计算机组成原理7-主存储器—存储器与CPU的连接
目录
一、存储器容量的扩展
1、位扩展——增加存储字长
2、字扩展——增加存储字的数量
3、字、位扩展
二、存储器与 CPU 的连接
三、例题练习
1、写出对应的二进制地址码
2、确定芯片的数量及类型
3、分配地址线
4、确定片选信号
一般而言，要构成一个存储器，一般需要多个存储芯片一起来构成。那么多个存储芯片是如何构成一个大的存储器来进行工作的呢？
一、存储器容量的扩展
1、位扩展——增加存储字长
位扩展的目的是为了增加存储字的字长。
假设现在有1K(1024个)*4位的存储芯片(容量为4096bit)若干，要想构成一个1K*8位的存储器，我们可以使用两片1K*4位的存储芯片来构成，如下图
我们通过片选信号CS同时选中两片存储芯片，同时进行8位数据的读出和写入，例如，每片芯片有10跟地址线，4跟数据线，它们的连接方式如下
对于如上例子，位扩展的关键就是将两个存储芯片当成一个存储芯片来用，让两个存储芯片同时工作，同时被选中，同时做读操作，同时做写操作，要想保证同时，就是把两个芯片的片选CS，用相同的信号进行连接。
2、字扩展——增加存储字的数量
假设现在有1K*8位的存储芯片若干，要想构成一个2K*8位的存储器，我们可以使用两片1K*8位的存储芯片来构成，如下图
每一个存储芯片的容量是1K*8位，我们要构成一个2K(11位2进制位)*8的存储器，而存储芯片的每一片的容量是1K(10位二进制位)，因此我们需要使用两片1K*8位的存储芯片来构成，如图
总共有11条地址线，对于A10，我们将它当成片选信号线，当A10=0时，片选选中左边的存储芯片工作，右边不工作，当A10=1时，通过一个取反，片选选择右边的芯片工作，这从外部看来就是从 0 0000000000 ~ 1 1111111111 刚好是从0~2047共2K个存储单元，每一个存储单元存放8位的二进制代码。
3、字、位扩展
假设现在有1K*4位的存储芯片若干，要组成4K*8位的存储器，我们可以使用8片1K*4位的存储芯片来构成。首先拿两片，来构成1K*8位这样一组芯片，接着，我们需要4组来构成4K*8位的存储器。
那么如何进行连接呢？
其实就是将上述两种方法进行综合，4K*8的存储器，4K(12位二进制位，即12根地址线)，8bit，就是8根数据线，1K*4bit的芯片有需要10根地址线，也就是说系统给出的从A0-A11 12根地址线，其中的10根A0-A9是直接送到芯片当中构成1K*8的一个小的存储器，剩余的2根地址线（4个地址）A11-A10，我们用来做片选信号，如下图
4K的空间我们分配到了4个存储器当中，每个存储器包含了两片1K*4bit的存储芯片，
- 第一个存储器的范围为 00 0...0(10个0)~00 1...1(10个1)
- 第二个存储器的范围为 01 0...0(10个0)~01 1...1(10个1)
- 第三个存储器的范围为 10 0...0(10个0)~10 1...1(10个1)
- 第四个存储器的范围为 11 0...0(10个0)~11 1...1(10个1)
由A11和A10来判断要访问的地址在哪一个存储器当中，我们采用译码器进行译码，当
- A11 =0 A10=0 选择第一个存储器
- A11 =0 A10=1 选择第二个存储器
- A11 =1 A10=0 选择第三个存储器
- A11 =1 A10=1 选择第四个存储器
二、存储器与 CPU 的连接
- 地址线的连接：由于CPU地址线一般多于存储芯片地址线，因此一般CPU低位地址线与存储芯片相连，高位地址线用作控制信号。
- 数据线的连接
- 读/写命令线的连接：CPU读/写命令线一般可直接与存储芯片的读/写控制端相连，通常高电平为读，低电平为写。
- 片选线的连接：由于存储器是由许多存储芯片组成的，存储芯片的片选控制线和CPU的高位地址有关，CPU的高位地址线经过译码器译码，和访存控制信号共同作用，产生存储芯片的片选信号。访存控制信号，例如，低电平有效时，访问存储器；高电平有效时，访问I/O。
- 合理选择存储芯片：系统程序区应该选择ROM ，用户程序区选择RAM。
- 其他，比如时序、负载等
三、例题练习
解题步骤：
1、写出对应的二进制地址码
CPU有16根地址线，说明芯片的寻址范围是16 x 16 = 64 K；MREO作为访存控制信号，低电平时访问存储器（顶方的横线表示），高电平时访问I/O；
系统缓存区：6000H~67FFH换算成地址范围 ——> 67FFH - 6000H= (67FFH+1-6000H) = 800H = 8 x 16 x 16 = 2 x 2^10 = 2K；
用户缓存区：6800H~6BFFH换算成地址范围 ——> 6BFFH - 6800H= (6BFFH+1-6800H) = 400H = 4 x 16 x 16 = 1 x 2^10 = 1K；
以上为10进制的换算，我们换成对应的二进制表示为：
2、确定芯片的数量及类型
根据地址范围的容量以及该范围在计算机中的作用，选择存储芯片。
根据6000H~67FFH为系统程序区的范围，应选择1片2K x 8 位的ROM，若选择其他的ROM，都超出了2K x 8 位的系统程序区范围。
根据6800H~6BFFH为用户程序区的范围，选2片 1K x 4位的RAM芯片正好满足1K x 8位的用户程序区要求
3、分配地址线
将CPU的低11位地址A10~A0与2K x 8 位的ROM地址线相连；将CPU的低10位地址A9~A0与2片 1K x 4位的RAM地址线相连。剩下的高位地址与访存控制信号MREQ共同产生存储芯片的片选信号。
4、确定片选信号
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