第5章 存储器系统-2
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§3 存储器扩展设计
一、存储芯片与CPU连接
地址 译码 器
An+1~Am
CE
A0~An
D0~D7
RD WR
A0~An
D0~D7
RD WR
CPU
SRAM
二、存储器扩展方法
位扩展: 增加存储器字长 字扩展: 增加存储器字的数量
字和位扩展:位扩展和字扩展的组合
一、存储器芯片的扩展
1.字长的扩展：
3/8译码器
A15 -- A12中任3条
4/16译码器
A15 -- A12
例1：为某8位微机（地址总线为16位）设计一个12KB容量的存 储器，要求EPROM区为8KB，从0000H开始，采用2716(2K*8) 芯片；RAM区为4KB，从2000H开始，采用2114(1k*4)芯片。 解：
地址分配表如下：
全0-全1 1000-17FF 全0-全1 1800-1FFF
全0--全1 2000-27FF
P140
0
0
1
0
1
全0--全1 2800-2FFF
RAM
例2：设某微机系统CPU地址线为16条，数据线为8条， 采用Intel 6116（2K*8）扩展4KB数据存储器，画出 硬件连接图，并确定存储芯片的地址范围。
取A11，A12，A13 2KB （8） 进行译码 地址分配如下： CS 片1：0000H-07FFH
… …
A11 ～ 3/8 Y0 A15 译 Y1 … 选 码 … 三 器 Y7 条
片2：0800H-0FFFH
片3：1000H-17FFH … … 片8：3800H-3FFFH
•全译码法 将余下的高位地址总线全部译码，译码输出作为各芯 片的片选信号。 A0—A11 地址分配如下： 4KB （1） CS 4/16 A12 译 ～ 码 A15 器 Y0 Y1 … … Y15 4KB （2） CS 4KB 片1：0000H-0FFFH （16） 片2：1000H-1FFFH CS 片3：2000H-2FFFH … … 片16：F000H-FFFFH
片内地址
A0
A19…A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 . . . . . .
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
00000H 007FFH 00800H 00FFFH 01000H 01FFFH 02000H 02FFFH 03000H 03FFFH 04000H 04FFFH
片选
~ ~
方法2 138
A11 A12 A13 A14 A15
A B C
E1 E2 E3
Y0 Y1
‘1’
A10~A0
Y7
A10~~A0 CE
A10~~A0 CE
6116
D7~D0 WR RD
6116
D0~D7 WE OE D0~D7 WE OE
例3：设某微机系统地址线为20条，数据线为8条，采用 6116 设计4KB RAM，起始地址为00000H；采用 2732 设计16KB ROM，起始地址为01000H，列出存储器地址分配表，画出硬件连 接图。 00000H 2K 存储器地址分配表 6116RAM区 00800H 2K 容量 芯片 地址范围 01000H 2KB 6116 00000~007FFH 4K 2KB 6116 00800~00FFFH 02000H 4KB 2732 01000~01FFFH 4K 2732ROM区 4KB 2732 02000~02FFFH 03000H 4KB 2732 03000~03FFFH 4K 4KB 2732 04000~04FFFH 04000H 4K
74LS139地址译码器为两个2-4线译码器
引脚信号如下：
Y0 Y1 Y2 Y3 Y0 Y1 Y2 Y3
E A B E A B
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
译码输出 Y0 Y1 Y2 Y3
2716（2K*8),2732（4K*8),2764（8K*8) ---- EPROM 2114（1K*4），6116（2K*8），6264 （8K*8）--SRAM 2116（16K*1），2164A（64K*1）----DRAM
线选法除将低位地址线直接接片内地址外，将余下的高位地址 线，分别作为各个存储器芯片的片选控制信号。
例如： A0—A10
地址分配如下：
片1： F000H-F7FFH
2KB （1） CS
A11 A12 A13 A14 A15
2KB （2） CS
2KB （3） CS
2KB （4） CS
2KB 片2： （5） E800H-EFFFH CS 片3：
0 0 1 0
0 0 0 1 0 1 0 0
0
0 1
0 全0-全1
1 全0-全1 0 全0-全1
0 0 1 0
1
1 全0-全1
0000--07FF
A15 A14 A13 A12 & 74LS139 E E & 0800--0FFF 1000--17FF 1800--1FFF
Aຫໍສະໝຸດ Baidu
B
2000--23FF
常用的地址译码器： 74LS138地址译码器为3-8线译码器
A B C E1 E2 E3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
