教案07-计算机硬件技术基础

2．8位微机系统中数据的存储与访问
在8位CPU组成的微机系统中，CPU可访问的存储地址空间大小为64KB，地址范围为0000H～FFFFH。存储器中每个字节可以存储8位二进制数据，每个字节有一个唯一的地址，CPU一次可以访问存储器的一个字节信息。
3．存储器容量的扩充
存储器的总容量通常比单个芯片容量大得多，所以要用多个芯片进行组合，即在字向和位向两个方向进行扩充才能满足存储器的容量要求。
课堂讲授，利用图片、动画等演示存储器系统的组织方式。通过存储器系统设计实例的讲解，帮助学员掌握存储器接口的基本设计方法。
课堂提问
本次课内容总结
本次课我们首先学习了存储器的存储容量的三种扩充方法－位扩展、字扩展、字位扩展。其次学习了存储器片选信号的产生方法－线选法、全译码法、部分译码法。最后通过一个实例学习了8位微机系统的存储器接口设计方法。
4．存储器片选信号的产生方法
一个存储体通常由多个存储器芯片组成。CPU要实现对存储单元的访问，首先要选择存储器芯片，然后再从选中的芯片中依照地址码选择相应的存储单元读写数据。通常，芯片内部存储单元的地址由CPU输出的n(n由片内存储容量2n决定)条低位地址线完成选择，称为字选；而芯片选择信号则是通过CPU的高位地址线得到，称为片选。由此可见，存储单元的地址由片内地址信号线和片选信号线的状态共同决定。下面介绍三种片选信号的产生方法。
（1）与地址总线的连接
存储器与地址总线的连接和转换，本质上就是在地址分配的基础上实现地址译码，以保证CPU能对存储器中的所有单元正确寻址。它又包括两方面：一是高位地址线译码，用以选择存储芯片(片选)；二是低位地址线连接，用以通过片内地址译码器选择存储单元(字选)。地址总线高位、低位的划分，因芯片的容量不同而异，如2K×n位芯片的低位地址总线为A10～A0，共11位，1M×n位芯片的低位地址总线则为A19～A0共20位等等，其余部分均为高位地址总线。
8位存储器接口图
存储芯片与地址范围对应关系表
存储芯片
地址范围
存储芯片
地址范围
EPROM1
0000～0FFFH
SRAM1
4000～47FFH
EPROM2
1000～1FFFH
SRAM2
4800～4FFFH
EPROM3
2000～2FFFH
SRAM3
5000～57FFH
EPROM4
3000～3FFFH
SRAM4
（1）位扩展
位扩展是指存储器芯片的位数不能满足读写的基本要求，需进行位的扩充。位扩展时将多个存储芯片的地址、片选、读/写端相应并联，数据端单独引出，各自连接到不同的数据总线上。
如下图所示，由8片容量为1K×1位的芯片扩充为1K字节的存储器，每个芯片有10根地址线引脚。系统地址总线低10位的每一根接至8个芯片的同一个地址引脚；每个芯片有1根数据线，每根系统数据线与一个芯片的数据线单独连接；8个芯片公用一个片选与读写控制线(图中未画出)。
存储器位扩展
（2）字扩展
当存储器芯片的地址空间不能满足存储器子系统需要时，要进行字扩展。扩展时仅在字向扩充，而位数不变，因此将芯片的地址线、数据线、读/写控制线并联，由不同的片选信号来区分各个芯片所占据的不同地址范围。如下图所示，用16K×8位芯片组成64K字节存储器。此时需要4个芯片，数据总线D7～D0与各片的数据引脚相连，地址总线的低位地址A13～A0与芯片的14位地址引脚相连，高位地址A15、A14经过译码器产生的选择信号和各芯片的片选端相连。
（2）与控制总线的连接
对于存储器来说，与控制总线有关的外部接口信号线。除了上述的片选控制线外，主要还有两类：一是读写控制线，用于决定操作类型；一是行选通、列选通信号线(仅对DRAM芯片)，用于控制DRAM的行、列地址线输入和动态刷新。
对于工作速度与CPU大体相当的SRAM和各种ROM存储芯片，读写控制线的连接非常简单。只需将存储芯片的读／写控制端直接连到CPU总线或系统总线的相应功能端(如 和 信号端)即可。当然， 和 信号往往并不是由CPU直接提供，而是通过对CPU输出的有关控制信号译码而得到。
如果存储芯片的工作速度比较慢，以至于不能在CPU的读写周期内完成读/写操作，那么CPU就需要在正常的读写周期中插入一个或几个等待周期，以实现读写时序的匹配与操作的同步。为此，作为存储器接口，就必须能向CPU提供相应的等待信号。
至于DRAM芯片的读写控制线和行、列选通信号线，它们和地址线一起，均需由CPU总线或系统总线通过一个DRAM的接口逻辑来提供。
根据题目要求，我们可以选用2732(4K×8)作为EPROM芯片，以6116(2K×8)作为SRAM芯片，共需使用4个2732芯片和4个6116芯片。
