存储器扩展.doc

组成原理与系统结构课程设计报告

课 题: 存储器扩展
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目录

目录 - 2 -
一、课程设计目的和意义 - 3 -
二、设计原理 - 3 -
1、实验设备 - 3 -
2、什么是存储器的扩展 - 3 -
3、 存储器与CPU的连接 - 6 -
4、存储器读写原理 - 7 -
5、存储器扩展原理图 - 9 -
三、存储器扩展的设计与实现内容 - 11 -
1、实验接线说明 - 11 -
2、实验步骤 - 12 -
四、系统测试及实验截图 - 16 -
1、用软件MAX+Plus写入文件 - 16 -
2、实验连线图 - 18 -
3、成功读出数据 - 19 -
五、总结 - 19 -
六、参考文献 - 21 -

一、课程设计目的和意义

（1）深入理解计算机内存储器的功能、组成知识；
（2）深入地学懂静态存储器芯片的读写原理和用他们组成教学计算机存储器系统的方法（即字、位扩展技术），控制其运行的方式；
（3）、熟悉6116静态RAM的结构及使用方法。
（4）掌握实验设备的组成及其使用方法；
（5）掌握静态存储器的工作原理及其使用方法；
（6）了解存储器和总线组成的硬件电路，了解与存储器有关的总线信号功能及使用方法；
（7）提高动手能力，针对对本学期所学习的计算机组成原理实验以及理论知识做一次全面的复习与巩固。

二、设计原理
1、实验设备
（1）EL-JY-II计算机组成原理试验系统一台
（2）6116芯片2个 排线若干
2、什么是存储器的扩展
存储器是用来存储信息的部件，是计算机的重要组成部分， RAM 是由MOS 管组成的触发器电路，每个触发器可以存放1 位信息。只要不掉电，所储存的信息就不会丢失。因此，静态RAM工作稳定，不要外加刷新电路，使用方便,目前较常用的有6116（2K×8 位），6264（8K×8 位）和62256（32K×8位）。本实验以6116 为例讲述主存储器的方法。
存储器的扩展主要解决两个问题：一个是如何用容量较小、字长较短的芯片，组成微机系统所需的存储器；另一个是存储器如何与CPU的连接。
存储芯片的扩展包括位扩展、字扩展和字位同时扩展等三种情况。
字扩展法：
(1) 位扩展
位扩展是指存储芯片的字(单元)数满足要求而位数不够，需要对每个存储单元的位数进行扩展。扩展的方法是将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出。其位扩展特点是存储器的单元数不变，位数增加。
下图给出了使用8片8K´1位的RAM芯片通过位扩展构成8K´8位的存储器系统的连线图。

(2) 字扩展
字扩展是指存储芯片的位数满足要求而字(单元)数不够，需要对存储单元数进行扩展。扩展的原则是将每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不同的地址范围。
下图给出了用4个16K´8位芯片经字扩展构成一个64K´8位存储器系统的连接方法。

(3) 字位同时扩展
字位同时扩展是指存储芯片的位数和字数都不满足要求，需要对位数和字数同时进行扩展。扩展的方法是线进行位扩展，即组成一个满足位数要求的存储芯片组，再用这个芯片组进行字扩展，以构成一个既满足位数又满足字数的存储器。
下图给出了用2114(1K´4)RAM芯片构成4K´8存储器的连接方法。

3、 存储器与CPU的连接
扩展的存储器与CPU的连接实际上就是与三总线中相关信号的连接。
（1）存储器与控制总线的连接
在控制总线中，与存储器相连的信号为数不多，如8086/8088最小方式下的M/IO(8088为IO/M)、RD和WR，最大方式下的MRDC、MWTC、IORC和IOWC等，连接非常方便，有时这些控制线(如M/IO)也与地址线一同参与地址译码，生成片选信号。
（2）存储器与数据总线的连接
对于不同型号的CPU，数据总线的数目不一定相同，连接时要特别注意。
8086CPU的数据总线有16根，其中高8位数据线D15~D8接存储器的高位库(奇地址库)，低8位数据线D7~D0接存储器的低位库(偶地址库)，根据BHE(选择奇地址库)和A0(选择偶地址库)的不同状态组合决定对存储器做字操作还是字节操作。
（3）存储器与地址总线的连接
对于字扩展和字位同时扩展的存储器与地址总线的连接分为低位地址线的连接和高位地址线的连接。低位地址线的连接较简单，直接和存储芯片的地址信号连接作为片内地址译码，而高位地址线的连接主要用来产生选片信号（称为片间地址译码），以决定每个存储芯片在整个存储单元中的地址范围，避免各芯片地址空间的重叠。

