16位存储器
Thumb 指令集
❖ expr3 :表达式,为取值在-7~+7范围内的整数。(3位立即数)
❖ expr8 :表达式,为取值在-255~+255范围内的整数。（8位立 即数）
(2)ADD—高或低寄存器 将寄存器中的值相加，结果送回第一操作数寄存器。 指令格式：
ADD Rd,Rm 其中： ❖ Rd :目的寄存器，也是第一操作数寄存器。 ❖ Rm :第二操作数寄存器。 （3）ADD和SUB—SP SP加上或减去立即数常量。 指令格式：
CMP Rn, #expr
CMP Rn, Rm
CMN Rn, Rm
其中：
❖ Rn ：第一操作数寄存器。 ❖ expr ：表达式，其值（在汇编时）为在0~255范围内的整数 ❖ Rm :第二操作数寄存器。 （9）传送、传送非和取负（MOV、MVN和NEG） 指令格式：
MOV Rd, # expr
MOV Rd, Rm
（4）PUSH和POP 低寄存器和可选的LR进栈以及低寄存器和可选的PC出栈。 指令格式：
PUSH{reglist} POP{reglist} PUSH{reglist, LR} POP{reglist,PC} 其中：reglist:低寄存器的全部或其子集。 （5）LDMIA和STMIA 加载和存储多个寄存器。 指令格式：
❖ Thumb指令集合没有包含进行异常处理时需要的一些指令， 因此，在异常中断时还是需要使用ARM指令。
Thumb 寄存器和ARM寄存器之间的关系
1.Thumb 状态寄存器集是ARM状态寄存器的子集 程序员可以直接访问8个通用寄存器R0~R7、PC、 堆栈指针SP、链接寄存器LR和CPSR。 每个特权模式都有分组的SP 、LR和 SPSR。
Thumb 指令分类介绍
at89c51单片机的组成
at89c51单片机的组成AT89C51单片机是一种基于MCS-51架构的8位微控制器，由Atmel公司生产。
它是一种高性能、低功耗、易于编程和使用的单片机，广泛应用于各种嵌入式系统中。
AT89C51单片机的组成主要包括以下几个方面：1.中央处理器（CPU）：AT89C51单片机采用MCS-51架构的CPU，包括一个8位的累加器、一个16位的程序计数器、8个8位的通用寄存器、一个8位的状态寄存器和一些特殊功能寄存器。
CPU可以执行各种指令，包括算术、逻辑、移位、跳转、循环等指令，以实现各种功能。
2.存储器：AT89C51单片机包括ROM、RAM和EEPROM三种存储器。
ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据和临时变量，EEPROM用于存储非易失性数据。
其中，AT89C51单片机的ROM容量为32KB，RAM容量为1KB，EEPROM容量为128B。
3.定时器/计数器：AT89C51单片机包括两个16位的定时器/计数器，可以用于计时、计数、PWM输出等功能。
其中，定时器0和定时器1可以分别工作在13种不同的模式下，具有较高的灵活性和可编程性。
4.串行通信接口（UART）：AT89C51单片机包括一个串行通信接口，可以用于与其他设备进行数据通信。
UART支持多种波特率和数据格式，具有较高的可靠性和稳定性。
5.并行输入/输出口（PIO）：AT89C51单片机包括32个并行输入/输出口，可以用于连接各种外设和传感器。
PIO具有较高的驱动能力和灵活性，可以实现多种输入/输出模式。
6.中断控制器：AT89C51单片机包括一个中断控制器，可以用于处理各种中断事件。
中断控制器具有较高的优先级和可编程性，可以实现多种中断处理方式。
总之，AT89C51单片机具有较高的性能、灵活性和可编程性，可以广泛应用于各种嵌入式系统中。
它的组成包括CPU、存储器、定时器/计数器、串行通信接口、并行输入/输出口和中断控制器等部分，每个部分都具有特定的功能和优点。
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。
计算机组成原理第三章习题课
3
RAM：1K×4位—>1K×8位
D7－D0
D7－D4 RAM1 1K×4 CS CS
D3－D0 RAM2 1K×4 CS
A9－A0 A9－A0
A9－A0
2、字存储容量扩展
• 增加地址线，使得存储器单元数增加 • 连接方式：三组信号线中