输入端 控制端
引脚信号
C 0 0 0 0 1 1 0 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
A 0 1 0 1 0 1 1 1
译码输出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
04FFFH
地址分配图
采用部分译码，地址位图为：
悬空 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
译码输入
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
… …
3.存储器地址分配与设置
设置存储器地址时，通常可按下列步骤进行： (1)根据系统实际装机存储容量，确定存储器在整个存储空间的 位置。 (2)选择合适的存储芯片，画出地址分配图或列出地址分配表。 (3)根据地址分配图或表及选用的译码器件，画出相应的地址位 图，以此确定“片选”和片内单元选择的地址线，进而画出片选译 码电路。 (4)画出存储器与地址总线的接口连线图
2C00H-2FFFH
方案一：ROM、RAM分别译码方式 则ROM的地址位图如下： A15 A14 A13 A12 A11 A10--A0 RAM的地址位图如下： A15 --A12 A11 A10 A9--A0
0
0 0 0
0
0 0 0
0
0 0 0
0
0 1 1
0 全0-全1
1 全0-全1 0 全0-全1 1 全0-全1
8位—16位—32位…. ◇扩展方法： 地址线全部连在一起，片选及控制信号全部连在一起，片0对
应数据线D0—D7，片1对应D8—D15，以此类推即可。
返回
2.容量的扩展： ◇例如用2片6116（2K*8）扩展为4K*8的存储器 ◇片选信号的产生方法
线选法、局部译码法 和全译码法三种。
• 线选法:用于扩展量不大
2400--27FF 2800--2BFF 2C00--2FFF
A
MREQ A11 A10 B
方案二：二次译码方式 则地址位图如下： A15 A14 A13 A12 A11 A10--A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 全0-全1 全0-全1 0000-07FF 0800-0FFF ROM
容量分配 芯片型号 2KB 2KB 2KB 2KB 2716 2716 2716 2716 地址范围 0000H-07FFH 0800H-0FFFH 1000H-17FFH 1800H-1FFFH 容量分配 芯片型号 地址范围 1KB 1KB 1KB 1KB 2114 2114 2114 2114 2000H-23FFH 2400H-27FFH 2800H-2BFFH
画出存储器连接图
系统引脚
A12 A13 A14 A15 A19 +5V A11 A10~0 A10~0
≥1
74LS138
A B C E1 E2 E3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
D7~D0 MEMW MEMR
…
≥1
CE 6116 （1）
WE OE
A10~0 CE 6116 （2）
D800H-DFFFH 片4： C800H-CFFFH 片5：
注意：寻址时高位地址应只有一位有效
7800H-7FFFH
•局部译码法 局部译码法是对高位地址总线中的一部分(而不是全部)进行译码， 以产生各存储器芯片的片选控制信号。
A0—A10
2KB （1） CS 2KB （2） CS
设A15A14=00
方法1
A15~A12 A11
A10~A0
CPU
D7~D0 WR RD
A10~~A0 CE A10~~A0 6116 6116 CE D0~D7 WE OE D0~D7 WE OE
地址范围:
片内地址
A15 A11 A10 A0
1片： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0000H 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 07FFH 2片： 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0800H 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 0FFFH
WE OE
A11~0 CE 2732 （1） OE D7~0
A11~0 CE 2732 （2） OE D7~0
A11~0 CE 2732 （3） OE D7~0
A11~0 CE 2732 （4） OE D7~0
D7~0
D7~0
作 业
P154: 2 5 7 8 9 10
、 、 、 、 、
A10 -- A0
2K
(1) CE
A11 A12 A13 A14 A15
2K
(2) CE
2K
(3) CE
2K
(4) CE
2K
(5) CE
A11--A0
A11--A0
4K (1) CE 4K (2) CE 4K 4K (1) CE 4K (2) ...... CE 4K (16) CE
......
