3.2.3 存储器与CPU的连接(重难点 看完就会)
本节内容是存储器中的重点和难点,篇幅较长。并不用担忧,看完这片文章,你会对知识点十分了解,并且会用几道题目来巩固一下内容。
由于CPU所要执行的指令和数据都保存在主存当中,并且执行完成后,需要将执行结果保存回主存。二者之间的联系是非常频繁,所以他们的连接也非常之重要
一个主存需要多个存储芯片共同来组成,这就涉及到我们第一个问题:存储器容量的扩展
目录
- 存储器容量的扩展
- 位扩展
- 字扩展
- 同时扩展
- 存储器与CPU的连接
存储器容量的扩展
存储器容量的扩展大家应该很好理解。日常生活中,若是电脑内存不够,我们也会通过增加或者更换内存条来扩充我们的内存。
其实原理都是差不多的。存储器容量的扩展分为简单三种:位扩展、字扩展和同时扩展。
位扩展
“位”这个字样应该经常可以听说到,比如某某电脑是32位、64位,它的意思是计算机架构中内存地址等的最大宽度是32或64位宽。
在这门课中,提到“位”,你就要想到数据线
位扩展,就是增加存储字长,如上图所示:2片1K × \times × 4位的存储芯片组成1K × \times × 8位的存储器。这里的1K就是 2 10 2^{10} 210,所以地址线是10根;8位字长是有8根数据线。
原图中一个2114存储芯片只接4根地址线,两个就是8根,扩充了数据位。两个芯片的片选线和读写线连接在一起,代表同时选中。
不清楚片选线和读写线的瞅瞅这里
字扩展
位扩展是对数据线连接的操作。那么字扩展我们主要关注地址线
上图所示:2片1K × \times × 8位的存储芯片组成2K × \times × 8位的存储器。2K就是 2 11 2^{11} 211,所以地址线是11根 (这里需要说明,多出来的地址线为片选线留的。实际上各个芯片只连10根地址线);数据线都是8根。
字扩展的片选线连接需要十分注意一下。我们可以看到 A 10 A_{10} A10上有个判断器。若 A 10 = 1 A_{10}=1 A10=1时,选择 C S 0 CS_0 CS0,第一个芯片。通过非门,也就是 A 10 = 0 A_{10}=0 A10=0,则是第二个芯片被选中。
同时扩展
同时扩展就是位扩展和字扩展同时进行。这个好理解。上图先通过位扩展将2片1K × \times × 4位合成1K × \times × 8位的整体。再通过字扩展使用4个整体构造4K × \times × 8位的存储器。
由于地址线多出连两条,作为片选线使用。通过2位二进制数就可以区分四个部分。00、01、10、11代表片选线 C S 0 CS_0 CS0~ C S 3 CS_3 CS3
存储器与CPU的连接
由于主机内部的线路非常复杂。尽管我们只是存储器和CPU的连接,那也是需要将所有线正确连接。这些都是小问题,我们只需按照下列步骤一步一步的去进行就不会出错
- 地址线的连接
- 数据线的连接
- 读/写线的连接
- 片选线的连接(划重点)
- 合理选择存储芯片
- 有关时序、负载之类的其他问题
通过一道题目来熟悉一下流程:
解题思路:(1)要求中可知道系统程序区最小为4K,所以其地址范围0~4K-1;
4096 ~16383为用户程序区,所以其地址范围是4K ~ 16K-1.ROM一般用于系统程序,RAM用于用户程序。
解答: 地址线有16根,说明二进制地址码为16位,地址码如下面所示:
(1)写出对应地址码
(2)选择对应的芯片
上图中已经给出芯片的容量,根据题目给出的芯片进行选择。选择芯片越简结越好。
(3)确定片选信号*
片选信号就是我们上述所说的非门进行0/1或者片选译码控制,这里题目给出了74138译码器来进行片选信号控制。
插入一点知识点:74138译码器上图给出了引脚信息,对每个引脚进行介绍一下。
左下(带ABC那端)是输入端,C接高位,A接低位且CBA输入的结果是可以区分的;
右边( Y 1 Y_1 Y1~ Y 7 Y_7 Y7)是输出端,输出端低电平有效,取值范围000 ~ 111。
举个例子:CBA输入的值为000,那么输出端只有 Y 0 Y_0 Y0是低电平,所以 Y 0 Y_0 Y0就可以输出
控制端就是G那端,必须要保证 G 1 G_1 G1接入高电平, G 2 A G_{2A} G2A和 G 2 B G_{2B} G2B接入低电平。就是100.
了解之后,我们根据上述来分配输入端,如图所示:
(3)画出详细的片选逻辑图
将一下图上一些点:
VCC代表外接电源,因为 G 1 G_1 G1需要接入高电平。
MREQ题目说低电平有效, G 2 A G_{2A} G2A也需要接入低电平。
A 15 A_{15} A15空闲且为0,秉持着不能落下一个接口的原则,刚好连如需要低电平的 G 2 B G_{2B} G2B。
PD/Progr是接地的意思,一般出现在位扩展。
WR 读/写线 一般一根线 题目也说明了。
实在看不懂就点击看原视频吧,我这算是精简详细的总结了:)
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