《计算机组织与体系结构》实验

《计算机组织与体系结构》课程实验指导书

实验二 存储器部件实验

一.实验目的和要求

1、掌握存储器的组成和工作原理。

2、熟悉存储器芯片的引脚信号、存储单元地址、存储数据的关系；

3、掌握存储器字、位扩展和片选信号产生的方法；

4、掌握存储器读写操作时序以及信号产生电路的设计。

二.实验结果分析

1、分析6116芯片的工作特点。

2、讨论：存储芯片如何扩展、如何和CPU连接、如何实现读写等。

3、写出自己的心得体会。

三. 实验内容和原理知识

1、假设CPU 地址16 位，数据线16 条，使用6116 静态RAM 芯片扩展2K×16位的存储器，要求地址范围为4000H～47FFH。CPU 另有MREQ#、RD#、WR#信号，请设计电路，并手动送出地址、数据、控制信号，检查写操作是否正常。

2、修改上述设计，将一次写操作所需的地址、数据、控制信号设计为按时序自动送出，检查是否达到目的。

3、修改上述设计，使用2732 EPROM 芯片扩展4K×16 位的存储器，要求地址范围为8000H～8FFFH。EPROM 预先存入数据。手动送出地址、数据、控制信号，检查读操作是否正常。

四.实验条件

1、微型计算机；2、Proteus VSM 软件。

五.实验设计与要求

1、首先熟悉存储器读写操作时序和地址、数据、控制总线上信息传送过程；

2、熟悉存储器芯片引脚信号定义；

3、根据容量、位数要求，确定芯片数量；

4、根据地址范围要求，选择合适的译码器芯片；

5、MAR 和MDR 使用74LS373 或374 实现(因其有三态输出功能)，并且分别与地址、数据总线位数相符；

6、时序信号使用D 触发器构成的环形计数器实现；

7、EPROM 内部存储数据由教师提供。

六. 实验过程

1、根据实验预习阶段的实验设计方案，完成第一项要求的电路设计，电路设计如图1。

图1

2、手动输入地址信号，然后使74LS244 的三态门打开，在MAR寄存器CLK引脚再产生一个正脉冲，地址即锁存。

3、手动输入数据信号，然后使74LS244的三态门打开，在MDR寄存器CLK引脚再产生一个正脉冲，数据即锁存。

4、关闭74LS244输出，使MREQ#有效，然后输出地址、数据信号，使WR#有效，数据即存储到RAM 中。

5、暂停仿真，检查RAM相应单元内容是否为欲写入数据。

6、完成第二项要求的电路可如图2设计。

7、使用手工产生时钟，则可以看到4个阶段的具体情况。

图2

8、使用手工产生时钟，则可以看到4 个阶段的具体情况。

9、完成第三项要求的电路可如图3设计。

图3

10、手动输入地址信号，然后使74LS244 的三态门打开，在MAR 寄存器CLK 引脚再产生一个正脉冲，地址即锁存。关闭74LS244 输出，使MREQ#有效，然后输出地址信号，使RD#有效，EPROM 单元数据即存储到MDR 中。检查MDR 内容是否为EPROM 相应单元数据。

七.实验数据和实验结果记录

1、对于第一项要求，记录操作过程以及显示数据。

2、实现将外部数据存入寄存器U1 的步骤如下。

①初始状态：74LS244 的OE#为1，MDR、MAR 的OE#为1、CLK 为0，MREQ#、RD#、WR#为1。

②MAR 存入地址：在74LS244 的数据输入端设置地址值，再使其OE#为0；置MAR的CLK 为1，再恢复为0；74LS244 的OE#为1。

③MDR 存入数据：在74LS244 的数据输入端设置地址值，再使其OE#为0；置MDR的CLK 为1，再恢复为0；74LS244 的OE#为1。

④发出地址和数据信号：置MREQ#为0，MAR 和MDR 的OE#为0。

⑤发出写信号：置WR#为0。

⑥撤销控制信号：置WR#为1。

⑦撤销地址和数据信号：置MREQ#为1，MAR 和MDR 的OE#为1。

⑧暂停仿真，检查RAM 相应单元内容是否为欲写入数据。

3、对于第二项要求，记录操作过程以及显示数据。

①初始状态：WR_MEM 为1，RD 为1，MAR 和MDR 中预存地址和数据信息。

②手动产生时钟序列，当从T1 开始，到T4 结束后，暂停仿真，检查RAM 相应单元内容是否MDR 数据。

4、对于第二项要求，画出时钟自动运行时的信号时序图。可以根据电路自己分析画出，也可观察逻辑分析仪波形，或者观察仿真软件提供的数字信号分析图。

5、对于第三项要求，记录操作过程以及显示数据。

①初始状态：74LS244 的OE#为1，MDR、MAR 的OE#为1，MAR 的CLK 为0，MREQ#、RD#、WR#为1。

②MAR 存入地址：在74LS244 的数据输入端设置地址值，再使其OE#为0；置MAR的CLK 为1，再恢复为0；74LS244 的OE#为