实验五_存储器设计

计算机组成原理

实验五《存储器设计》

实验报告

姓名：吴速碘黄紫微

学号：******** ********

班级：计算机二班

日期2015、5、25

实验五存储器设计

一、实验目的

1、掌握RAM和ROM的Verilog语言描述方法；

2、学习用宏模块的方法定制RAM和ROM。

二、实验任务

1、设计并实现一个128*16 的单端口的RAM；

2、设计并实现一个128*16的ROM；

3、设计并实现一个双端口的128*16的RAM

4、设计并实现一个16*32的FIFO。

5、设计并实现正弦信号发生器，见“正弦信号发生器实验指南”。

三、实验步骤

1 编写Verilog代码（见附页）

2功能仿真

进行分析与综合，排除语法上的错误

建立波形仿真文件，输入激励

生成功能仿真网表

进行功能仿真，观察输出结果

3选择器件

DE2_70开发板的使用者请选择EP2C70F896C6

4绑定管脚

5 下载验证

DE2_70开发板的下载:使用USB-Blaster进行下载

四、实验内容

五、实验思考题

1、分析存储器采用三态输出的原因是什么？

存储器的输出端是连接在数据总线上的。数据总线相当于一条车流频繁的大马路，必须在绿灯条件下，车辆才能进入这条大马路，否则要撞车发生交通事故。同

理，存储器中的数据是不能随意传送到数据总线上的。例如，若数据总线上的数

据是“1”(高电平5V)，存储器中的数据是“0”(低电平0V)，两种数据若碰到一

起就会发生短路而损坏单片机。因此，存储器输出端口不仅能呈现“l”和“0”两

种状态，还应具有第三种状态“高阻"态。呈“高阻"态时，输出端口相当于断开，对数据总线不起作用，此时数据总线可被其他器件占用。当其他器件呈“高阻”态

时，存储器在片选允许和输出允许的条件下，才能将自己的数据输出到数据总线

上。

2、单端口和双端口的区别是什么？

单端口ram是ram的读写只有一个端口，同时只能读或者只能写。

双端口ram是ram读端口和写端口分开，一个端口能读，另一个端口可以同时写。

3、什么情况下考虑采用双端口存储器？

（1）为了使CPU不致因为等待存储器读写操作的完成而无事可做,可以采取一些加速CPU和存储器之间有效传输的特殊措施:

●采用更高速的主存储器，或加长存储器的字长；

●采用并行操作的双端口存储器；

●在CPU和主存储器之间插入一个高速缓冲存储器（Cache），以缩短读出时间；

●在每个存储器周期中存取几个字．(采用交叉存储器)

（2）双端口存储器是指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路,由于进行

并行的独立操作，是一种高速工作的存储器。

（3）

●当两个端口的地址不相同时，在两个端口上进行读写操作，一定不会发生冲突。当

任一端口被选中驱动时，就可对整个存储器进行存取，每一个端口都有自己的片

选控制和输出驱动控制。

●当两个端口同时存取存储器同一存储单元时，便发生读写冲突。为解决此问题，特

设置了BUSY标志。由片上的判断逻辑决定对哪个端口优先进行读写操作，而暂

时关闭另一个被延迟的端口。

●总之，当两个端口均为开放状态（BUSY为高电平）且存取地址相同时，发生读写

冲突．此时判断逻辑可以使地址匹配或片使能匹配下降至5ns，并决定对哪个端

口进行存取．

4、FIFO的工作特点是什么？为什么常用于实现程序中的子程序调用、递归等？

特点：

FIFO存储器是系统的缓冲环节，如果没有FIFO存储器，整个系统就不可能正常工作，它主要有几方面的功能：

1）对连续的数据流进行缓存，防止在进机和存储操作时丢失数据；

2）数据集中起来进行进机和存储，可避免频繁的总线操作，减轻CPU的负担；

3）允许系统进行DMA操作，提高数据的传输速度。这是至关重要的一点，如果不采用DMA操作，数据传输将达不到传输要求，而且大大增加CPU的负担，无法同时完成数据的存储工作。

因此，选择合适的存储芯片对于提高系统性能很重要，在以往的设计中经常采用的是“乒乓型”存储方式，这种方式就是采用两片存储器，数据首先进入其中一片，当数据满时再让数据进入第二片存储器，同时通过逻辑控制，将第一片存储器中的数据取走，以此类推，两片轮流对数据进行缓存。这种方式有着较明显的缺点，首先是控制复杂，要有专门的逻辑来维护这种轮流机制;其次，数据流的流向要不断变化，限制了数据流的速率，还容易产生干扰。从数据传输上说，缓存芯片容量越大，对后续时序要求就越低，可减少总线操作的频次；但从数据存储上说，就意味着需要开辟更大的内存空间来进行进行缓冲，会增加计算机的内存开销，而且容量越大，成本也越高。因此，在综合考虑系统性能和成本的基础上，选择满足系统需要的芯片即可。

在FIFO存储器而不是地址总线上附加了表示内部缓冲器状态（Buffer Full，缓冲器已满；Buffer Empty，缓冲器为空）的状态引脚，连接于FIFO的双方利用该状态进行操作的控制。另外，还设计了在接通电源及复位（Reset）或由于操作中的某些异常等原因而重新初始化（无数据状态）FIFO的复位引脚，这可以说是FIFO存储器的特点。

Verilog代码

《sinwaveV》

module sinwaveV

#(parameter DATA_WIDTH=8, parameter ADDR_WIDTH=6)

(

input clk,

output reg [(DATA_WIDTH-1):0] q

);

reg [(ADDR_WIDTH-1):0] Q1;

wire newclk;

reg [4:0] clk_cnt;

assign newclk = clk_cnt[4];

always @(posedge CLK)

begin

clk_cnt <= clk_cnt+1;

end

always @(posedge newclk)

begin

Q1<=Q1+1;

end

lpm_rom0 lpm_rom0_inst ( .address ( Q1), .clock ( CLK ), .q ( DOUT ) ); endmodule