存储器设计

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课程设计报告

课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：存储器设计

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指导教师：***********

完成日期：***********

目录

第1章总体设计方案 (1)

设计原理 (1)

设计思路 (1)

设计环境 (2)

第2章详细设计方案 (5)

顶层方案图的设计与实现 (5)

创建顶层图形设计文件 (5)

器件的选择与引脚锁定 (5)

编译、综合、适配 (6)

功能模块的设计与实现 (6)

RAM256*1存储器模块的设计与实现 (7)

RAM1K*1存储器模块的设计与实现 (8)

RAM1K*4存储器模块的设计与实现 (10)

RAM4K*4存储器模块的设计与实现 (11)

仿真调试 (13)

第3章编程下载与硬件测试 (15)

编程下载 (15)

硬件测试及结果分析 (15)

参考文献 (18)

附录（电路原理图） (19)

第1章总体设计方案

设计原理

当一片RAM(或ROM)不能满足存储容量位数(或字数)要求时，需要多片存储芯片进行扩展，形成一个容量更大、字数位数更多的存储器。扩展方法根据需要有位扩展、字扩展和字位同时扩展3种。

（1）位扩展

若一个存储器的字数用一片集成芯片已经够用，而位数不够用，则用“位扩展”方式将多片该型号集成芯片连接成满足要求的存储器。扩展的方法是将多片同型号的存储器芯片的地址线、读/写控制线(W

R)和时钟信号相应连在一起，而将其数据线分别引出接到存储器的数据总线上。

（2）字扩展

若每一片存储器的数据位数够而字线数不够时，则需要采用“字线扩展”的方式将多片该种集成芯片连接成满足要求的存储器。扩展的方法是将各个芯片的数据线、地址线和读写(W

R)控制线分别接在一起，用译码器和时钟信号选择集成芯片。

（3）字、位同时扩展

在很多情况下，要组成的存储器比现有的存储芯片的字数、位数都多，需要字位同时进行扩展。扩展时可以先计算出所需芯片的总数及片内地址线、数据线的条数，再用前面介绍的方法进行扩展，先进行位扩展，再进行字扩展。

设计思路

用1K×4位的RAM集成芯片若干片，构成一个8k×8位的RAM

需要RAM的片数=(8k×8位)/(1k×4位)=16(片)

因为1K×4位的RAM容量1024×8位，表明片内字数1024=210，所以地址线

有10条，即(A

0～A

19

)，每字4位，数据线有4条(D

～D

3

)。

而存储容量为8K×8位的RAM，即字数8K=213，所以地址线有13条，即(A

～

A 12)，每字8位，数据线有8条(D

～D

7

)。存储器的底层、顶层的设计都采用原理

图设计输入方式，经编译、调试后形成*.bit文件并下载到XCV200可编程逻辑芯片中，经硬件测试验证设计的正确性。存储器的设计框图如图所示。

图存储器的设计框图

设计环境

（1）硬件环境

•伟福COP2000型计算机组成原理实验仪

COP2000计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器B、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20个按键、字符式LCD、RS232口。

COP2000计算机组成原理实验系统各单元部件都以计算机结构模型布局，清晰明了，系统在实验时即使不借助PC 机，也可实时监控数据流状态及正确与否, 实验系统的软硬件对用户的实验设计具有完全的开放特性，系统提供了微程序控制器和组合逻辑控制器两种控制器方式，系统还支持手动方式、联机方式、模拟方式三种工作方式，系统具备完善的寻址方式、指令系统和强大的模拟调试功能。

（2）EDA环境

•Xilinx foundation 设计软件

Xilinx foundation 是Xilinx公司的可编程期间开发工具，该平台（如图所示）功能强大，主要用于百万逻辑门设计。该系统由设计入口工具、设计实现工具、设计验证工具三大部分组成。

设计入口工具包括原理图编辑器、有限状态机编辑器、硬件描述语言（HDL）编辑器、LogiBLOX模块生成器、Xilinx内核生成器等软件。其功能是：接收各种图形或文字的设计输入，并最终生成网络表文件。设计实现工具包括流程引擎、限制编辑器、基片规划器、FPGA编辑器、FPGA写入器等软件。设计实现工具用于将网络表转化为配置比特流，并下载到器件。设计验证工具包括功能和时序仿真器、静态时序分析器等，可用来对设计中的逻辑关系及输出结果进行检验，并详尽分析各个时序限制的满足情况。

图 Xilinx foundation 设计平台

•COP2000集成调试软件

COP2000 集成开发环境是为COP2000 实验仪与PC 机相连进行高层次实验的配套软件，它通过实验仪的串行接口和PC 机的串行接口相连，提供汇编、反汇编、编辑、修改指令、文件传送、调试FPGA 实验等功能，该软件在Windows 下运行。COP2000 集成开发环境界面如图所示。