– 地址总线和数据总线公用 – 多余的地址线用来片选
1、20位地址，32位字长
（2）由512K×8位的芯片构成，需要多少片 存储器：1M×32位 512K →1M：说明有容量扩展 8位→32位：说明有字长扩展 8 →32 需要： (1M/512K)×(32位/ 8位) ＝ 2×4 ＝8
1、20位地址，32位字长
（3）需要多少位地址作为芯片选择 512K×8位→1M×32位 芯片选择只和地址线相关 512K＝2 512K 219，即有19根地址线 19 1M ＝220，即有20根地址线 多余的一根地址线一定是做片选的 ∴需要1根地址线作为片选
3、16K×8位—>64K×32位
RAM1 RAM2 RAM3 RAM4 CS CS CS CS
字长扩展 16K×8位—>16K×32位
16K×32位 16K×32位 16K×32位
容量扩展 16K×32位—>64K×32位
A15 A14 A13－A0
3、16K×8位—>64K×32位
错误： 1、只看到了A13－A0，缺少A15、A14 2、数据总线、地址总线，一定要标明起止符 号，例如A13－A0， D7－D0 3、三组信号线要全部标明
7. 某机器中，已知配有一个地址空间为(0000—1FFF)16 的ROM区域，现在用一个 用一个SRAM芯片（8K×8位）形 芯片（ × 位 用一个 芯片 成一个16K×16位的 位的RAM区域 区域，起始地址为（2000） 成一个 × 位的 区域 16 。假设SRAM芯片有CS和WE控制端，CPU地址总 线A15-A0 ，数据总线为D15-D0 ，控制信号为R / W （读 / 写），MREQ（当存储器读或写时，该信号 指示地址总线上的地址是有效的）。 分析：一个RAM区，一个ROM区 RAM ROM 其中RAM需要容量扩展 由8K×8位芯片构成1—>16K×16位（容量扩展） 共需要4片芯片，每两片构成8K×16位单元 字长扩展不改变地址分配，容量扩展才会改变
详细解读AT89S51存储器的结构
详细解读AT89S51存储器的结构AT89S51单片机存储器结构的特点之一是将程序存储器和数据存储器分开(称为哈佛结构)，并有各自的对这两个不同的存储器空间的访问指令。
AT89S51的存储器空间可划分为如下4类。
1.程序存储器空间单片机能够按照一定的次序工作是由于程序存储器中存放了经调试正确的程序。
程序存储器可以分为片内和片外两部分。
AT89Ssl单片机的片内程序存储器为4 KB的Flash存储器，编程和擦除完全是电气实现，且速度快。
可使用通用的编程器对其编程，也可在线编程。
当AT89S51片内的4 KB的Flash存储器不够用时，用户可在片外扩展程序存储器，最多可扩展至64 KB。
2.数据存储器空间数据存储器空间分为片内与片外两部分。
AT89S51单片机内部有128 B的RAM(增强型的52子系列为256 B)，用来存放可读/写的数据。
当AT89S51的片内RAM不够用时，又给用户提供了在片外可扩展至64 KB RAM的功能。
至于究竟扩展多少RAM，则根据用户实际需要来定。
3.特殊功能寄存器(SFR，Special Function Register)特殊功能寄存器实际上是AT89S51片内各功能部件的控制寄存器及状态寄存器。
SFR综合反映了整个单片机基本系统内部实际的工作状态及工作方式。
4.位地址空间AT89S51单片机内共有211个可寻址位，构成了位地址空间。
它们位于内部RAM(共128位)和特殊功能寄存器区(共83位)中。
程序存储器空间程序存储器是只读存储器(ROM)，用于存放程序和表格之类的固定常数。
AT89S51单片机的片内程序存储器为4 KB的Flash存储器，地址范围为0000H～0FFFH。
AT89S51有16位地址线，可外扩的程序存储器空间最大为64KB，地址范围为0000H～FFFFH。
片内与片外扩展的程序存储器在使用时应注意以下问题：(1)整个程序存储器空间可以分为片内和片外两部分，CPU究竟是访问片内的还是片外的程序存储器，可由EA(的反)引脚上所接的电平来确定。
存储器组成逻辑框图
A0~13 CS 1 16K X 16位
R/W D0~15
图2.17 字扩展方式存储器
返回
还可装进
命中