(8) CE
一、存储芯片与CPU连接
地址 译码 器
An+1~Am
CE
A0~An
D0~D7
RD WR
A0~An
D0~D7
RD WR
CPU
SRAM
二、存储器扩展方法
位扩展: 增加存储器字长 字扩展: 增加存储器字的数量
字和位扩展:位扩展和字扩展的组合
一、存储器芯片的扩展
1.字长的扩展：
3/8译码器
A15 -- A12中任3条
4/16译码器
A15 -- A12
例1：为某8位微机（地址总线为16位）设计一个12KB容量的存 储器，要求EPROM区为8KB，从0000H开始，采用2716(2K*8) 芯片；RAM区为4KB，从2000H开始，采用2114(1k*4)芯片。 解：
地址分配表如下：
全0-全1 1000-17FF 全0-全1 1800-1FFF
全0--全1 2000-27FF
P140
0
0
1
0
1
全0--全1 2800-2FFF
RAM
例2：设某微机系统CPU地址线为16条，数据线为8条， 采用Intel 6116（2K*8）扩展4KB数据存储器，画出 硬件连接图，并确定存储芯片的地址范围。
取A11，A12，A13 2KB （8） 进行译码 地址分配如下： CS 片1：0000H-07FFH
… …
A11 ～ 3/8 Y0 A15 译 Y1 … 选 码 … 三 器 Y7 条
片2：0800H-0FFFH
片3：1000H-17FFH … … 片8：3800H-3FFFH
•全译码法 将余下的高位地址总线全部译码，译码输出作为各芯 片的片选信号。 A0—A11 地址分配如下： 4KB （1） CS 4/16 A12 译 ～ 码 A15 器 Y0 Y1 … … Y15 4KB （2） CS 4KB 片1：0000H-0FFFH （16） 片2：1000H-1FFFH CS 片3：2000H-2FFFH … … 片16：F000H-FFFFH
片内地址
A0
A19…A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 . . . . . .
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
00000H 007FFH 00800H 00FFFH 01000H 01FFFH 02000H 02FFFH 03000H 03FFFH 04000H 04FFFH
片选
~ ~
方法2 138
A11 A12 A13 A14 A15
A B C
E1 E2 E3
Y0 Y1
‘1’
A10~A0
Y7
A10~~A0 CE
A10~~A0 CE
6116
D7~D0 WR RD
6116
D0~D7 WE OE D0~D7 WE OE
例3：设某微机系统地址线为20条，数据线为8条，采用 6116 设计4KB RAM，起始地址为00000H；采用 2732 设计16KB ROM，起始地址为01000H，列出存储器地址分配表，画出硬件连 接图。 00000H 2K 存储器地址分配表 6116RAM区 00800H 2K 容量 芯片 地址范围 01000H 2KB 6116 00000~007FFH 4K 2KB 6116 00800~00FFFH 02000H 4KB 2732 01000~01FFFH 4K 2732ROM区 4KB 2732 02000~02FFFH 03000H 4KB 2732 03000~03FFFH 4K 4KB 2732 04000~04FFFH 04000H 4K
74LS139地址译码器为两个2-4线译码器
引脚信号如下：
Y0 Y1 Y2 Y3 Y0 Y1 Y2 Y3
E A B E A B
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
译码输出 Y0 Y1 Y2 Y3
2716（2K*8),2732（4K*8),2764（8K*8) ---- EPROM 2114（1K*4），6116（2K*8），6264 （8K*8）--SRAM 2116（16K*1），2164A（64K*1）----DRAM
线选法除将低位地址线直接接片内地址外，将余下的高位地址 线，分别作为各个存储器芯片的片选控制信号。
例如： A0—A10
地址分配如下：
片1： F000H-F7FFH
2KB （1） CS
A11 A12 A13 A14 A15
2KB （2） CS
2KB （3） CS
2KB （4） CS
2KB 片2： （5） E800H-EFFFH CS 片3：
0 0 1 0
0 0 0 1 0 1 0 0
0
0 1
0 全0-全1
1 全0-全1 0 全0-全1
0 0 1 0
1
1 全0-全1
0000--07FF
A15 A14 A13 A12 & 74LS139 E E & 0800--0FFF 1000--17FF 1800--1FFF
Aຫໍສະໝຸດ Baidu
B
2000--23FF
常用的地址译码器： 74LS138地址译码器为3-8线译码器
A B C E1 E2 E3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
输入端 控制端
