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计算机组成原理专栏

存储容量的扩展

由于单片存储芯片的容量总是有限的，很难满足实际的需要，因此，必须将若干存储芯片连在一起才能组成足够容量的存储器，称为存储容量的扩展，通常有位扩展和字扩展。
（1）位扩展
位扩展是指增加存储字长。
例如：2片1K×4位的芯片可组成1K×8位的存储器

（2）字扩展
字扩展是增加存储器字的数量。
例如：2片1K×8位的存储芯片可组成2K×8位的存储器。

（3）字、位扩展
字、位扩展是指即增加存储字的数量又增加存储字长。
例如：8片1K×4位的芯片可组成4K×8位的存储器。

存储器与CPU芯片的连接

存储芯片与CPU芯片相连时，特别注意片与片之间的地址线、数据线和控制线的连接。
（1）地址线的连接
通常情况是将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连。CPU地址线的高位或在存储芯片扩充时用，或做其它用途，入片选信号。
例如：16K×1位存储芯片连接时，地址线有14根与CPU相连。
（2）数据线的连接
CPU的数据线数与存储芯片的数据线数也不一定相等。此时必须对存储芯片扩展。使其数据位数与CPU的数据线相等。
（3）读/写命令线的连接
CPU读/写命令线一般可直接与存储芯片的读/写控制端相连，通常高电平为读，低电平为写。
（4）片选线的连接
存储器由许多存储芯片组成，哪一片被选中完全取决于该存储芯片的片选控制端CS非能否收到来自CPU的片选有效信号。
片选有效信号与CPU的访存控制信号MREQ非（低电平有效）有关，因为只有当CPU要求访存时，才需要选择存储芯片。若CPU访问I/O时，则MREQ非为高电平，表示不要求存储器工作。

例题

设CPU有16根地址线、8根数据线，并用MREQ非作为访存控制信号（低电平有效），用WR非作为读/写控制信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：1K×4位RAM、4K×8位RAM、8K×4位RAM、2K×8位ROM、4K×8位ROM、8K×8位ROM及74138译码器和各种门电路。
画出CPU与存储器的连接图。

解题步骤：
1.主存地址空间分配：
6000H~67FFH为系统程序区
6800H~6BFFH为用户程序区
2.合理选用上述存储芯片，说明各选几片
3.详细画出存储芯片的片选逻辑图
第一步：

第二步：
根据地址范围的容量以及该范围在计算机系统中的作用，选择存储芯片。
根据6000H~ 67FFH为系统程序区的范围,应选择1片2Kx8位的ROM,若选择4Kx8位或8Kx8位的ROM、都超出了2 K x8位的系统程序区范围。
根据6800H ~ 6BFFH为用户程序区的范围,选2片1 Kx4位的RAM芯片正好满足1 Kx8位的用户程序区要求。
第三步：
分配CPU的地址线。
将CPU的低11位地址A10~A0与2Kx8位的ROM地址线相连;将CPU的低10位地址A9-A0与2片1Kx4位的RAM地址线相连。剩下的高位地址与访存控制信号MREQ非共同产生存储芯片的片选信号。
第四步：
由图4.36给出的74138译码器输入逻辑关系可知,必须保证控制端G1为高电平,G2与G23为低电平,才能使译码器正常工作。
根据第一步写出的存储器地址范围得出,A15始终为低电平，A14始终为高电平,它们正好可分别与译码器的G2A(低)和G1(高)对应。
而访存控制信号MREQ非(低电平有效)又正好可与G2B(低)对应。 剩下的A13、A12、A11可分别接到译码器的C、B、A输人端。其输出Y4有效时,选中1片ROM;Y5与A10同时有效均为低电平时， 与门输出选2片RAM,如图4.31所示。图中ROM芯片的PD/progr端接地，以确保在读出时低电平有效。
RAM芯片的读写控制端与CPU的读写命令端WR相连。ROM的8根数据线直接与CPU的8根数据线相连，2片RAM的数据线分别与CPU数据总线的高4位和低4位相连。