第六章存储器与处理器的连接案例

CPU与存储器的连接
存储器系统容量的需求并不总是达到最大容量， 为了减少译码电路的复杂性并留有一定的可扩展空间， 常采用将芯片使用以外的部分高地址进行译码，产生 片选信号的方法。
这种方法通常使用74LS138 三八译码器芯片。 该芯片管脚图、输出真值表见下页图。
74LS138 三八译码器芯片
G1 G2A G2B
2.
3.
连接时注意地址是否重叠、地址是否连续
要学会按照要求设置芯片的地址空间。
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部分译码方式的优缺点
部分译码方式的译码简单，但地址扩展 能力有限，并且可能出现地址重叠（如 果有一些地址线没有用到）。使用不同 信号连接片选信号时，芯片的地址空间 也不同。 这种方式常常用在较小的微型计算机系统 中。
三种地址译码方式的总结
1.
CPU与存储器芯片连接时，低位地址线连 到所有芯片的地址线上，实现片内寻址； 高位地址线经过线选法或译码器译码输出 到芯片的片选，实现片间寻址。
在存储器扩展时，74LS138 的连接
输出：138的输出接到芯片的片选上
输入： 1）ABC的连接：依次把高位地址线的最低三 位地址连接到ABC上。比如，芯片地址线用 了Ａ12~A0，则A-A13，B-A14，C-A15
2）三个控制端的连接：把M/IO和剩下的地址 线进行逻辑门电路运算后分别送给三个控 制端。
2. 全地址译码方式
127 译 码 器 ⋮ 4 3 2 1 0
A19 A13 M/ IO A0 A12
CPU
00000H~01FFFH 02000H~03FFFH 04000H~05FFFH 06000H~07FFFH
AB A12 A0 CS
OE
A12 A0 CS
A12 A0 CS
A12 A0 CS
CPU与存储器的连接
所谓全地址译码，就是构成存储器时要使用全部 地址总线信号，即 CPU 的低位地址信号接存储芯片的 地址输入线，余下的 所有高位地址信号 用来作为译码 器的输入，从而使得存储器芯片上的每一个单元在整 个内存空间中具有唯一的一个地址。
例：一个微机系统 20 根地址线， RAM 容量为 32K 字节， 采用8K8位的RAM芯片，安排在内存空间的最低位置， 则A12~A0作为片内寻址，A19~A13译码后作为芯片寻址
但是一个存储器系统往往需要由多个芯片组合 得到系统所需的存储空间。这就需要用到下面的方 法：位扩展法、字扩展法、组合扩展法。
存储系统设计的 步骤
1、确定芯片个数=目的系统容量/提供芯片规格
2、确定扩展方法（字、位、字位）
3、芯片地址线、数据线、读写控制线的连接
4、芯片片选的连接
一、存储器芯片的扩展
WE D7D0
OE
WE D7D0
OE
WE D7D0
OE
WE D7D0
D7 D0
WR
RD
DB
思考：
全译码方式有地址重叠、地址不连续的情况吗？
1、地址是唯一的，没有重叠 2、地址是连续的，便于扩充。 全译码的缺点：译码电路复杂，特别是高位地址线较多 的时候。
三、存储器的地址选择
3. 部分地址译码方式
练习：用 16K4 位的存储器芯片组成一个 64K8位的 存储系统。
字和位同时扩展
D7～D4
D3～D0
16K×4bit
16K×4bit
A15
Y3
译 码 器
CS3 CS 2
16K×4bit
16K×4bit
Y2 Y1
CS1
CS 0
16K×4bit
16K×4bit
A14
Y0
16K×4bit
16K×4bit
D7~D0
A12 ~A0 OE WE 6264 CS1 8k 8 CS2 I/O0 ~I/O7 D7~D0
一、存储器芯片的扩展
2. 字扩展法
CPU与存储器的连接
练习： 用16K×8的SRAM扩展成64K×8的存储器系统
字扩展
WE
二、存储器芯片的扩展
3. 组合扩展法
CPU与存储器的连接
当存储器芯片的数据位数和存储单元数量都不 能满足存储系统需要时，可先进行字扩展，再进行 位扩展，也可把顺序反过来。这种扩展方法称为组 合扩展法。
CPU与存储器的连接
二、存储器的地址选择
1. 线性地址译码方式 如果在一个微机系统中，所要求的存储器容量较 小，而且以后也不会扩充系统的存储容量，可直接将 芯片使用的地址线以外的一位或两位高位地址线作为 片选信号，这种方法称为线性地址译码方式 。 例： 用两片 SRAM Intel6264（8K8 位）存储器芯片 组成一个16K8 位的存储系统。可以用A13与芯片的 片选信号连接。
例：用两片 SRAM Intel6264（8K8 位）存储器芯片 组成一个16K8 位的存储系统。
二、存储器芯片的扩展 例： 高 地址
位 地 址 RD WR A12~A0 译码器
2. 字扩展法
CPU与存储器的连接
A12 ~A0 OE WE 6264 CS1 8k 8 CS2 I/O0 ~I/O7 D7~D0
74LS138
Y0
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
G1 G2A G2B
1
0
0
C B A
Vcc
GND
C B A 输出 0 0 0 Y0=0其余为1 0 0 1 Y1=0其余为1 0 1 0 . 0 1 1 . 1 0 0 . 1 0 1 . 1 1 0 . 1 1 1 .
用74LS 138进行部分译码举例
CPU与存储器的连接

