华中科技大学组原第二次试验报告存储器2014讲解

1、课程实验报告 课程名称： 计算机组成原理 专业班级： 信息安全 1203 班 学 号： U201214xxx 姓 名： xxx 同组成员： xxx 指导教师： 秦磊华 报告日期： 2014年 5月 计算机科学与技术学院 原创性声明： 本人郑重声明 :本实验的实验报告内容，是由作者本人独立完成的。有关观 点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出。除文中已注明引用的内容外，本 报告不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果，不存在抄袭行为。 特此声明 作者（签字）： 日期： 年 月 日 目录 1 实验名称 3 2 实验目的 3 3 实验设备 3 4 实验任务 3 5 实验设计方案、电路实现与电

2、路分析 4 5.1 基本芯片介绍 4 5.2 设计方案 4 5.3 电路实现与分析 6 6 实验结果与分析 10 6.1 基本功能的检测 10 6.2 校验指示灯的检测 11 7 试验中遇到的问题及解决方法 11 8 收获与体会 12 9 参考书目 12 1 实验名称 实验名称：半导体存储器实验 2 实验目的 1掌握半导体随机读写存储器 RAM 的工作原理特性及其使用方法。 2掌握半导体存储器进行读写的过程及读写周期、时序等。 3掌握半导体存储器扩充的方法。 4掌握对存储数据进行奇偶效验的原理和方法。 3 实验设备 实验台： JZYL型计算机组成原理实验仪一台； 主要芯片：（第 5 部分会对实

3、验芯片的选取做具体分析） 74LS6116： 静态存储器芯片 1 片 74LS244： 八路原码输出三态门 2 片 74LS193： 同步 4 位计数器 1 片 74LS86： 二输入四异或门 4 片 74LS32： 二输入四或门 1 片 4 实验任务 1按照下图完成 8 位存储器基本实验内容 图 1. 实验前预习给出的电路图 2为提高存储器读写数据的可靠性， 自行设计电路对写入的数据进行编码处 理，即形成奇偶效验码，并将产生的校验信息与数据一并保存；并设置一 个校验指示灯（当从 6116 读出信息时，校验指示灯亮；其它情况下灭） ， 对读出的数据通过奇偶效验方式进行验证，检查写入的数据在保存

4、和读出 过程中是否出现错误，保证存储器数据写入读出的可靠性。 3冲突说明：读模式下，如果开关为读操作，则无冲突； 读模式下，如果开关为写操作，则发生冲突； 写模式下，如果开关为读操作，则发生冲突； 写模式下，如果开关为写操作，则无冲突； 冲突时，报警灯亮， 244处于高阻态， 6116不工作， 7 个数据灯、一个校 验码灯和一个校验指示灯全灭 （ 和实验台关电源一样 ） 。 5 实验设计方案、电路实现与电路分析 5.1 基本芯片介绍 74LS6116 ，74LS244，74LS193芯片的介绍详见参考文献：组成实验 （给 学生） 整理后常用的芯片资料。 5.2 设计方案 （1）主要目的： 熟悉

5、静态存储器芯片 74LS6116 的使用，并完成相应的校验 电路和冲突处理电路的设计。 （2）基本思路： 根据实验的主要目的， 需要设计的电路应该有以下几个部分 构成： 存储器部件：主要由一片 6116 构成，能实现存储器芯片的相关功能。注意 到 6116 还有 11 个地址输入端，我们就需要考虑怎样设置这 11 个地址输入。 校验电路：本实验选取偶校验方式（当然也可以选择奇校验） 。注意到实际 上该校验电路应该包括两个部分，第一部分对 6116 的输入数据生成校验码，第 二部分对 6116 的输出数据生成校验码。 冲突处理电路： 根据实验任务对冲突处理的要求， 需要解决冲突与非冲突下 各指示

