第六章存储器与处理器的连接案例

CPU与存储器的连接这是本章的重点内容SRAM、EPROM与CPU的连接译码方法同样适合I/O端口存储芯片的数据线存储芯片的地址线存储芯片的片选端存储芯片的读写控制线CPU与存储器的连接要通过三大总线实现。将一个存储器芯片与CPU相接时，除了片选信号需要高位地址译码之外，其余的如存储器芯片的数据信号、读写控制信号及地址信号都直接接到系统总线上。但是一个存储器系统往往需要由多个芯片组合得到系统所需的存储空间。这就需要用到下面的方法：位扩展法、字扩展法、组合扩展法。存储系统设计的步骤1、确定芯片个数=目的系统容量/提供芯片规格2、确定扩展方法（字、位、字位）3、芯片地址线、数据线、读写控制线的连接4、芯片片选的连接CPU与存储器的连接1.位扩展法一、存储器芯片的扩展当存储器芯片的数据位数不能满足存储系统需要时，可将多个存储器芯片的地址线并连起来（即接相同的输入），用它们的数据线扩展各个存储单元的数据位。这种扩展方法称为位扩展法。⑧64K*1I/O⑦64K*1I/O⑥64K*1I/O⑤64K*1I/O④64K*1I/O③64K*1I/O②64K*1I/O①64K*1I/OD0D7…用64K×1bit的芯片扩展实现64K×8bit存储器A0~A15R/WCSCPU与存储器的连接1.位扩展法例：把两片6264扩展成8K×16的存储器D7~D0RDWR一、存储器芯片的扩展A12~A0D15~D8D15~D0译码器6264I/O0~I/O7A12~A0OEWECE1CE28k8I/O0~I/O7A12~A06264OEWECE1CE28k8CPU与存储器的连接2.字扩展法字扩展法将低位地址线接到所有芯片，实现片内寻址；将高位地址线通过译码或变换后输出给各芯片的片选信号，实现片间寻址当存储器芯片的存储单元数量不能满足存储系统需要时，可将多片存储器芯片的数据线并连起来，用它们的地址线扩展存储单元的数量。这种扩展方法称为字扩展法。例：用两片SRAMIntel6264（8K8位）存储器芯片组成一个16K8位的存储系统。一、存储器芯片的扩展CPU与存储器的连接二、存储器芯片的扩展2.字扩展法例：6264I/O0~I/O7A12~A0I/O0~I/O7A12~A06264OEWECS1CS2RDWR8k88k8OEWECS1CS2D7~D0A12~A0D7~D0D7~D0地址译码器高位地址CPU与存储器的连接2.字扩展法练习：用16K×8的SRAM扩展成64K×8的存储器系统一、存储器芯片的扩展字扩展WECPU与存储器的连接3.组合扩展法当存储器芯片的数据位数和存储单元数量都不能满足存储系统需要时，可先进行字扩展，再进行位扩展，也可把顺序反过来。这种扩展方法称为组合扩展法。练习：用16K4位的存储器芯片组成一个64K8位的存储系统。二、存储器芯片的扩展字和位同时扩展0CS1CS2CS3CSWE3Y2Y1Y0YD7～D4D3～D016K×4bit16K×4bit16K×4bit16K×4bit16K×4bit16K×4bit16K×4bit16K×4bit译码器A14A15A13～A0扩展方法的总结位扩展：各芯片的地址线、片选信号连接相同，各芯片的数据线接不同的系统数据线字扩展：各芯片的地址线、数据线连接相同，片选信号不同（由高位地址线经过译码得到，使得同一时刻只选中一个芯片）。字位扩展：先进行位扩展，再把位扩展后得到的芯片组进行字扩展CPU与存储器的连接二、存储器的地址选择（字扩展时高位地址线的连接）CPU与存储器连接时，将CPU的低位地址线连到存储器所有芯片的地址线上，实现片内寻址；将高位地址线经过译码输出给存储器芯片的片选引脚，实现片间寻址。存储器的地址译码方式有线性选择、全译码、部分译码对于组合得到的存储器系统，必须给每个芯片分配地址，也就是要保证存储器芯片在整个内存中占据的地址范围能够满足用户的要求。这就需要掌握存储器地址译码的方法（字扩展）二、存储器的地址选择1.线性地址译码方式如果在一个微机系统中，所要求的存储器容量较小，而且以后也不会扩充系统的存储容量，可直接将芯片使用的地址线以外的一位或两位高位地址线作为片选信号，这种方法称为线性地址译码方式。