这是本章的重点内容 SRAM、EPROM与CPU的连接 译码方法同样适合I/O端口

存储芯片的数据线 存储芯片的地址线 存储芯片的片选端 存储芯片的读写控制线
CPU与存储器的连接要通过三大总线实现。
将一个存储器芯片与 CPU 相接时，除了片选信 号需要高位地址译码之外，其余的如存储器芯片的 数据信号、读写控制信号及地址信号都直接接到系 统总线上。
74LS138 M/ IO A15 A14
G1 G2A G2B
Y0
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
0000~07FFH
0800~0FFFH 1000~17FFH
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1800~1FFFH
2000~27FFH 2800~0FFFH 3000~37FFH 3800~3FFFH
A13 A12 A11
C B A
A13～A0
WE
扩展方法的总结
位扩展：各芯片的地址线、片选信号连接相同，
各芯片的数据线接不同的系统数据线
字扩展：各芯片的地址线、数据线连接相同，片
选信号不同（由高位地址线经过译码得到，使得
同一时刻只选中一个芯片）。
字位扩展：先进行位扩展，再把位扩展后得到的
芯片组进行字扩展
二、存储器的地址选择（字扩展时高位地址线的 连接）
A0 ~ A15 R/W CS D0 …
D
一、存储器芯片的扩展
1. 位扩展法
RD WR
CPU与存储器的连接
例：把两片6264扩展成8K×16的存储器
译码器
A12~A0
A12 ~A0 OE WE 6264 8k 8 CE1 CE2 I/O0 ~I/O7
D15~D0 D15~D8
A12 ~A0 OE WE 6264 8k 8 CE1 CE2 I/O0 ~I/O7
CPU与存储器的连接
1. 位扩展法 当存储器芯片的数据位数不能满足存储系统需要 时，可将多个存储器芯片的地址线并连起来（即接相 同的输入），用它们的数据线扩展各个存储单元的数 据位。这种扩展方法称为位扩展法。 用64K×1bit的芯片扩展实现64K ×8bit存储器
⑦ 64K*1 ⑥ 64K*1 I/O ⑤ 64K*1 I/O ④ 64K*1 I/O ③ 64K*1 I/O ② 64K*1 I/O ① 64K*1 I/O 64K*1 I/O I/O ⑧
对于组合得到的存储器系统，必须给每个芯片分配 地址，也就是要保证存储器芯片在整个内存中占据的 地址范围能够满足用户的要求。 这就需要掌握存储器地址译码的方法（字扩展） CPU与存储器连接时，将CPU的低位地址线连到存储器所 有芯片的地址线上，实现片内寻址；将高位地址线经过 译码输出给存储器芯片的片选引脚，实现片间寻址。 存储器的地址译码方式有线性选择、全译码、部分译码
例： 用2K*8的RAM芯片设计一个 8K*8的存储器系 统，用74LS138进行地址译码。
M/ IO A15 A14 G1 G2A G2B Y0
1# 芯片片选
2# 芯片片选 3# 芯片片选 4# 芯片片选
Y1
Y2 Y3 Y4 Y5
A13 A12 A11
C B A
Y6 Y7
结论：74LS138 输入确定后，每个输出引脚 所连接芯片的地址空间也就确定了，比如：
D7~D0
一、存储器芯片的扩展
2. 字扩展法
CPU与存储器的连接
当存储器芯片的存储单元数量不能满足存 储系统需要时，可将多片存储器芯片的数据线 并连起来，用它们的地址线扩展存储单元的数 量。这种扩展方法称为字扩展法。
字扩展法将低位地址线接到所有芯片，实现片 内寻址；将高位地址线通过译码或变换后 输出给各芯片的片选信号，实现片间寻址
线性选择方式的缺点
1、出现地址重叠。例子中假设CPU地址线为 16根，则每个芯片有4组地址。如为20根地 址线，则重叠更多 2、地址不连续。如果用A14或A15连接芯片 的片选则两个芯片的地址空间不连续 3、不方便扩充。想要增加系统容量时必须重 新连接地址线。
二、存储器的地址选择
2. 全地址译码方式