計算機組成原理第4章第三講

1、第四章第四章 存儲器存儲器第第3講講v存儲器概述存儲器概述分類分類層次結(jié)構層次結(jié)構v主存儲器主存儲器概述概述半導體存儲芯片半導體存儲芯片靜態(tài)隨機存儲器靜態(tài)隨機存儲器動態(tài)隨機存儲器動態(tài)隨機存儲器只讀存儲器只讀存儲器存儲器與存儲器與CPU的連接的連接存儲器的校驗存儲器的校驗主要內(nèi)容主要內(nèi)容 用用 1K 4位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 1K 8位位 的存儲器的存儲器？片？片 六、存儲器與六、存儲器與 CPU 的連接的連接 1. 存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展 (1) 位擴展位擴展（增加存儲字長）（增加存儲字長）10根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線DD D0479AA021142114CSWE2

2、片片 (2) 字擴展（增加存儲字的數(shù)量）字擴展（增加存儲字的數(shù)量） 用用 1K 8位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 2K 8位位 的存儲器的存儲器11根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線？片？片2片片1K 8 8位位1K 8 8位位D7D0WEA1A0A9CS0A10 1CS1 (3) 字、位擴展字、位擴展用用 1K 4位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 4K 8位位 的存儲器的存儲器8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線12根地址線根地址線WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片選片選譯碼譯碼1K41K41K41K41K41K41K41K4？片？片8片片 2. 存儲器與存儲器與 CPU 的連接的

3、連接 (1) 地址線的連接地址線的連接(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接(3) 讀讀/寫命令線的連接寫命令線的連接(4) 片選線的連接片選線的連接(5) 合理選擇存儲芯片合理選擇存儲芯片(6) 其他其他 時序、負載時序、負載要特別注意片與片之要特別注意片與片之間的地址線、數(shù)據(jù)線間的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的連接和控制線的連接CPUCPU地址線的低位與存儲芯片的地址線的低位與存儲芯片的地址線相連，高位或在存儲芯地址線相連，高位或在存儲芯片擴充時用或做其他用途，如片擴充時用或做其他用途，如片選信號；片選信號；對存儲芯片擴展使其數(shù)據(jù)位數(shù)對存儲芯片擴展使其數(shù)據(jù)位數(shù)和和CPUCPU的數(shù)據(jù)線一致；的數(shù)據(jù)線一致

4、； 訪存控制信號（訪存控制信號（MREQMREQ）CPUCPU的高位地址的高位地址 ROMROM存放系統(tǒng)程序、標準子存放系統(tǒng)程序、標準子程序和各類常數(shù)；程序和各類常數(shù)；RAMRAM用戶用戶編程編程 74138譯碼器譯碼器G1CBAG2BG2AY7Y6Y0 CPU芯片引腳圖芯片引腳圖MREQA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR 例例1（書（書94頁例頁例4.1）(1) 寫出對應的二進制地址碼寫出對應的二進制地址碼(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A13 A11 A10 A7 A4

5、A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8位位1K8位位RAM2片片1K4位位ROM1片片 2K8位位 6 0 0 0 6 7 F F 6 8 0 0 6 B F F(3) 分配地址線分配地址線A10 A0 接接 2K 8位位 ROM 的地址線的地址線A9 A0 接接 1K 4位位 RAM 的地址線的地址線(4) 確定片選信號確定片選信號C B A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A1

6、0 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K 8位位1片片 ROM1K 4位位2片片RAM 2K 8位位 ROM 1K 4位位 RAM1K 4位位 RAM&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2AMREQA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR例例 1 CPU 與存儲器的連接圖與存儲器的連接圖CPU與存儲芯片連接設計與存儲芯片連接設計4步驟步驟(1)根據(jù)十六進制地址范圍寫出二進制地址根據(jù)