例：用两片SRAMIntel6264（8K8位）存储器芯片组成一个16K8位的存储系统。可以用A13与芯片的片选信号连接。线性选择方式的缺点1、出现地址重叠。例子中假设CPU地址线为16根，则每个芯片有4组地址。如为20根地址线，则重叠更多2、地址不连续。如果用A14或A15连接芯片的片选则两个芯片的地址空间不连续3、不方便扩充。想要增加系统容量时必须重新连接地址线。CPU与存储器的连接2.全地址译码方式所谓全地址译码，就是构成存储器时要使用全部地址总线信号，即CPU的低位地址信号接存储芯片的地址输入线，余下的所有高位地址信号用来作为译码器的输入，从而使得存储器芯片上的每一个单元在整个内存空间中具有唯一的一个地址。例：一个微机系统20根地址线，RAM容量为32K字节，采用8K8位的RAM芯片，安排在内存空间的最低位置，则A12~A0作为片内寻址，A19~A13译码后作为芯片寻址二、存储器的地址选择A12A0A12A0A12A0A12A0A0A12CSCSCSCSWEWEWEWED7D0D7D0D7D0D7D0D7D0CPUA19A13M/IOWRDBAB2.全地址译码方式OEOEOEOERD00000H~01FFFH02000H~03FFFH04000H~05FFFH06000H~07FFFH译码器0⋮1234127思考：全译码方式有地址重叠、地址不连续的情况吗？1、地址是唯一的，没有重叠2、地址是连续的，便于扩充。全译码的缺点：译码电路复杂，特别是高位地址线较多的时候。CPU与存储器的连接3.部分地址译码方式存储器系统容量的需求并不总是达到最大容量，为了减少译码电路的复杂性并留有一定的可扩展空间，常采用将芯片使用以外的部分高地址进行译码，产生片选信号的方法。三、存储器的地址选择这种方法通常使用74LS138三八译码器芯片。该芯片管脚图、输出真值表见下页图。G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7VccGND74LS138三八译码器芯片Y0=0其余为1Y1=0其余为1......000001010011100101110111100输出CBAG1G2AG2B74LS138用74LS138进行部分译码举例例：用2K*8的RAM芯片设计一个8K*8的存储器系统，用74LS138进行地址译码。G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A12A11A13A14M/IOA151#芯片片选2#芯片片选3#芯片片选4#芯片片选结论：74LS138输入确定后，每个输出引脚所连接芯片的地址空间也就确定了，比如：74LS138G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000~07FFH0800~0FFFH1000~17FFH1800~1FFFH2000~27FFH2800~0FFFH3000~37FFH3800~3FFFHA12A11A13A14M/IOA15在存储器扩展时，74LS138的连接输出：138的输出接到芯片的片选上输入：1）ABC的连接：依次把高位地址线的最低三位地址连接到ABC上。比如，芯片地址线用了Ａ12~A0，则A-A13，B-A14，C-A152）三个控制端的连接：把M/IO和剩下的地址线进行逻辑门电路运算后分别送给三个控制端。部分译码方式的优缺点部分译码方式的译码简单，但地址扩展能力有限，并且可能出现地址重叠（如果有一些地址线没有用到）。使用不同信号连接片选信号时，芯片的地址空间也不同。这种方式常常用在较小的微型计算机系统中。三种地址译码方式的总结1.CPU与存储器芯片连接时，低位地址线连到所有芯片的地址线上，实现片内寻址；高位地址线经过线选法或译码器译码输出到芯片的片选，实现片间寻址。2.连接时注意地址是否重叠、地址是否连续3.要学会按照要求设置芯片的地址空间。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。