組成原理實(shí)驗(yàn)-存儲(chǔ)器課件

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實(shí)驗(yàn)三：存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫庥?jì)算機(jī)主存儲(chǔ)器的功能、組成知識(shí)；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(guò)字、位擴(kuò)展技術(shù)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的方法。了解如何通過(guò)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)58C65EEPROM芯片的讀寫(xiě)操作。3實(shí)驗(yàn)說(shuō)明教學(xué)計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器用靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片實(shí)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(shí)現(xiàn)。ROM芯片用來(lái)存放監(jiān)控程序，RAM芯片用來(lái)存放用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，以及用作監(jiān)控程序臨時(shí)數(shù)據(jù)和堆棧區(qū)?？梢园惭b另外兩個(gè)芯片用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器容量進(jìn)行擴(kuò)展。主存字長(zhǎng)16位，按字尋址方式讀寫(xiě)。5

教學(xué)計(jì)算機(jī)主存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)算機(jī)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(jiǎn)化的控制總線：時(shí)鐘信號(hào)：與CPU時(shí)鐘同步，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)讀寫(xiě)信號(hào)：由/MIO，REQ和/WE譯碼生成內(nèi)存和IO讀寫(xiě)信號(hào)。6

（1）地址總線（AB15~AB0）

地址總線提供讀寫(xiě)內(nèi)存用16位地址，讀寫(xiě)輸入/輸出接口用8位地址。教學(xué)機(jī)的指令格式和教學(xué)機(jī)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(jì)算機(jī)各部件之間完成數(shù)據(jù)傳送的線路。

出于教學(xué)機(jī)器件安全需要，教學(xué)機(jī)通過(guò)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(hào)用一片雙2-4譯碼器器件74LS139給出。10/MIO REQ /WE0 0 0 內(nèi)存寫(xiě) /MWR0 0 1 內(nèi)存讀 /MRD0 1 0 I/O寫(xiě) /WR0 1 1 I/O讀 /RD1 X X 不用11TH-union內(nèi)存片選信號(hào)DC5138A15A14A13GNDMMREQVCCCBAG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000~1FFF2000~3FFF4000~5FFF6000~7FFF8000~9FFFA000~BFFFC000~DFFFE000~FFFFDC574LS138:3-8譯碼器13（4）系統(tǒng)時(shí)鐘及時(shí)序

用1.8432MHz的晶振經(jīng)分頻得到的307.2kHz作為系統(tǒng)時(shí)鐘，用于驅(qū)動(dòng)CPU、I/O總線，保持CPU與內(nèi)存、I/O讀寫(xiě)同步進(jìn)行。系統(tǒng)時(shí)鐘CPU內(nèi)部的某些寄存器，通常在時(shí)鐘脈沖上升沿完成接收數(shù)據(jù)的操作。這意味著每個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)間對(duì)應(yīng)一條微指令的時(shí)間，即一個(gè)微指令周期。只有運(yùn)算器的通用寄存器是用時(shí)鐘脈沖的低電平接收輸入數(shù)據(jù)的。3.26us14（5）教學(xué)機(jī)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(kuò)展內(nèi)存儲(chǔ)器地址范圍8K用于存放監(jiān)控程序用于存放用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)15對(duì)主存RAM區(qū)，在給出/CS片選信號(hào)的同時(shí)，還需要給出讀寫(xiě)操作命令信號(hào)/WE。/WE為低是寫(xiě)，為高是讀。6116芯片還有一個(gè)/OE控制信號(hào)，已接地。對(duì)主存ROM區(qū)的訪問(wèn)，與讀寫(xiě)RAM區(qū)有2點(diǎn)不同。