7、十六進制地址范圍寫出二進制地址碼，并確定其容量；碼，并確定其容量；(2)根據(jù)地址范圍以及該范圍在計算機系統(tǒng)根據(jù)地址范圍以及該范圍在計算機系統(tǒng)中的作用確定芯片的數(shù)量及類型；中的作用確定芯片的數(shù)量及類型；(3)分配分配CPU地址線地址線(CPU低位與存儲芯片低位與存儲芯片地址相連，高位和訪存信號共同產(chǎn)生片地址相連，高位和訪存信號共同產(chǎn)生片選信號）；選信號）；(4)確定片選信號確定片選信號(1) 寫出對應的二進制地址碼寫出對應的二進制地址碼例例2 假設同例假設同例1，要求最小，要求最小 4K為系統(tǒng)為系統(tǒng) 程序區(qū)，相鄰程序區(qū)，相鄰 8K為用戶程序區(qū)。為用戶程序區(qū)。(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的

8、數(shù)量及類型(3) 分配地址線分配地址線(4) 確定片選信號確定片選信號1片片 4K 8位位 ROM 2片片 4K 8位位 RAMA11 A0 接接 ROM 和和 RAM 的地址線的地址線 4K 8位位 ROM 4K 8 8位位 RAM4K 8 8位位 RAMPD/ProgrY0G1CBAG2BG2AMREQA15A14A13A12A11A10A0D7D4D3D0WR例例 2 CPU 與存儲器的連接圖與存儲器的連接圖+5VY1Y2例例 3 設設 CPU 有有 20 根地址線，根地址線，8 根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。 并用并用 IO/M 作訪存控制信號。作訪存控制信號。RD 為讀命令，為讀命令， WR

9、為寫命令。現(xiàn)有為寫命令?，F(xiàn)有 2764 EPROM ( 8K 8位位 ), 外特性如下：外特性如下：用用 138 譯碼器及其他門電路（門電路自定）畫出譯碼器及其他門電路（門電路自定）畫出 CPU和和 2764 的連接圖。要求地址為的連接圖。要求地址為 F0000HFFFFFH , 并并寫出每片寫出每片 2764 的地址范圍。的地址范圍。D7D0CEOECE片選信號片選信號OE允許輸出允許輸出PGM可編程端可編程端PGMA0A12(1) 寫出對應的二進制地址碼寫出對應的二進制地址碼(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型(3) 分配地址線分配地址線(4) 確定片選信號確定片選信號8片片

10、8K 8位位 EPROMA12 A0 接接 EPROM的地址線的地址線F0000H-FFFFFH 容量容量64KIO/M控制譯碼器工作，控制譯碼器工作，RD對應對應OE,WE對對應應PGMA13 A15 譯碼器輸入端和高位地址一起片選譯碼器輸入端和高位地址一起片選七、存儲器的校驗七、存儲器的校驗編碼的糾錯編碼的糾錯 、檢錯能力與編碼的最小距離有關、檢錯能力與編碼的最小距離有關L 編碼的最小距離編碼的最小距離D 檢測錯誤的位數(shù)檢測錯誤的位數(shù)C 糾正錯誤的位數(shù)糾正錯誤的位數(shù)漢明碼是具有一位糾錯能力的編碼漢明碼是具有一位糾錯能力的編碼L 1 = D + C ( DC )1 . 編碼的最小距離編碼的最

11、小距離任意兩組合法代碼之間任意兩組合法代碼之間 二進制位數(shù)二進制位數(shù) 的的 最少差異最少差異L = 3 最多糾錯最多糾錯 1位位 最多檢錯最多檢錯 2位位 漢明碼的組成需增添漢明碼的組成需增添 ？位檢測位位檢測位檢測位的位置檢測位的位置 ？檢測位的取值檢測位的取值 ？2k n + k + 1組成漢明碼的三要素組成漢明碼的三要素2 . 漢明碼漢明碼2i-1 ( i = 1，2， ， k )（1）漢明碼的組成）漢明碼的組成各檢測位的取值與該位所在的檢測各檢測位的取值與該位所在的檢測“小組小組” 中各位數(shù)值，以及校驗方式有關中各位數(shù)值，以及校驗方式有關各檢測位各檢測位 Ci 所承擔的檢測小組為所承擔