6、灯和各芯片的状态转换的电路设计。 （3）详细设计方案与电路各部件架构： A 存储器部件：有 8 位数据输入端（将最高位设置为校验码） ， 11 位地址 选择端。若对 6116 中任一地址均可以实现存入数据， 那么这样就要对 11 个地址 选择端均实现可控， 但这样做使得在输入与输出时对地址选择端的控制繁琐， 因 此我们可以选择将地址端的高 7 位置为低电平，只选择低 4 位作为真正的地址选 择端，这样可以实现对 16个连续地址的存取， 方便易行。而要对 16 个连续地址 实现控制，需要 4 个控制信号，可以选择同步 4 位计数器 74LS193实现该控制， 因为该芯片的输出端有 4 个，恰好作

7、为地址控制信号； 而且按一次脉冲就能实现 地址转换（因可供存放的地址为连续地址） ，非常方便。 B 校验电路：因为我们选取的是偶校验方式，所以根据计算机组成原理 P47的公式： C x1 x2 x3 . xn ，选择二输入四异或门 74LS86来实现偶校 验码的生成。而实验任务要求对 6116 的数据输入和输出均要生成相应校验码， 还要实现读模式和写模式，因此我们选择一个三态 8 位缓冲器 74LS244，通过它 的 1G端和 2G端实现相应的写模式 （此时 1G端和 2G端为低电平） 和读模式 （此 时 1G端和 2G端为高电平）。而恰好 244的数据端也是 8位，与 6116的数据端兼 容

8、，故可以将 244 的输出端作为 6116 的数据输入端。 C 冲突处理电路： 要求：根据实验任务的要求，冲突时，报警灯亮， 244（称为 1 号 244）处 于高阻态， 6116不工作， 7 个数据灯、一个校验码灯和一个校验指示灯全灭 （和 实验台关电源一样 ）。因为 6116 的数据输入和输出都在一处端口，所以当 6116 为读操作时，要将 244 的数据输出端置为高阻态。 具体设计：根据实验任务的要求和 6116，244 的控制端实现的相关功能， 本 部分电路设计如下： 我们先设置两个开关 K1和K2 ,分别代表模式和操作，而且 K1置为高电平时 为读模式，置为低电平时为写模式； K2

9、置为高电平时为读操作，置为低电平时 为写操作。 而后将 6116的WE端与 1异或后再接到 OE端，这样使得 WE信号可以同时 控制 OE , 使得用一个信号 WE 就可以控制 6116的读写状态；再将 B部分的两个 偶校验信号异或后得到的信号 P，利用 244的状态，再使用一片 244（称为 2 号 244），将信号 P接入 2号 244的一个输入端，对应的输出端连接校验指示灯 L1； 然后将 K1 K 2的输出连接到 6116的WE端和 1号 244的 G端（G端即是将 1G和 2G串联后得到的控制端） ，将K 1 K 2的输出连接到 6116的CE 端，报警灯 L2和 2号 244的 1

10、G端。各部件的相应状态如下表所示 模式 K1 操作 K2 冲 突？ CE / 1G/ L2 WE / G 报警 灯 L2 6116 1号 244 校验 指示 灯 L1 数据指 示灯 0（写） 0（写） 否 0 0 绿 写 写 正常 正常 0（写） 1（读） 是 1 1 红 不 高阻 灭 灭 第 5 页 续表 模式 K1 操作 K2 冲 突？ CE / 1G/ L2 WE / G 报警 灯 L2 6116 1号 244 校验 指示 灯 L1 数据指 示灯 1（读） 0（写） 是 1 1 红 不 高阻 灭 灭 1（读） 1（读） 否 0 1 绿 读 高阻 正常 正常 表 1. 冲突处理电路中各部件

11、相应状态 注： CE 1G L2 K1 K2，WE G K1 K2（1G代表 2号 244的1G端）；红色 （输入信号为高电平） ，绿色（输入信号为低电平） 。报警灯亮红色代表有冲突，亮绿色代表 无冲突； 校验指示灯亮红色代表数据的存取出错， 亮绿色代表数据的存取正确， 还有灯灭的 状态。数据指示灯有 8 个，包括最高位的代表校验码的指示灯。 6116 的“不”代表不工作。 根据上表，可以检验冲突处理电路的设计正确。 （4）电路基本结构图示 图 2. 电路基本结构 5.3 电路实现与分析 （ 1）存储器部件 由一片 6116和一片 193 组成。将 6116的地址选择端 A10A4接地；611