Cache 地址 Cache 存储体
块号 块内地址
数据总线
图2.7 cache的工作原理
CPU
返回
数
D0 D1
据 DD6
D7
CPU
A0 地 址 总 线
A15
CS 控制总线
R/W
1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D A0
64K X 1位
A15 R / W CS
图 2.16 用64K x 1位组成扩展成的 64K x 8位 RAM 返回
0
A15 2:4片选 1
A14
译码器 2 3
A0~13 地址总线
CPU
D0~15 RD
数据总线 控制总线
A0~13 CS 4 16K X 16位
R/W D0~15
A0~13 CS 3 16K X 16位
R/W D0~15
A0~13 CS 2 16K X 16位
来自CPU 逻辑地址 虚页号 页内地址
去主存 物理地址 实页号 页内地址
页表基址寄存器
某程序页表（在主存）
图2.5
虚拟存储器的地址变换
返回
地址总线
主存地址
不
可
不
访问主存
装
命
主
替换cache Cache 替换策略
进
中 可装进 命中
块号 块内地址
主存cache 地址映像变换机构
访问主存 存 装入cache
EMIF
EMIF中断寄存器44h EIMREMIF中断屏蔽寄存器
48h EIMSR
EMIF中断屏蔽设置寄存器
4Ch EIMCR
EMIF中断屏蔽清除寄存器
60h NANDFCR NAND Flash 控制寄存器
64h NANDFSR NAND Flash 状态寄存器
70h
NANDF1ECC NAND Flash1 纠错码寄存器(CS2空间)
? SRAM是Static Random Access Memory 的缩写，中文含义为静 态随机访问存储器，它是一种类型的半导体存储器。“静态”是指 只要不掉电，存储在 SRAM中的数据就不会丢失。这一点与 DRAM 不同，DRAM需要进行周期性的刷新操作。 同时，我们不应将 SRAM与只读存储器(ROM)和Flash Memory 相混淆，因为SRAM 是一种易失性存储器，它只有在电源保持连续供应的情况下才能够 保持数据。“随机访问”是指存储器的内容可以任意顺序访问，而 不管前一次访问的是哪一个位置。
? 两种主要运行模式的对比 ：
触发模式 WE 触发模式 选择触发模式
EM_WE_DQM 引脚功能 写触发 字节使能
EM_CS[2]
的操作
异步访问期间一直处于激活 状态
仅在一个访问中的触发阶段 是被激活的
3.3.5 异步控制器和接口
1. 异步存储器接口
EMIF的地址引脚EM_A[x给:出0]的
一般是32位字地址的最低有效位。
3.3.4 SDRAM控制器和接口
EMIF 可以跟大多数标准SDRAM 器件进行无缝接口，并且支持自刷新 模式和优先刷新。另外，有些参数可通过编程来设定，如刷新速率， CAS延迟和很多SDRAM 时序参数，这样就提供了很大的灵活性。 EMIF 支持与具有下列特点的 SDRAM 器件的无缝连接： Pre-charge 位为A[10] 列地址位数为8. 9或10 行地址位数根据DSP器件不同可以变化：
51单片机存储器结构介绍
51单片机存储器结构介绍MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：1、片内程序存储器2、片外程序存储器3、片内数据存储器4、片外数据存储器但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。
程序内存ROM寻址范围：0000H ~ FFFFH容量64KBEA = 1，寻址内部ROM；EA = 0，寻址外部ROM地址长度：16位作用：存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是：0000H ——系统复位，PC指向此处；0003H ——外部中断0入口000BH —— T0溢出中断入口0013H ——外中断1入口001BH —— T1溢出中断入口0023H ——串口中断入口002BH —— T2溢出中断入口内部数据存储器RAM物理上分为两大区：00H ~ 7FH即128B内RAM和SFR区。
作用：作数据缓冲器用。