12、的檢測小組為gi 小組獨占第小組獨占第 2i1 位位gi 和和 gj 小組共同占第小組共同占第 2i1 + 2j1 位位gi、gj 和和 gl 小組共同占第小組共同占第 2i1 + 2j1 + 2l1 位位 C1 檢測的檢測的 g1 小組包含第小組包含第 1，3，5，7，9，11，C2 檢測的檢測的 g2 小組包含第小組包含第 2，3，6，7，10，11，C4 檢測的檢測的 g3 小組包含第小組包含第 4，5，6，7，12，13，C8 檢測的檢測的 g4 小組包含第小組包含第 8，9，10，11，12，13，14，15，24，奇校驗奇校驗v各檢測位的值使各自對應監(jiān)測小組中為各檢測位的值使各自對

13、應監(jiān)測小組中為1的位數(shù)為的位數(shù)為奇數(shù)；奇數(shù)；v如漢明碼為如漢明碼為7位，則檢測位位，則檢測位C1應使應使1、3、5、7位中位中的的1的個數(shù)為奇數(shù)，的個數(shù)為奇數(shù)，C2則應使則應使2、3、6、7位中位中1的的個數(shù)為奇數(shù)，個數(shù)為奇數(shù)，C4則應使則應使4、5、6、7位中位中1的個數(shù)為的個數(shù)為奇數(shù)；奇數(shù)；偶校驗偶校驗v各檢測位的值使各自對應監(jiān)測小組中為各檢測位的值使各自對應監(jiān)測小組中為1的位數(shù)為的位數(shù)為偶數(shù)；偶數(shù)；奇偶校驗奇偶校驗例例1 求求 0101 按按 “偶校驗偶校驗” 配置的漢明碼配置的漢明碼解：解： n = 4根據(jù)根據(jù) 2k n + k + 1得得 k = 3漢明碼排序如下漢明碼排序如下:二進

14、制序號二進制序號名稱名稱1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 0101 的漢明碼為的漢明碼為 0100101b4b3 b2 b110C1= 3 5 7 = 0C2= 3 6 7 = 1C4= 5 6 7 = 001 0 1得各檢測位位置得各檢測位位置20 21 22由由 2i-1 ( i = 1，2， ， k )求求 0011按按“奇校驗奇校驗”配置配置 的漢明碼的漢明碼 二進制序號二進制序號 名稱名稱1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 1 100 1 1解：解： n = 4 根據(jù)根據(jù) 2k n + k + 1取取 k = 3C1= 3 5 7 = 0C2= 3 6 7 =

15、1C4= 5 6 7 = 1 0011 的漢明碼為的漢明碼為 0101011例例2按配偶原則配置按配偶原則配置 1011 的漢明碼的漢明碼 二進制序號二進制序號 名稱名稱1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 1 010 1 1解：解： n = 4 根據(jù)根據(jù) 2k n + k + 1取取 k = 3C1= 3 5 7 = 0C2= 3 6 7 = 1C4= 5 6 7 = 0 0011 的漢明碼為的漢明碼為 0110011練習練習1（2） 漢明碼的糾錯過程漢明碼的糾錯過程形成新的檢測位形成新的檢測位 Pi ，如增添如增添 3 位位 （k = 3），）， 新的檢測位為新的檢測位為 P4 P

16、2 P1 。以以 k = 3 為例，為例，Pi 的取值為的取值為P1 = 1 3 5 7P2 = 2 3 6 7P4 = 4 5 6 7對于按對于按 “偶校驗偶校驗” 配置的漢明碼配置的漢明碼 不出錯時不出錯時 P1= 0，P2 = 0，P4 = 0C1C2C4其位數(shù)與增添的檢測位有關，其位數(shù)與增添的檢測位有關，P1= 1 3 5 7 = 0 無錯無錯P2= 2 3 6 7 = 1 有錯有錯P4= 4 5 6 7 = 1 有錯有錯P4P2P1 = 110第第 6 位出錯，可糾正為位出錯，可糾正為 0100101，故要求傳送的信息為故要求傳送的信息為 0101。糾錯過程如下糾錯過程如下例例3解：