4、存储器读写原理

图 存储器读过程

图 存储器写过程

图 内部存储器连线
5、存储器扩展原理图

图1.0 读写控制及地址寄存器电路

图1-1 扩展存储器电路原理图
电路图见图1.1，6116的管脚分配和功能见图1-2。

图1-2 6116管脚分配
6116芯片功能简介 ：
实验中的静态存储器由2片6116（2K×8）构成，其数据线D0~D15接到数据总线，地址线A0~A7由地址锁存器74LS273(集成于EP1K10内)给出。黄色地址显示灯A7-A0与地址总线相连，显示地址总线的内容。绿色数据显示灯与数据总线相连，显示数据总线的内容。
6116有三个控制线，/CE（片选）、/R（读）、/W（写）。其写时间与T3脉冲宽度一致。当LARI为高时，T3的上升沿将数据总线的低八位打入地址寄存器。当WEI为高时，T3的上升沿使6116进入写状态。

三、存储器扩展的设计与实现内容

1、实验接线说明
将两片6116芯片UX1、UX2插在扩展的面包板上。将UX1、UX2的A7—A0均接至地址总线AD7—AD0，UX1的I/O7—I/O0接至数据总线的BD15—BD8，UX2的I/O7—I/O0接至数据总线的BD7—BD0；UX1、UX2的CS均接至IO控制电路的“Y1”。UX1、UX2的VCC和GND分别接至底板的VCC和GND。UX1、UX2的OE均接至GND，A8、A9、A10悬空。
6116芯片的容量为2K×8位，芯片上的地址引脚A0∼A10（共11根）连接至系统的地址总线A0∼A10，用来对片内2K个存储单元进行寻址。本实验中6116 SRAM的片选信号CS接至实验台的MEMCS。请注意，实验台上是如何产生MEMCS的，开关K2是如何设置地址总线A19、A18、A17、A16的，详见第3章“存储器译码电路”的介绍。芯片上的8个数据引脚D0∼D7直接与系统的数据引脚相连。控制信号OE、WE分别连接到实验台的MEMR和MEMW。写操作时，芯片上的控制信号CS=0，WE=0，OE=1；读操作时，CS=0，OE=0，WE=1。
键盘方式下系统接线图如下所示：

