組成原理實驗-存儲器課件

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實驗三：存儲器實驗2實驗目的理解計算機主存儲器的功能、組成知識；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異之處；理解并熟悉通過字、位擴展技術實現(xiàn)擴展存儲器容量的方法。了解如何通過讀寫存儲器的指令實現(xiàn)對58C65EEPROM芯片的讀寫操作。3實驗說明教學計算機的主存儲器用靜態(tài)存儲器芯片實現(xiàn)，由8千字的ROM區(qū)和2千字的RAM區(qū)組成，分別由2片58C65（EEPROM芯片）和2片6116（RAM芯片）實現(xiàn)。ROM芯片用來存放監(jiān)控程序，RAM芯片用來存放用戶程序和數(shù)據(jù)，以及用作監(jiān)控程序臨時數(shù)據(jù)和堆棧區(qū)?？梢园惭b另外兩個芯片用來實現(xiàn)對存儲器容量進行擴展。主存字長16位，按字尋址方式讀寫。5

教學計算機主存儲器的設計教學計算機采用單總線結(jié)構(gòu)，16位的地址總線（記為AB15~AB0），16位的數(shù)據(jù)總線（記為DB15~DB0）和簡化的控制總線：時鐘信號：與CPU時鐘同步，簡化設計讀寫信號：由/MIO，REQ和/WE譯碼生成內(nèi)存和IO讀寫信號。6

（1）地址總線（AB15~AB0）

地址總線提供讀寫內(nèi)存用16位地址，讀寫輸入/輸出接口用8位地址。教學機的指令格式和教學機本身的特性，決定了將送往地址寄存器的地址信息只能由ALU輸出。7

（2）數(shù)據(jù)總線（DB15~DB0）

數(shù)據(jù)總線是計算機各部件之間完成數(shù)據(jù)傳送的線路。

出于教學機器件安全需要，教學機通過兩片74LS245器件把數(shù)據(jù)總線隔斷為內(nèi)部總線IB與外部總線兩部分。

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（3）控制總線

91B1A1GDC31392B2A2G1Y01Y11Y21Y32Y02Y1REQWEGNDMIOMWRMRDWRRDMMREQ IOREQ74LS139：雙2-4譯碼器TH-union內(nèi)存控制信號用一片雙2-4譯碼器器件74LS139給出。10/MIO REQ /WE0 0 0 內(nèi)存寫 /MWR0 0 1 內(nèi)存讀 /MRD0 1 0 I/O寫 /WR0 1 1 I/O讀 /RD1 X X 不用11TH-union內(nèi)存片選信號DC5138A15A14A13GNDMMREQVCCCBAG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000~1FFF2000~3FFF4000~5FFF6000~7FFF8000~9FFFA000~BFFFC000~DFFFE000~FFFFDC574LS138:3-8譯碼器13（4）系統(tǒng)時鐘及時序

用1.8432MHz的晶振經(jīng)分頻得到的307.2kHz作為系統(tǒng)時鐘，用于驅(qū)動CPU、I/O總線，保持CPU與內(nèi)存、I/O讀寫同步進行。系統(tǒng)時鐘CPU內(nèi)部的某些寄存器，通常在時鐘脈沖上升沿完成接收數(shù)據(jù)的操作。這意味著每個時鐘脈沖時間對應一條微指令的時間，即一個微指令周期。只有運算器的通用寄存器是用時鐘脈沖的低電平接收輸入數(shù)據(jù)的。3.26us14（5）教學機內(nèi)存空間分配：

0~1FFFH8K×16位的ROM（用兩片58C65，8K×8構(gòu)成）

2000~27FFH2K×16位的RAM（用兩片74LS6116，2K×8構(gòu)成）

DC5138A15A14A13GNDMMREQVCCCBAG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000~1FFF2000~3FFF4000~5FFF6000~7FFF8000~9FFFA000~BFFFC000~DFFFE000~FFFF可擴展內(nèi)存儲器地址范圍8K用于存放監(jiān)控程序用于存放用戶程序和數(shù)據(jù)15對主存RAM區(qū)，在給出/CS片選信號的同時，還需要給出讀寫操作命令信號/WE。/WE為低是寫，為高是讀。6116芯片還有一個/OE控制信號，已接地。對主存ROM區(qū)的訪問，與讀寫RAM區(qū)有2點不同。