17、解： 已知接收到的漢明碼為已知接收到的漢明碼為 0100111（按配偶原則配置）試問要求傳送的信息是什么（按配偶原則配置）試問要求傳送的信息是什么? 練習練習2P4 = 4 5 6 7 = 1P2 = 2 3 6 7 = 0P1 = 1 3 5 7 = 0 P4 P2 P1 = 100第第 4 位錯，可不糾位錯，可不糾寫出按偶校驗配置的漢明碼寫出按偶校驗配置的漢明碼0101101 的糾錯過程的糾錯過程v漢明碼形成過程漢明碼形成過程首先根據(jù)首先根據(jù)2k n + k + 1，求出需增加的檢測位位，求出需增加的檢測位位數(shù)數(shù)k；再根據(jù)再根據(jù)2i-1 ( i = 1，2， ， k )確定確定Ci的位置；

18、的位置；然后根據(jù)奇偶原則配置然后根據(jù)奇偶原則配置Ci各位的值，各位的值，注意：按奇注意：按奇配置與偶配置所求得的配置與偶配置所求得的Ci值正好相反值正好相反；糾錯時，新的檢測位糾錯時，新的檢測位Pi的取值與奇偶配置原則是的取值與奇偶配置原則是相對應的；相對應的；對于偶配置，不出錯時對于偶配置，不出錯時Pi的取值為的取值為0；而；而對于奇對于奇配置，不出錯時配置，不出錯時Pi的值為的值為1；vCyclic Redundancy CheckCyclic Redundancy Check，CRCCRCv基于模基于模2 2運算而建立編碼規(guī)則的校驗碼，是在運算而建立編碼規(guī)則的校驗碼，是在k k位信息碼之

19、后拼接位信息碼之后拼接r r位校驗碼；位校驗碼；v應用應用CRCCRC碼的關鍵是如何從碼的關鍵是如何從k k位信息位簡便地得位信息位簡便地得到到r r位校驗位位校驗位( (編碼編碼) )，以及如何從，以及如何從k+rk+r位信息碼判斷位信息碼判斷是否出錯；是否出錯；vCRCCRC碼可以發(fā)現(xiàn)并糾正信息存儲或傳送過程中碼可以發(fā)現(xiàn)并糾正信息存儲或傳送過程中連續(xù)出現(xiàn)的多位錯誤連續(xù)出現(xiàn)的多位錯誤 。3. 3. 循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼 （1 1）模）模2 2運算運算以按位模以按位模2 2相加為基礎的四則運算，不考慮進位和相加為基礎的四則運算，不考慮進位和借位；借位；模模2 2加減加減v即即 0 00

20、=00=0， 0 01=11=1，1 10=10=1，1 11=01=0；v按位加，可用異或邏輯實現(xiàn)；兩個相同的數(shù)據(jù)的模按位加，可用異或邏輯實現(xiàn)；兩個相同的數(shù)據(jù)的模2 2和為和為0 0；模；模2 2加與模加與模2 2減的結(jié)果相同；減的結(jié)果相同；模模2 2乘乘v按模按模2 2加求部分積之和加求部分積之和. .v例如：例如：0 0 0 01 1 1 01 1 1 01 1 1 0 1 1 01 0 0 1 0 0模模2除除v按模按模2減求部分余數(shù)，每求一位商應使部分余數(shù)減求部分余數(shù)，每求一位商應使部分余數(shù)減少一位；減少一位；v上商的原則上商的原則當部分余數(shù)的首位為當部分余數(shù)的首位為1時，商取時，商