下图是8051单片机存储器的空间结构图程序存储器一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。
那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。
程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。
其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。
只是程序代码则存放于程序存储器中。
MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。
对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。
强制CPU从外部程序存储器读取程序。
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16位机存储器系统设计
一、系统要求
1、EPROM存储器16KB, 地址范围:
F8000H～ FBFFFH
2、SRAM存储器8KB, 地址范围:
FC000H～ FDFFFH
3、使用地址锁存器、 数据收发器和奇偶存储体
二、系统设计说明
1、芯片选择
2、译码电路设计
3、地址线 、数据线和控制线的连接
三、系统线路图
16位微机内存储器的设计
(1)要求
①EPROM存储器16KB, 固化系统程序；
②SRAM存储器8KB, 运行程序；
(2)选择主要器件
①选择4片Intel2732 组成16KB EPROM存储器
②选择4片HM6116组成8KB SRAM存储器；
③CPU选用8086。
（1）地址锁存器
①74LS373 (正相输出) , 芯片内部包含8个D触发器
②选用三片 74LS373 , 在T1周期，由ALE的下降沿，完
成20位地址 (正相输出)和BHE锁存。
DI
0
DI
1
DI
2
DI
3
DI
4
DI
5
DI
6
DI
7
OE
GND
V
cc
DO
0
DO
1
DO
2
DO
3
DO
4
DO
5
DO
6
DO
7
STB
2
3
4 5 6 7 8 111 11
1
1
1
1
1
2
9 1
D
CP
Q
OE
I
(b) 内部逻辑图(8个) (a) 外部管脚图
STB
当OE为低电平时， STB的
下降沿(低电平)完成锁存。
(ALE↓)
Q
(地)
(2)数据收发器
① 74LS245 ，每个芯片内部包含8个双向三态门
②选用两片 74LS245 ，分别作为高、低 8位数据收发器（总
线驱动器）。
27脚的DT/R与26脚DEN(数据允许)配合, 控制收发器
74LS245收/发数据； 26脚DEN为低点平时：允许数据传
送
A. 27脚的DT/R为高点平, A→B：高、低 8位数据由
两片 74LS245分别送出；
B. 27脚的DT/R为低点平, B→A ：高、低 8位数据分别
由两片 74LS245送入CPU；
(3)SRAM存储器
FC000H～FDFFFH为8KB
地址范围：
①
选HM6116芯片, 2KB，偶、奇存储区各两片，合占8KB。
SRAM1: FC000H～FDFFFH中的偶地址区2KB ；A0
为片选
SRAM2: FC000H～FDFFFH中的奇地址区2KB 。BHE
为片选
③地址译码
两片三八译码器#9和#10，分别由A0、BHE接G2B。
①皆由A15~A19和M/IO与后，接至各片的G1端控制译码:
A15~A19=1。
②皆由A12、A13和A14参加译码，故:
Y0=1111 1100=FCH,
Y1=1111 1101=FDH,
③ 两对HM6116芯片
组成的偶、
奇地址区为8KB，片地
址范围为
FC000H ~FDFFFH。
SRAM1 ：
FC000H～FDFFFH中
的偶地址区；
SRAM2 ：
FC000H～FDFFFH中的奇地址区。
④地址实现
⑤SRAM存储器线路图
(4) EPROM存储器
①选4KB 的Intel2732芯片4片，组成2组偶、
奇存储体，共16KB：共占 F8000H～ FBFFFH
②分配地址
③地址译码
④ EPROM存储器线路图
16位机存储器总设计图