華中科技大學(xué)組原第二次試驗(yàn)報(bào)告存儲(chǔ)器2014講解

1、課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱： 計(jì)算機(jī)組成原理 專業(yè)班級(jí)： 信息安全 1203 班 學(xué) 號(hào)： U201214xxx 姓 名： xxx 同組成員： xxx 指導(dǎo)教師： 秦磊華 報(bào)告日期： 2014年 5月 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 原創(chuàng)性聲明： 本人鄭重聲明 :本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容，是由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀 點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)等的引用已在文中指出。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本 報(bào)告不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的作品成果，不存在抄襲行為。 特此聲明 作者（簽字）： 日期： 年 月 日 目錄 1 實(shí)驗(yàn)名稱 3 2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 3 4 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 3 5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、電路實(shí)現(xiàn)與電

2、路分析 4 5.1 基本芯片介紹 4 5.2 設(shè)計(jì)方案 4 5.3 電路實(shí)現(xiàn)與分析 6 6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 10 6.1 基本功能的檢測(cè) 10 6.2 校驗(yàn)指示燈的檢測(cè) 11 7 試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方法 11 8 收獲與體會(huì) 12 9 參考書(shū)目 12 1 實(shí)驗(yàn)名稱 實(shí)驗(yàn)名稱：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn) 2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握半導(dǎo)體隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器 RAM 的工作原理特性及其使用方法。 2掌握半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫的過(guò)程及讀寫周期、時(shí)序等。 3掌握半導(dǎo)體存儲(chǔ)器擴(kuò)充的方法。 4掌握對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶效驗(yàn)的原理和方法。 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)臺(tái)： JZYL型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)； 主要芯片：（第 5 部分會(huì)對(duì)實(shí)

3、驗(yàn)芯片的選取做具體分析） 74LS6116： 靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片 1 片 74LS244： 八路原碼輸出三態(tài)門 2 片 74LS193： 同步 4 位計(jì)數(shù)器 1 片 74LS86： 二輸入四異或門 4 片 74LS32： 二輸入四或門 1 片 4 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 1按照下圖完成 8 位存儲(chǔ)器基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 圖 1. 實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)給出的電路圖 2為提高存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)的可靠性， 自行設(shè)計(jì)電路對(duì)寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處 理，即形成奇偶效驗(yàn)碼，并將產(chǎn)生的校驗(yàn)信息與數(shù)據(jù)一并保存；并設(shè)置一 個(gè)校驗(yàn)指示燈（當(dāng)從 6116 讀出信息時(shí)，校驗(yàn)指示燈亮；其它情況下滅） ， 對(duì)讀出的數(shù)據(jù)通過(guò)奇偶效驗(yàn)方式進(jìn)行驗(yàn)證，檢查寫入的數(shù)據(jù)在保存

4、和讀出 過(guò)程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，保證存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寫入讀出的可靠性。 3沖突說(shuō)明：讀模式下，如果開(kāi)關(guān)為讀操作，則無(wú)沖突； 讀模式下，如果開(kāi)關(guān)為寫操作，則發(fā)生沖突； 寫模式下，如果開(kāi)關(guān)為讀操作，則發(fā)生沖突； 寫模式下，如果開(kāi)關(guān)為寫操作，則無(wú)沖突； 沖突時(shí)，報(bào)警燈亮， 244處于高阻態(tài)， 6116不工作， 7 個(gè)數(shù)據(jù)燈、一個(gè)校 驗(yàn)碼燈和一個(gè)校驗(yàn)指示燈全滅 （ 和實(shí)驗(yàn)臺(tái)關(guān)電源一樣 ） 。 5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、電路實(shí)現(xiàn)與電路分析 5.1 基本芯片介紹 74LS6116 ，74LS244，74LS193芯片的介紹詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)：組成實(shí)驗(yàn) （給 學(xué)生） 整理后常用的芯片資料。 5.2 設(shè)計(jì)方案 （1）主要目的： 熟悉