21、取1；當部分余數(shù)的首位為當部分余數(shù)的首位為0時，商取時，商取0。當部分的余數(shù)的位數(shù)小于除數(shù)的位數(shù)時，該余數(shù)即當部分的余數(shù)的位數(shù)小于除數(shù)的位數(shù)時，該余數(shù)即為最后余數(shù)。為最后余數(shù)。例：被除數(shù)例：被除數(shù)101101，除數(shù)，除數(shù)1101，商？余數(shù)？，商？余數(shù)？商商 110，余數(shù)，余數(shù)0011（2 2） CRCCRC碼的編碼方法碼的編碼方法在糾錯編碼代數(shù)中，把以二進制數(shù)字表示的一個數(shù)據(jù)系在糾錯編碼代數(shù)中，把以二進制數(shù)字表示的一個數(shù)據(jù)系列看成一個多項式。列看成一個多項式。如，可將待編碼的如，可將待編碼的k k位有效信息位組表達為多項式位有效信息位組表達為多項式M(x)M(x)M(x)=CM(x)=Ck-1

22、k-1X Xk-1k-1 +C +Ck-2k-2X Xk-2k-2 + + C + + Ci iX Xi i + + C+ + C1 1X+CX+C0 0式中式中C Ci i為為0 0或或1 1，由對應二進制數(shù)確定；如待編碼數(shù)為，由對應二進制數(shù)確定；如待編碼數(shù)為11001100，則，則M(x)=XM(x)=X3 3+X+X2 2+0+0;+0+0;若將信息位組左移若將信息位組左移r r位，則可表示為多項式位，則可表示為多項式M(x)XM(x)Xr r。這。這樣就可空出樣就可空出r r位，以便拼接位，以便拼接r r位校驗位，即：位校驗位，即：n=(k+r)n=(k+r)位位信息位組信息位組k k

23、位位左移左移r r位位k k位位+ r+ r位位信息位組左移信息位組左移 r 位情況位情況CRC碼就是用多項式碼就是用多項式M(x)XM(x)Xr r 除以生成多項式除以生成多項式G(x)（即產(chǎn)生效驗碼的多項式），所得的余數(shù)作為校驗（即產(chǎn)生效驗碼的多項式），所得的余數(shù)作為校驗位；位；設所得余數(shù)表達為設所得余數(shù)表達為R(x)，商為，商為Q(x)，將余數(shù)拼接在，將余數(shù)拼接在信息位組左移信息位組左移r位空出的位空出的r位上，就構成這個有效信位上，就構成這個有效信息的息的CRC碼。這個碼。這個CRC碼可用多項式表達為：碼可用多項式表達為： M(x)Xr + R(x) = Q(x)G(x) + R(x)

24、 + R(x) = Q(x)G(x) + R(x)+R(x) = Q(x)G(x)所得所得CRC碼可被碼可被G(x)表示的數(shù)碼除盡。表示的數(shù)碼除盡。模模2和為和為0v例例4（P145） 對對4位有效信息位有效信息(1100)求循環(huán)校驗編碼，求循環(huán)校驗編碼，選擇生成多項式選擇生成多項式(1011)。v解：解： 有效信息有效信息 M(x)=x3+x2 由多項式由多項式 G(x)=x3+x+1 得得 k+1=4 所以所以 k=3 ，將有效信息左移，將有效信息左移k位后再被位后再被G(x)模模2除，除， 得得 M(x) x3=1100000=x6+x5 M(x)x3 /G(x)=1100000/101

25、1 =1110+010/1011 所以所以 M(x)X3 + R(x)=1100000 + 010 =1100010上面循環(huán)校驗碼中上面循環(huán)校驗碼中n=7，k=4，稱為，稱為(7，4)碼碼說明：生成多項式不是隨意設定的，也不是唯一的，上面說明：生成多項式不是隨意設定的，也不是唯一的，上面例子中生成多項式使用例子中生成多項式使用1011 ，也可以用，也可以用1101 ；大家算一下使用大家算一下使用1101時，計算出的時，計算出的R(x)=？，？，(7，4)碼為？碼為？R(x)=101,（7,4）碼）碼 1100101（3）CRC碼的糾錯碼的糾錯在接收方將收到的在接收方將收到的CRC碼用約定的生成