12、6的 数据输入 /输出端 I8I1来自 244的输出端；再将 I8I1连接到 8个数据指示灯。6116 的控制端 WE ，OE ， CE将会在（ 3）冲突处理电路中具体介绍连线方式。 193 的输入端 DA 来自开关； 193 的 QDQA 依次连接到 6116 的地址选择端 A3A0； 控制端 LD 用开关置为“ 1”；CLR 端接开关； CPU，CPD接脉冲信号（与 CPU相 连的脉冲端表示累加计数，与 CPD 相连的脉冲端表示累减计数） 图 3. 存储器部件的电路连接图 2）校验电路 校验电路由 1片 244（称为 1号 244），4片 74LS86（二输入四异或门）组 成。分三个部分，

13、第一部分是由一片 244组成，其余两部分均由 2片 74LS86组 成，分别是对 6116的 7位数据输入信号和 7位数据输出信号进行校验码的生成 （输入、输出信号的偶校验位分别称为 P1， P2）。具体连接如下： 第一部分是由一片 244组成。 6 个数据 输入端 I0I6 均来自开关； 7 个数据输出端 Y0Y7 连接到 6116 的数据输入端；控制端 1G和 2G串联在一起形成控制信号 G。其余 两部均是利用偶校验码生成公式 C x1 x2 x3 . xn 将 7 位数据端通过 74LS86 异或，具体连接不再赘述。 除开第 一部分，其余两部分的逻辑电路图和电路连 接图相似，故在此仅给出

14、输入信号的逻辑电 路图和电路连接图。 图 4. 校验电路的逻辑电路图 3）冲突处理电路 本部分电路由 1 片 74LS86（二输入四异或门，与（ 2）校验电路共用这一芯 片），1片 74LS32（二输入四或门），1片 244（称为 2号 244）组成；电路的具 体连接如下： 6116的WE端与通过 74LS86与 1 异或后再接到 OE端，再将（ 2）校验 电路部分的两个偶校验信号 P1 和 P2 通过 74LS86 异或后得到信号 P，将信 号 P 接入 2 号 244 的一个输入端 I0， 对应的输出端 Y0 连接校验指示灯 L1； 然后将 K1和 K2 通过 74LS08 相或以 后，输

15、出连接到 6116的WE 端和 1号 244 的 G 端，将 K1和 K2 通过 74LS86 异或以后，输出连接到 6116的CE 端， 报警灯 L2和 2号 244的 1G端。由于 本部分的具体电路连接涉及的部件 多，所以本部分只给出逻辑电路图， 具体的连接将会在总电路图中体现。 图 6. 冲突处理电路的逻辑电路图 4）总电路图 7. 总电路图 图 说明： 本电路图是半导体存储器实验电路图， 和冲突处理电路，可实现对静态存储器芯片 与处理功能。 由三部分组成， 74LS6116 数据的读写，校验和相应的冲突提示 分别是存储器部件， 校验电路 第 9 页 6 实验结果与分析 6.1 基本功能

16、的检测 （1）置为写模式和写操作（即将 K1、K2均置为 0），将 193的输入 DA 置 为 0000，CLR 置为 0，将 1 号 244 的数据输入端 I0I6 依次置为 00010000，同 时按下与 193 的 CPU 端相连的累加脉冲。观察校验码灯（即数据位指示灯的最 高位）的变化；然后再置为读模式和读操作（即将K1、K2 均置为 1），将 CLR 置为 1 后再置为 0，顺次按下累加脉冲观察数据指示灯的变化。 表 2. 检测记录表 地址端 DA 数据输入端 I6I0 校验码灯 I8 数据指示灯 （K1K2=11 时） 0000 000 0001 红 1000 0001 0001