（1）還必須使用EEPROM芯片的輸出允許信號/OE，執(zhí)行讀操作時，應使/OE信號為低電平，執(zhí)行寫操作時，應使/OE信號為高電平，以便控制EEPROM芯片進入編程（寫入）操作狀態(tài)。（2）對EEPROM芯片進行一次編程（寫入）操作占用的時間要足夠長，約幾百個微秒，開始首先完成對相應單元原有的內(nèi)容的擦除操作，接下來再用相對較長的時間把新的內(nèi)容寫進去。這可以通過執(zhí)行一段循環(huán)子程序的辦法來達到延時等待目的。（6）教學機RAM和EEPROM存儲器芯片在讀寫控制、寫入時間方面的同異之處17擴展用的引線接插孔18實驗內(nèi)容要完成存儲器容量擴展的教學實驗，需為擴展存儲器選擇一個地址，并注意讀寫和/OE等控制信號的正確狀態(tài)；用監(jiān)控程序的D、E命令對存儲器進行讀寫，比較RAM（6116）、EEPROM（58系列芯片）在讀寫上的異同；用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對RAM（6116）進行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；用監(jiān)控程序的A命令編寫一段程序，對擴展存儲器EEPROM（58系列芯片）進行讀寫，用D命令查看結(jié)果是否正確；如不正確，分析原因，改寫程序，重新運行；19實驗步驟檢查FPGA下方的插針要按下列要求短接：標有“/MWR”“RD”的插針左邊兩個短接，標有“/MRD”“GND”的插針右邊兩個短接，標有ROMLCS和RAMLCS的插針短接。2.RAM（6116）支持即時讀寫，可直接用A、E命令向擴展的存儲器輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。RAM中的內(nèi)容在斷電后會消失，重新啟動實驗機后會發(fā)現(xiàn)內(nèi)存單元的值發(fā)生了改變。213.先將教學計算機的電源關閉，再將擴展的ROM芯片（27或28系列或28的替代產(chǎn)品58C65芯片）插入標有“EXTROMH”和“EXTROML”的自鎖緊插座，要注意芯片插入的方向，帶有半圓形缺口的一方朝左插入。如果芯片插入方向不對，會導致芯片燒毀。然后鎖緊插座。4.將擴展芯片右邊的插針按下列方式短接：將EXTROML芯片右上方的標有“WE”和“A11”的插針下面兩個短接，將它右邊標有“TEC”“/CS”“FPGA”的三個插針左邊兩個短接，標有XTROMLCS的插針短接，標有“TEC”“OE”“GND”“FPGA”的四個插針左邊的兩個橫著短接（寫）；22擴展存儲器ROMROMRAM設置跳線設置跳線設置地址跳線設置數(shù)據(jù)跳線內(nèi)存儲器部件235.在第四步中將標有“TEC”“/CS”“FPGA”的三個插針左邊兩個短接表示擴展的ROM的內(nèi)存地址是從4000H開始，可用空間是4000H~5FFFH，用戶可在這個范圍內(nèi)輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。也可以將這個插針斷開，將標有/CS的圓孔針與標有MEM/CS的一排圓孔針中的任意一個用導線相連；注意連接的地址范圍是多少，用戶可用的地址空間就是多少。6.將標有“DataBus15－8”和“DataBus7－0”的數(shù)據(jù)總線的指示燈下方的插針短接；7.將標有“AdressBus15-8”和“AdressBus7-0”的地址總線的指示燈下方的插針短接；25實驗報告要求：實驗目的，實驗內(nèi)容步驟，實驗結(jié)果、實驗結(jié)果的分析，對遇到的各種現(xiàn)象的分析，如何排除故障，自己在這次實驗的心得體會與收獲。并回答如下思考題思考題：1）為何能用E命令直接寫EEPROM存儲器58C65的存儲單元，而A命令則有時不正確；2