关于地址线的连接，对2732而言，片外地址线为A15～A12，片内地址线为A11～A0；对6l16而言，片外地址线为A15～A11，片内地址线为A10～A0。片外地址经地址译码电路译码后输出相应的控制信号，作为内存芯片的“片选”信号，用来选中所要访问的内存芯片。译码电路多使用集成译码器芯片(如74LS138等)实现，也可以使用基本逻辑门电路――与门、或门以及非门的组合来实现。此例中选用74LS138作为地址译码器，74LSl38的“使能输入端” 和 同 相连，G1同 (A15取反)相连,而三个选择输入端C、B、A分别与A14、A13、A12相连。这样，74LS138译码器能工作的必要条件是：①存储器操作――包括存储器读或写；②A15为“0”，而A14Al3A12的8种不同的地址组合(从“000”到“111”)，分别对应于与 8个输出端相连的8个半导体存储器芯片的地址范围。由于6116的片内地址线为A10～A0，A11作为6116的片外地址必须参与译码器译码，以保证每个单元的地址唯一，因此可将 和 两个译码输出端同地址线A11或 经或门后作为6116的片选信号。
关于数据线的连接，2732为4K×8位芯片，6116为2K×8位芯片，两者都有8条数据线，可直接同8位CPU的8条数据线相连。
关于控制线的连接，SRAM通常有三条控制信号线――片选信号 、写允许信号 和输出允许信号 ，可将 接地址译码器输出， 接读信号线 ， 接写信号线 。EPROM芯片常采用双线控制，片选信号 用来选择芯片，输出允许信号 用来允许数据输出。只有这两条控制线同时有效时，才能从输出端得到要读出的数据。当 为高电平时，EPROM处于待用状态，输出呈现高阻抗，芯片处于低功耗状态且不受 的影响。建议 同地址译码器输出相连，以控制对各器件的选择，而 同系统控制总线中的读信号 相连，这样可以保证所有未被选中的器件处于低功耗状态。最后得到的存储器电路如下图9所示。各芯片的地址范围如下表所示。
线选法即线性选择法，是指直接用地址总线的高位地址中的某一位直接作为存储器芯片的片选信号( )，用地址线的低位实现对芯片的片内选择(寻址)。
线选法的优点是电路简单，选择芯片不需外加逻辑电路。但线选法不能充分利用系统的存储器空间，每个芯片所占的地址空间把整个地址空间分成了相互隔离的区段，即地址空间不连续，这给编程带来一定困难。同时，每个存储单元具有多个地址，造成地址重叠现象。所以，线选法只适用于容量较少的简单微机系统或不需要扩充内存空间的系统。
（3）与数据总线的连接
在微机中，无论字长是多少，一般每个存储模块(8位机为单存储模块，16位机为双模块，32位机为4模块)都是以一个字节为基本单位来划分存储单元的，即每8位为一个存储单元，对应一个存储地址。但由于存储芯片的内部结构不同，有的芯片一个地址对应8个存储位、有8条数据引线，如2716；而有的芯片一个地址对应4位，数据引线只有4条，如2114；还有的芯片只有一个存储位，只有一根数据输入、输出线，如2118。当用这些存储字长不是8位的芯片构成内存时，必须用多片合在一起，并行构成具有8位字长的存储单元。而在用多片构成存储单元时，它们的地址线、控制线完全是并联在一起的，数据线则分别接在数据总线的不同位线上。
计算机硬件技术基础第7次课
章节名称
第2章微型计算机
第2节内存储器
目的要求
通过本次课的学习，要求掌握8位微机系统中数据的存储与访问，掌握存储容量的扩充方法和片选信号产生方法，掌握8位微机系统的存储器接口设计。
重点
难点
重点：存储容量的扩充、片选信号的产生方法。
难点：8位微机系统的存储器接口设计。
方法
手段
存储器字扩展
（3）字位扩展
有时，存储器需要字向和位向同时扩充。一个存储器子系统的容量为M×N b，若使用L×Kb存储器芯片，那么，这个存储器子系统系统共需要 个存储芯片。例如：用2K×4位的存储器芯片组成8K×8位的RAM存储器。就单个芯片来说，无论是位方向，还是字方向都不满足要求，都要进行扩展。根据给定规格，总共需要8/4×8/2＝8片芯片，这8片芯片为满足字长要求，应将两片并联起来同时工作，每片有4位数据位，两片正好拼成8位数据宽度，以满足字长要求，所以，每两片一组，8片共分4组，这4组用高2位地址(A12，A11)经译码产生片选(本例中也是组选)信号，以选择4组中的某一组，用地址线的低11位(A10～A0)直接连到每个芯片的地址引脚，实现片内选择。
思
考
题
作
业
题
作业：
5、7、8、9
参考
Байду номын сангаас资料
授 课 内 容
1．知识的回顾与问题的引出
上次课我们学习了存储器的分类，了解了存储器的分级结构及存储器的主要技术指标，重点介绍了SRAM、DRAM、ROM存储器芯片的结构及工作原理。单个存储器芯片的容量毕竟是有限的，因此在利用这些存储器芯片设计存储器系统的时候，就要进行存储容量的扩充，并且需要根据微机系统字长的不同，对存储系统进行组织。本次课首先从8位字长的微机系统入手，介绍存储器接口设计的基本技术。
5800～5FFFH
6．小结
本次课我们首先学习了存储器的存储容量的三种扩充方法－位扩展、字扩展、字位扩展。其次学习了存储器片选信号的产生方法－线选法、全译码法、部分译码法。最后通过一个实例学习了8位微机系统的存储器接口设计方法。