17、000 0010 红 1000 0010 0010 000 0011 绿 0000 0011 0011 000 0100 红 1000 0100 0100 000 0101 绿 0000 0101 1110 000 1111 绿 0000 1111 1111 001 0000 红 1001 0000 该记录表明：校验码灯功能正常， 6116 的读写正常，达到预期效果 （2）承接上面相应的操作。置为读模式和写操作，再置为读模式和读操作， 观察报警灯， 校验指示灯和数据指示灯的变化。 置为写模式和读操作， 将地址为 0010 的数据改为 010 1001；置为写模式和写操作，此时数据应该写入；再置

18、为 读模式和读操作，地址通过累加脉冲改变为0100，再通过累减脉冲改变为原来 的 0010，观察各阶段各指示灯的变化。将上述步骤再重复一次，此次在写模式 读操作时将地址为 0001的数据改为 001 1100，其余均同，观察各阶段各指示灯 变化。 表 3. 检测记录表 模式/操作 K1K2 地址端 DA 数据输入端 I6I0 报警灯 L2 校验指示灯 L1 数据指示灯 I8I1 10（读写） - - 红 灭 灭 11（读读） - - 绿 正常 正常 01（写读） 0010 010 1001 红 灭 灭 00（写写） 0010 010 1001 绿 绿 1010 1001 第 10 页 续表 模

19、式/操作 K1K2 地址端 DA 数据输入端 I6I0 报警灯 L2 校验指示灯 L1 数据指示灯 I8I1 11（读读） 0100 - 绿 绿 0000 0101 11（读读） 0010 - 绿 绿 1010 1001 10（读写） - - 红 灭 灭 11（读读） - - 绿 正常 正常 01（写读） 0001 001 1100 红 灭 灭 00（写写） 0001 001 1100 绿 绿 1001 1100 11（读读） 0100 - 绿 绿 0000 0101 11（读读） 0001 - 绿 绿 1001 1100 该记录表明：报警灯功能正常， 6116 的读写正常，数据指示灯功能正常

20、，达到 预期效果。 6.2 校验指示灯的检测 在读模式和读操作下， 用导线一端接 Vcc，另一端短暂碰一下接入 8 个数据 指示灯中显示低电平的导线触点中的一个， 可以观察到校验指示灯会变红； 接着 用导线一端接 GND，另一端短暂碰一下接入 8 个数据指示灯中显示高电平的导 线触点中的一个， 可以观察到校验指示灯也会变红。 该结果表明， 校验指示灯功 能正常，达到预期效果。 7 试验中遇到的问题及解决方法 本次实验是组原的第二次实验， 较前一次实验有了一定提高。 但是难免还会 遇到一些问题。遇到的问题以及解决方法如下： 1. 193 的作用： 一开始老师给的电路中出现了 193与 6116的

21、连接，但是搞 不清楚 193到底有什么作用，后来清楚了 193 是控制 6116的地址线的，但又不 明白 193 的 4个输出是怎样控制 6116的 11跟地址线的，后来终于搞懂了原来是 可以把 6116的高 7 位地址线接地的，这样做可以实现对 16个连续地址的存取， 方便易行。 2. 地址指示灯的设计：了解了 193 的作用以后，知道了按相应的脉冲和数 据输入信号就可以轻松实现数据的写入， 但是累加或累减脉冲按多了以后， 就不 知道数据究竟写到 6116 的哪儿去了，这浪费了我们一定时间。后来想到可以将 193的 4个输出端接灯来指示地址值，这样数据存在哪儿就可以清楚地知道，一 定程度上加快了实验的效率。 第 11 页 3. 6116的读写控制：一开始看 6116的功能表，发现它的读操作只由一个输 入序列实现( WE OE =10)，而写操作则是两个输入序列都可以 (WE OE =00,01)， 按这样的读写操作控制来设计冲突处理电路，发现要考虑写操作的两种输入序 列，非常麻烦。经过一番纠结之后，终于想到了将 WE 的输入端与 1异或，得到 的结果再输入 OE ，这样一来， 6116 的读写操作都各自仅由一个输入序列实现， 大大简化了冲突处理电路的设计。 4. 冲突处理电路原理的设计：根据试验任务的要求，冲突处理电路要实现 对很多部件指示和控制的功能， 一时间不知原理是