引脚信号
C 0 0 0 0 1 1 0 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
A 0 1 0 1 0 1 1 1
译码输出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
04FFFH
地址分配图
采用部分译码，地址位图为：
悬空 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
译码输入
0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
… …
3.存储器地址分配与设置
设置存储器地址时，通常可按下列步骤进行： (1)根据系统实际装机存储容量，确定存储器在整个存储空间的 位置。 (2)选择合适的存储芯片，画出地址分配图或列出地址分配表。 (3)根据地址分配图或表及选用的译码器件，画出相应的地址位 图，以此确定“片选”和片内单元选择的地址线，进而画出片选译 码电路。 (4)画出存储器与地址总线的接口连线图
2C00H-2FFFH
方案一：ROM、RAM分别译码方式 则ROM的地址位图如下： A15 A14 A13 A12 A11 A10--A0 RAM的地址位图如下： A15 --A12 A11 A10 A9--A0
0
0 0 0
0
0 0 0
0
0 0 0
0
0 1 1
0 全0-全1
1 全0-全1 0 全0-全1 1 全0-全1
8位—16位—32位…. ◇扩展方法： 地址线全部连在一起，片选及控制信号全部连在一起，片0对
应数据线D0—D7，片1对应D8—D15，以此类推即可。
返回
2.容量的扩展： ◇例如用2片6116（2K*8）扩展为4K*8的存储器 ◇片选信号的产生方法
线选法、局部译码法 和全译码法三种。
• 线选法:用于扩展量不大
2400--27FF 2800--2BFF 2C00--2FFF
A
MREQ A11 A10 B
方案二：二次译码方式 则地址位图如下： A15 A14 A13 A12 A11 A10--A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 全0-全1 全0-全1 0000-07FF 0800-0FFF ROM
容量分配 芯片型号 2KB 2KB 2KB 2KB 2716 2716 2716 2716 地址范围 0000H-07FFH 0800H-0FFFH 1000H-17FFH 1800H-1FFFH 容量分配 芯片型号 地址范围 1KB 1KB 1KB 1KB 2114 2114 2114 2114 2000H-23FFH 2400H-27FFH 2800H-2BFFH
画出存储器连接图
系统引脚
A12 A13 A14 A15 A19 +5V A11 A10~0 A10~0
≥1
74LS138
A B C E1 E2 E3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
D7~D0 MEMW MEMR
…
≥1
CE 6116 （1）
WE OE
A10~0 CE 6116 （2）
D800H-DFFFH 片4： C800H-CFFFH 片5：
注意：寻址时高位地址应只有一位有效
7800H-7FFFH
•局部译码法 局部译码法是对高位地址总线中的一部分(而不是全部)进行译码， 以产生各存储器芯片的片选控制信号。
A0—A10
2KB （1） CS 2KB （2） CS
设A15A14=00
方法1
A15~A12 A11
A10~A0
CPU
D7~D0 WR RD
A10~~A0 CE A10~~A0 6116 6116 CE D0~D7 WE OE D0~D7 WE OE
地址范围:
片内地址
A15 A11 A10 A0
1片： 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0000H 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 07FFH 2片： 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0800H 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 0FFFH
WE OE
A11~0 CE 2732 （1） OE D7~0
A11~0 CE 2732 （2） OE D7~0
A11~0 CE 2732 （3） OE D7~0
A11~0 CE 2732 （4） OE D7~0
D7~0
D7~0
作 业
P154: 2 5 7 8 9 10
、 、 、 、 、
A10 -- A0
2K
(1) CE
A11 A12 A13 A14 A15
2K
(2) CE
2K
(3) CE
2K
(4) CE
2K
(5) CE
A11--A0
A11--A0
4K (1) CE 4K (2) CE 4K 4K (1) CE 4K (2) ...... CE 4K (16) CE
......
(8) CE