3.2.3 存储器与CPU的连接（重难点看完就会）-Toy模板网

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本节内容是存储器中的重点和难点，篇幅较长。并不用担忧，看完这片文章，你会对知识点十分了解，并且会用几道题目来巩固一下内容。

由于CPU所要执行的指令和数据都保存在主存当中，并且执行完成后，需要将执行结果保存回主存。二者之间的联系是非常频繁，所以他们的连接也非常之重要

一个主存需要多个存储芯片共同来组成，这就涉及到我们第一个问题：存储器容量的扩展

存储器容量的扩展

存储器容量的扩展大家应该很好理解。日常生活中，若是电脑内存不够，我们也会通过增加或者更换内存条来扩充我们的内存。

其实原理都是差不多的。存储器容量的扩展分为简单三种：位扩展、字扩展和同时扩展。

位扩展

“位”这个字样应该经常可以听说到，比如某某电脑是32位、64位，它的意思是计算机架构中内存地址等的最大宽度是32或64位宽。

在这门课中，提到“位”，你就要想到数据线
3.2.3 存储器与CPU的连接（重难点看完就会）
位扩展，就是增加存储字长，如上图所示：2片1K $\times$ 4位的存储芯片组成1K $\times$ 8位的存储器。这里的1K就是 $2^{10}$ ,所以地址线是10根；8位字长是有8根数据线。

原图中一个2114存储芯片只接4根地址线，两个就是8根，扩充了数据位。两个芯片的片选线和读写线连接在一起，代表同时选中。

不清楚片选线和读写线的瞅瞅这里

字扩展

位扩展是对数据线连接的操作。那么字扩展我们主要关注地址线
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上图所示：2片1K $\times$ 8位的存储芯片组成2K $\times$ 8位的存储器。2K就是 $2^{11}$ ,所以地址线是11根 (这里需要说明，多出来的地址线为片选线留的。实际上各个芯片只连10根地址线)；数据线都是8根。

字扩展的片选线连接需要十分注意一下。我们可以看到 $A_{10}$ 上有个判断器。若 $A_{10}=1$ 时，选择 $CS_0$ ,第一个芯片。通过非门，也就是 $A_{10}=0$ ，则是第二个芯片被选中。

同时扩展

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同时扩展就是位扩展和字扩展同时进行。这个好理解。上图先通过位扩展将2片1K $\times$ 4位合成1K $\times$ 8位的整体。再通过字扩展使用4个整体构造4K $\times$ 8位的存储器。

由于地址线多出连两条，作为片选线使用。通过2位二进制数就可以区分四个部分。00、01、10、11代表片选线 $CS_0$ ~ $CS_3$

存储器与CPU的连接

由于主机内部的线路非常复杂。尽管我们只是存储器和CPU的连接，那也是需要将所有线正确连接。这些都是小问题，我们只需按照下列步骤一步一步的去进行就不会出错

地址线的连接
数据线的连接
读/写线的连接
片选线的连接（划重点）
合理选择存储芯片
有关时序、负载之类的其他问题

通过一道题目来熟悉一下流程：

3.2.3 存储器与CPU的连接（重难点看完就会）

解题思路：（1）要求中可知道系统程序区最小为4K，所以其地址范围0~4K-1；
4096 ~16383为用户程序区，所以其地址范围是4K ~ 16K-1.ROM一般用于系统程序，RAM用于用户程序。
解答：地址线有16根，说明二进制地址码为16位，地址码如下面所示：
(1)写出对应地址码
(2)选择对应的芯片
上图中已经给出芯片的容量，根据题目给出的芯片进行选择。选择芯片越简结越好。
(3)确定片选信号*
片选信号就是我们上述所说的非门进行0/1或者片选译码控制，这里题目给出了74138译码器来进行片选信号控制。

插入一点知识点：74138译码器上图给出了引脚信息，对每个引脚进行介绍一下。

左下（带ABC那端）是输入端，C接高位，A接低位且CBA输入的结果是可以区分的；
右边（ $Y_1$ ~ $Y_7$ ）是输出端，输出端低电平有效，取值范围000 ~ 111。
举个例子：CBA输入的值为000，那么输出端只有 $Y_0$ 是低电平，所以 $Y_0$ 就可以输出
控制端就是G那端，必须要保证 $G_1$ 接入高电平， $G_{2A}$ 和 $G_{2B}$ 接入低电平。就是100.

了解之后，我们根据上述来分配输入端，如图所示：

(3)画出详细的片选逻辑图

将一下图上一些点：
VCC代表外接电源，因为 $G_1$ 需要接入高电平。
MREQ题目说低电平有效， $G_{2A}$ 也需要接入低电平。
$A_{15}$ 空闲且为0，秉持着不能落下一个接口的原则，刚好连如需要低电平的 $G_{2B}$ 。
PD/Progr是接地的意思，一般出现在位扩展。
WR 读/写线一般一根线题目也说明了。