2、实验步骤
实验前首先将CPU板上的J1-J6跳线均接至EPC2 OFF，然后通过CPU板上JTAG口将total.pof文件写入FPGA。
（1）键盘操作方式
把K4开关置于“OFF”状态。
写数据
拨动清零开关CLR，使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。
在监控指示灯滚动显示【CLASS SELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--_ _ 】输入13，按【确认】键，监控指示灯显示为【ES13】，表示准备进入实验十三程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。再按【确认】键，进入实验十三程序。
监控指示灯显示为【CtL= - -】，输入1,表示准备对RAM进行写数据，在输入过程中，可按【取消】键进行输入修改，按 【确认】键。
监控指示灯显示【Addr- -】，提示输入2位或3为16进制数地址，输入“00”或“000”，按【确认】键，监控指示灯显示【dAtA】，提示输入写入存储器该地址的数据（4位16进制数），输入“1111”按【确认】键，监控指示灯显示【PULSE】，提示输入单步，按【单步】键，完成对RAM一条数据的输入，数据总线显示灯显示“0001000100010001”，即数据“1111”，地址显示灯显示“0000 0000”。
监控指示灯重新显示【Addr- -】，提示输入第二条数据的地址。重复上述步骤，按表4－2输入所有RAM地址及相应的数据
地址（十六进制）
数据（十六进制）
00
1111
10
2222
20
3333
FF
4444
100
5555
110
6666
120
7777
1FF
8888
表4-2 实验数据表
（2）、读数据
（1） 按【RST】复位，使监控指示灯滚动显示【CLASS SELECt】。
（2） 动清零开关CLR，使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。按【实验选择】键，显示【ES--_ _ 】输入13，按【确认】键，监控指示灯显示为【ES13】，表示准备进入实验十三程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。再按【确认】键，进入实验十三程序。
（3） 监控指示灯显示为【CtL= - -】，输入2,表示对RAM进行读数据，按【确认】键。
（4）监控指示灯显示【Addr- -】，提示输入2位或3位16进制数地址，输入“00”或“000”，按【确认】键，监控指示灯显示【PULSE】，提示输入单步，按【单步】键，完成对RAM一条数据的读出，数据总线显示灯显示“0001000100010001”，即数据“1111”，地址显示灯显示“0000 0000”。
（5）监控指示灯重新显示【Addr- -】，重复上述步骤读出表4－2的所有数据，注意观察数据总线显示灯和地址显示灯之间的对应关系，检查读出的数据是否正确。
注：6116为静态随机存储器，如果掉电，所存的数据全部丢失！
程序清单：
DATA SEGMENT
MESSAGE DB 'PLEASE ENTER A KEY TO SHOW THE CONTENTS',0DH,0AH,'$'
DATA ENDS
STACK SEGMENT STACK
STA DW 50 DUP(?)
TOP EQU LENGTH STA
STACK ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK,ES:DATA
START: MOV AX,DATA
MOV DS,AX
MOV AX,STACK
MOV SS,AX
MOV SP,TOP
MOV AX,0A000H
MOV ES,AX
MOV BX,0000H
MOV CX,26
MOV DL,40H
WRITE: INC DL
MOV ES:[BX],DL
INC BX
CMP DL,5AH
JNZ SS1
MOV DL,40H
SS1: LOOP WRITE
MOV DX,OFFSET MESSAGE
MOV AH,9
INT 21H
MOV AH,01H
INT 21H
MOV AX,0A000H
MOV ES,AX
MOV BX,0000H
MOV CX,26
READ: MOV DL,ES:[BX]
MOV AH,02H
INT 21H
INC BX
LOOP READ
MOV AH,4CH
INT 21H
CODE ENDS
END START

四、系统测试及实验截图
1、用软件MAX+Plus写入文件
连接好线路之后，将CPU板上的J1-J6跳线均接至EPC2 ON，因为只有在ON的状态才能将文件写入。

图 文件成功写入
2、实验连线图
下图为存储器扩展实验在连通电路后的实验接线图。其中两个芯片均为HM6116芯片。

图 实验接线正面图

图 实验接线背面图
3、成功读出数据
从显示灯上可看出已成功读出数据。

图 成功读出数据

五、总结

在这次课程设计中，我的主要任务是查阅资料，连接线路图，调试程序。存储器扩展的设计，在连接线路图是并没有遇到什么困难，就是在调试程序时遇到了一些困难，调了很久都没有结果，后来查阅了一些资料才进行出来。
本次设计中用到的主要仪器是EL-JY-II型计算机组成原理实验系统。由于以前已经做实验用过改仪器，因此在连接硬件线路时，还是很顺利。存储器扩展的设计是将2片6116芯片（2K*8）进行位扩展和字扩展，这就要求知道存储器扩展的原理。
通过此次实习，加深了对EL-JY-II型计算机组成原理实验系统的理解与知识，提高了自己的动手能力。同时，加深了小左同学中的友谊。我相信只要努力，提高自己的专业知识，提高自己的综合素质，尽量的吸取知识，自己能力达到了就一定能找到一份好的工作。实习，是开端也是结束。展现在自己面前的是一片任自己驰骋的沃土，也分明感觉到了沉甸甸的责任。在今后的学习和生活中，我将继续努力，深入实践，不断提升自我，努力创造成绩，继续创造更多的人生价值。
此次课程设计提高了我的动手能力，让我认识到不能只拘泥于课本上的知识，并注重理论与实践的结合，提高自己的实际动手能力和独立思考能力，不断充实自己，更好的掌握知识。

六、参考文献
[1] 唐朔飞.计算机组成原理（第2版）[M].哈尔滨:高等教育出版社,2008
[2] EL-JY-II型计算机组成原理实验系统(16位)实验指导书

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