5、靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片 74LS6116 的使用，并完成相應(yīng)的校驗(yàn) 電路和沖突處理電路的設(shè)計(jì)。 （2）基本思路： 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的主要目的， 需要設(shè)計(jì)的電路應(yīng)該有以下幾個(gè)部分 構(gòu)成： 存儲(chǔ)器部件：主要由一片 6116 構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器芯片的相關(guān)功能。注意 到 6116 還有 11 個(gè)地址輸入端，我們就需要考慮怎樣設(shè)置這 11 個(gè)地址輸入。 校驗(yàn)電路：本實(shí)驗(yàn)選取偶校驗(yàn)方式（當(dāng)然也可以選擇奇校驗(yàn)） 。注意到實(shí)際 上該校驗(yàn)電路應(yīng)該包括兩個(gè)部分，第一部分對(duì) 6116 的輸入數(shù)據(jù)生成校驗(yàn)碼，第 二部分對(duì) 6116 的輸出數(shù)據(jù)生成校驗(yàn)碼。 沖突處理電路： 根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)對(duì)沖突處理的要求， 需要解決沖突與非沖突下 各指示

6、燈和各芯片的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)。 （3）詳細(xì)設(shè)計(jì)方案與電路各部件架構(gòu)： A 存儲(chǔ)器部件：有 8 位數(shù)據(jù)輸入端（將最高位設(shè)置為校驗(yàn)碼） ， 11 位地址 選擇端。若對(duì) 6116 中任一地址均可以實(shí)現(xiàn)存入數(shù)據(jù)， 那么這樣就要對(duì) 11 個(gè)地址 選擇端均實(shí)現(xiàn)可控， 但這樣做使得在輸入與輸出時(shí)對(duì)地址選擇端的控制繁瑣， 因 此我們可以選擇將地址端的高 7 位置為低電平，只選擇低 4 位作為真正的地址選 擇端，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 16個(gè)連續(xù)地址的存取， 方便易行。而要對(duì) 16 個(gè)連續(xù)地址 實(shí)現(xiàn)控制，需要 4 個(gè)控制信號(hào)，可以選擇同步 4 位計(jì)數(shù)器 74LS193實(shí)現(xiàn)該控制， 因?yàn)樵撔酒妮敵龆擞?4 個(gè)，恰好作

7、為地址控制信號(hào)； 而且按一次脈沖就能實(shí)現(xiàn) 地址轉(zhuǎn)換（因可供存放的地址為連續(xù)地址） ，非常方便。 B 校驗(yàn)電路：因?yàn)槲覀冞x取的是偶校驗(yàn)方式，所以根據(jù)計(jì)算機(jī)組成原理 P47的公式： C x1 x2 x3 . xn ，選擇二輸入四異或門 74LS86來(lái)實(shí)現(xiàn)偶校 驗(yàn)碼的生成。而實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求對(duì) 6116 的數(shù)據(jù)輸入和輸出均要生成相應(yīng)校驗(yàn)碼， 還要實(shí)現(xiàn)讀模式和寫模式，因此我們選擇一個(gè)三態(tài) 8 位緩沖器 74LS244，通過(guò)它 的 1G端和 2G端實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的寫模式 （此時(shí) 1G端和 2G端為低電平） 和讀模式 （此 時(shí) 1G端和 2G端為高電平）。而恰好 244的數(shù)據(jù)端也是 8位，與 6116的數(shù)據(jù)端兼 容

8、，故可以將 244 的輸出端作為 6116 的數(shù)據(jù)輸入端。 C 沖突處理電路： 要求：根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求，沖突時(shí)，報(bào)警燈亮， 244（稱為 1 號(hào) 244）處 于高阻態(tài)， 6116不工作， 7 個(gè)數(shù)據(jù)燈、一個(gè)校驗(yàn)碼燈和一個(gè)校驗(yàn)指示燈全滅 （和 實(shí)驗(yàn)臺(tái)關(guān)電源一樣 ）。因?yàn)?6116 的數(shù)據(jù)輸入和輸出都在一處端口，所以當(dāng) 6116 為讀操作時(shí)，要將 244 的數(shù)據(jù)輸出端置為高阻態(tài)。 具體設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求和 6116，244 的控制端實(shí)現(xiàn)的相關(guān)功能， 本 部分電路設(shè)計(jì)如下： 我們先設(shè)置兩個(gè)開(kāi)關(guān) K1和K2 ,分別代表模式和操作，而且 K1置為高電平時(shí) 為讀模式，置為低電平時(shí)為寫模式； K2

