer2
Naddr_ in
Mem WE
Data_in
Addr_in
D_Buffer2
CPDR2
Bus_buffer3
实验三、存储器设计
设计任务
设计目标
根据存储器的组成框图，用给定的器材，实现一个容量为 256×8bits的主存。 用Maxplus仿真，要求将90h写入存储器的08h单元；将92h写入 10h单元，然后再读出08h和10h单元的信息。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
器材
– 74273：八D触发器 – 74244：八三态门 – LPM_RAM_DQ ：参数化的RAM
使用MaxPlus注意 注意 使用
该设计用了74系列的芯片，因此在编译前，要先指定器件： Assign菜单->Device菜单项，在弹出对话框中选择“Device Family:Flex10K” 在编译前，要将其设为为时序仿真而编译，方法是：如果 Processing菜单已设为“Functional SNF extractor”，只需在 此菜单项上点击一下即可。 在我给的设计图中，数据总线与地址总线用的是双向引脚bidir。 在做波形图时，双向引脚会对应两个node，例如db[7..0](I)和 db[7..0](O)，但在同一个波形图中，只能用一个，否则访真会 报错。 在做存储器读写时，如果信号的时序关系不对，就很有可能得 不到正常结果。我给的例子中，每个格子的宽度为10ns，将 数据或地址送入地址或数据缓冲器用30ns；MEM读或写用 20ns。也可设其它的时间，不过要注意：如果仿真结果不对， 有可能是信号宽度太小了。