（1）還必須使用EEPROM芯片的輸出允許信號(hào)/OE，執(zhí)行讀操作時(shí)，應(yīng)使/OE信號(hào)為低電平，執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，應(yīng)使/OE信號(hào)為高電平，以便控制EEPROM芯片進(jìn)入編程（寫(xiě)入）操作狀態(tài)。（2）對(duì)EEPROM芯片進(jìn)行一次編程（寫(xiě)入）操作占用的時(shí)間要足夠長(zhǎng)，約幾百個(gè)微秒，開(kāi)始首先完成對(duì)相應(yīng)單元原有的內(nèi)容的擦除操作，接下來(lái)再用相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間把新的內(nèi)容寫(xiě)進(jìn)去。這可以通過(guò)執(zhí)行一段循環(huán)子程序的辦法來(lái)達(dá)到延時(shí)等待目的。（6）教學(xué)機(jī)RAM和EEPROM存儲(chǔ)器芯片在讀寫(xiě)控制、寫(xiě)入時(shí)間方面的同異之處17擴(kuò)展用的引線接插孔18實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要完成存儲(chǔ)器容量擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，需為擴(kuò)展存儲(chǔ)器選擇一個(gè)地址，并注意讀寫(xiě)和/OE等控制信號(hào)的正確狀態(tài)；用監(jiān)控程序的D、E命令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)，比較RAM（6116）、EEPROM（58系列芯片）在讀寫(xiě)上的異同；用監(jiān)控程序的A命令編寫(xiě)一段程序，對(duì)RAM（6116）進(jìn)行讀寫(xiě)，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(xiě)一段程序，對(duì)擴(kuò)展存儲(chǔ)器EEPROM（58系列芯片）進(jìn)行讀寫(xiě)，用D命令查看結(jié)果是否正確；如不正確，分析原因，改寫(xiě)程序，重新運(yùn)行；19實(shí)驗(yàn)步驟檢查FPGA下方的插針要按下列要求短接：標(biāo)有“/MWR”“RD”的插針左邊兩個(gè)短接，標(biāo)有“/MRD”“GND”的插針右邊兩個(gè)短接，標(biāo)有ROMLCS和RAMLCS的插針短接。2.RAM（6116）支持即時(shí)讀寫(xiě)，可直接用A、E命令向擴(kuò)展的存儲(chǔ)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(huì)消失，重新啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)后會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)存單元的值發(fā)生了改變。213.先將教學(xué)計(jì)算機(jī)的電源關(guān)閉，再將擴(kuò)展的ROM芯片（27或28系列或28的替代產(chǎn)品58C65芯片）插入標(biāo)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(duì)，會(huì)導(dǎo)致芯片燒毀。然后鎖緊插座。4.將擴(kuò)展芯片右邊的插針按下列方式短接：將EXTROML芯片右上方的標(biāo)有“WE”和“A11”的插針下面兩個(gè)短接，將它右邊標(biāo)有“TEC”“/CS”“FPGA”的三個(gè)插針左邊兩個(gè)短接，標(biāo)有XTROMLCS的插針短接，標(biāo)有“TEC”“OE”“GND”“FPGA”的四個(gè)插針左邊的兩個(gè)橫著短接（寫(xiě)）；22擴(kuò)展存儲(chǔ)器ROMROMRAM設(shè)置跳線設(shè)置跳線設(shè)置地址跳線設(shè)置數(shù)據(jù)跳線內(nèi)存儲(chǔ)器部件235.在第四步中將標(biāo)有“TEC”“/CS”“FPGA”的三個(gè)插針左邊兩個(gè)短接表示擴(kuò)展的ROM的內(nèi)存地址是從4000H開(kāi)始，可用空間是4000H~5FFFH，用戶(hù)可在這個(gè)范圍內(nèi)輸入程序或改變內(nèi)存單元的值。也可以將這個(gè)插針斷開(kāi)，將標(biāo)有/CS的圓孔針與標(biāo)有MEM/CS的一排圓孔針中的任意一個(gè)用導(dǎo)線相連；注意連接的地址范圍是多少，用戶(hù)可用的地址空間就是多少。6.將標(biāo)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(biāo)有“AdressBus15-8”和“AdressBus7-0”的地址總線的指示燈下方的插針短接；25實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，對(duì)遇到的各種現(xiàn)象的分析，如何排除故障，自己在這次實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)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(xiě)EEPROM存儲(chǔ)器58C65的存儲(chǔ)單元，而A命令則有時(shí)不正確；2