9、置為高電平時(shí)為讀操作，置為低電平時(shí) 為寫操作。 而后將 6116的WE端與 1異或后再接到 OE端，這樣使得 WE信號(hào)可以同時(shí) 控制 OE , 使得用一個(gè)信號(hào) WE 就可以控制 6116的讀寫狀態(tài)；再將 B部分的兩個(gè) 偶校驗(yàn)信號(hào)異或后得到的信號(hào) P，利用 244的狀態(tài)，再使用一片 244（稱為 2 號(hào) 244），將信號(hào) P接入 2號(hào) 244的一個(gè)輸入端，對(duì)應(yīng)的輸出端連接校驗(yàn)指示燈 L1； 然后將 K1 K 2的輸出連接到 6116的WE端和 1號(hào) 244的 G端（G端即是將 1G和 2G串聯(lián)后得到的控制端） ，將K 1 K 2的輸出連接到 6116的CE 端，報(bào)警燈 L2和 2號(hào) 244的 1

10、G端。各部件的相應(yīng)狀態(tài)如下表所示 模式 K1 操作 K2 沖 突？ CE / 1G/ L2 WE / G 報(bào)警 燈 L2 6116 1號(hào) 244 校驗(yàn) 指示 燈 L1 數(shù)據(jù)指 示燈 0（寫） 0（寫） 否 0 0 綠 寫 寫 正常 正常 0（寫） 1（讀） 是 1 1 紅 不 高阻 滅 滅 第 5 頁(yè) 續(xù)表 模式 K1 操作 K2 沖 突？ CE / 1G/ L2 WE / G 報(bào)警 燈 L2 6116 1號(hào) 244 校驗(yàn) 指示 燈 L1 數(shù)據(jù)指 示燈 1（讀） 0（寫） 是 1 1 紅 不 高阻 滅 滅 1（讀） 1（讀） 否 0 1 綠 讀 高阻 正常 正常 表 1. 沖突處理電路中各部件

11、相應(yīng)狀態(tài) 注： CE 1G L2 K1 K2，WE G K1 K2（1G代表 2號(hào) 244的1G端）；紅色 （輸入信號(hào)為高電平） ，綠色（輸入信號(hào)為低電平） 。報(bào)警燈亮紅色代表有沖突，亮綠色代表 無(wú)沖突； 校驗(yàn)指示燈亮紅色代表數(shù)據(jù)的存取出錯(cuò)， 亮綠色代表數(shù)據(jù)的存取正確， 還有燈滅的 狀態(tài)。數(shù)據(jù)指示燈有 8 個(gè)，包括最高位的代表校驗(yàn)碼的指示燈。 6116 的“不”代表不工作。 根據(jù)上表，可以檢驗(yàn)沖突處理電路的設(shè)計(jì)正確。 （4）電路基本結(jié)構(gòu)圖示 圖 2. 電路基本結(jié)構(gòu) 5.3 電路實(shí)現(xiàn)與分析 （ 1）存儲(chǔ)器部件 由一片 6116和一片 193 組成。將 6116的地址選擇端 A10A4接地；611

