计算机组成原理实验报告

存储容量扩展的设计

实验目的

用基本门电路的连接实现，达到存储容量扩展的目的。
1.实现存储容量扩展的字扩展
2.实现存储容量扩展的位扩展
3.实现存储容量扩展的字位扩展

实验内容

完成 Logisim-win-2.7.1 实验环境搭建，理解存储器扩展原理，分别设计逻辑电路图实现
存储容量的字扩展、位扩展以及字位同时扩展，并且电路分析无误。

实验仪器设备

电脑笔记本、Logisim-win-2.7.1

实验步骤

1.实验原理

存储信息一般是存储在存储器（ROM、RAM）上的。在实际应用中，经常出现一片ROM或RAM芯片不能满足对存储器容量需求的情况，这就需要用若干片ROM或RAM组合起来形成一个存储容量更大的存储器。而组合方式有字扩展和位扩展两种。

用多片位宽相同的存储器（ROM或RAM）芯片扩展包含更多存储器的过程。一般是在每个字的位数够而字的数目不够时使用。

存储器的寻址

线选法

简单微机系统存储容量不大，存储器芯片数也不多，可用单根地址线作为片选信号，每个存储芯片或每个I/O端口只用一根地址线选通。

全译码片选法

将低位地址总线直接连至各芯片的地址线，余下高位地址总线全部参加译码，译码输出作为各芯片片选信号。

局部译码片选法

只对部分高位地址总线译码产生片选信号，剩余高位线或空或直接用做其他芯片片选信号。是介于全译码片选法和线选法间的寻址方法。

字扩展

数据位宽不变，通过增加存储单元个数来增加存储容量

位扩展

存储单元个数不变，通过扩展存储单元芯片的位数来增加存储容量

字位扩展

既增加存储单元的个数，又同时增加数据位宽，通过同时改变存储芯片的个数和位数来增加存储容量

2 实验过程记录

1.字扩展

1.1分别选择输入引脚和分离器的设置，位宽设置注意兼容性，通过解码器，分别连接四个芯片的片选端。
分离器设置如下图：选择两位输出端为片选信号，其余5位构成32位的片内地址信号

2.分别使解码器的输出端连接四个RAM的片选端，使能端(ld)同时连接一个引脚，仿真时置为1；复位端（clr）连接一个引脚，仿真时置为0。

2.位扩展

2.1位扩展设计，我们需要对存储器单元的位数进行扩展，因此选要芯片输入端直接连接，只需要在输出端分别连接即可。

引脚分别并联后接至地址译码器的输出，而地址译码器的输入则由系统地址总线的高位来承担。当存储器工作时，系统根据高位地址的译码同时选中两个芯片，而地址码的低位也同时到达每一个芯片，从而选中它们的同一个单元。在读/写信号的作用下，两个芯片的数据同时读出，送上系统数据总线，产生一个字节的输出，或者同时将来自数据总线上的字节数据写入存储器。
设置每个芯片的位数为：

输入引脚设置为：

3 实验结果

3.1字扩展
分别把芯片的第一个片内地址置为01 02 03 04，使能端置为1，输入为0000001查看输出端结果为00000010即为第二个芯片的02片内地址

3.2位扩展
分别将第二个RAM和第四个RAM的第一位置为01，调整输入端为00001，输出结果为1010

3.3字位扩展
左边两个芯片在输出端提供高4位，右边两芯片在输出端提供第四位
当输入端选择信号位为0时，选择下面两个芯片，为1时则选择上面两个芯片。

4实验过程中存在的问题及解决方案

4.1使用解码器进行片选信号和分离器对输入引脚进行设计时出现不兼容位宽问题

解决方案：确保接入的逻辑元件的输入和输入引脚的数据位宽一致

4.2位宽问题解决，输出端接如引脚输出，数据位宽设置为8，同时，使得四个芯片分别设置为01 02 03 04 ；但是，不显示输出结果。

解决方案：查阅资料得到，片选信号的使能置为1，输出有效，仿真成功，子扩展实现

4.3位扩展中不能仿真输入输出

解决方案：经过复查，发现使能端（ld）和片选端（sel）未置为1.

5 实验总结

通过复习并熟练的仿真实验中用到的存储器扩展的知识，使用的存储器芯片的逻辑连接关系和用于完成存储器容量扩展的几个存储器芯片的布线安排，在计算机Logisim仿真中设计、实现并调试出存储器容量扩展的实验内容，使得我们更加深刻的理解了存储器的字扩展、位扩展以及字位扩展的基本原理，是我们在原理上对存储器容量的扩展有了新的认识，深入理解计算机内存储器的功能、组成知识，以及静态存储器芯片的读写功原理和用他们组成计算机存储器系统的方法（即字、位扩展技术），控制其运行的方式。同时，在实验过程中的错误和不断地尝试调试中，也逐步熟练了Logisim仿真软件的应用。

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