12、6的 數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 I8I1來(lái)自 244的輸出端；再將 I8I1連接到 8個(gè)數(shù)據(jù)指示燈。6116 的控制端 WE ，OE ， CE將會(huì)在（ 3）沖突處理電路中具體介紹連線方式。 193 的輸入端 DA 來(lái)自開(kāi)關(guān)； 193 的 QDQA 依次連接到 6116 的地址選擇端 A3A0； 控制端 LD 用開(kāi)關(guān)置為“ 1”；CLR 端接開(kāi)關(guān)； CPU，CPD接脈沖信號(hào)（與 CPU相 連的脈沖端表示累加計(jì)數(shù)，與 CPD 相連的脈沖端表示累減計(jì)數(shù)） 圖 3. 存儲(chǔ)器部件的電路連接圖 2）校驗(yàn)電路 校驗(yàn)電路由 1片 244（稱為 1號(hào) 244），4片 74LS86（二輸入四異或門）組 成。分三個(gè)部分，

13、第一部分是由一片 244組成，其余兩部分均由 2片 74LS86組 成，分別是對(duì) 6116的 7位數(shù)據(jù)輸入信號(hào)和 7位數(shù)據(jù)輸出信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)碼的生成 （輸入、輸出信號(hào)的偶校驗(yàn)位分別稱為 P1， P2）。具體連接如下： 第一部分是由一片 244組成。 6 個(gè)數(shù)據(jù) 輸入端 I0I6 均來(lái)自開(kāi)關(guān)； 7 個(gè)數(shù)據(jù)輸出端 Y0Y7 連接到 6116 的數(shù)據(jù)輸入端；控制端 1G和 2G串聯(lián)在一起形成控制信號(hào) G。其余 兩部均是利用偶校驗(yàn)碼生成公式 C x1 x2 x3 . xn 將 7 位數(shù)據(jù)端通過(guò) 74LS86 異或，具體連接不再贅述。 除開(kāi)第 一部分，其余兩部分的邏輯電路圖和電路連 接圖相似，故在此僅給出

14、輸入信號(hào)的邏輯電 路圖和電路連接圖。 圖 4. 校驗(yàn)電路的邏輯電路圖 3）沖突處理電路 本部分電路由 1 片 74LS86（二輸入四異或門，與（ 2）校驗(yàn)電路共用這一芯 片），1片 74LS32（二輸入四或門），1片 244（稱為 2號(hào) 244）組成；電路的具 體連接如下： 6116的WE端與通過(guò) 74LS86與 1 異或后再接到 OE端，再將（ 2）校驗(yàn) 電路部分的兩個(gè)偶校驗(yàn)信號(hào) P1 和 P2 通過(guò) 74LS86 異或后得到信號(hào) P，將信 號(hào) P 接入 2 號(hào) 244 的一個(gè)輸入端 I0， 對(duì)應(yīng)的輸出端 Y0 連接校驗(yàn)指示燈 L1； 然后將 K1和 K2 通過(guò) 74LS08 相或以 后，輸

15、出連接到 6116的WE 端和 1號(hào) 244 的 G 端，將 K1和 K2 通過(guò) 74LS86 異或以后，輸出連接到 6116的CE 端， 報(bào)警燈 L2和 2號(hào) 244的 1G端。由于 本部分的具體電路連接涉及的部件 多，所以本部分只給出邏輯電路圖， 具體的連接將會(huì)在總電路圖中體現(xiàn)。 圖 6. 沖突處理電路的邏輯電路圖 4）總電路圖 7. 總電路圖 圖 說(shuō)明： 本電路圖是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)電路圖， 和沖突處理電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)存儲(chǔ)器芯片 與處理功能。 由三部分組成， 74LS6116 數(shù)據(jù)的讀寫，校驗(yàn)和相應(yīng)的沖突提示 分別是存儲(chǔ)器部件， 校驗(yàn)電路 第 9 頁(yè) 6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 6.1 基本功能

16、的檢測(cè) （1）置為寫模式和寫操作（即將 K1、K2均置為 0），將 193的輸入 DA 置 為 0000，CLR 置為 0，將 1 號(hào) 244 的數(shù)據(jù)輸入端 I0I6 依次置為 00010000，同 時(shí)按下與 193 的 CPU 端相連的累加脈沖。觀察校驗(yàn)碼燈（即數(shù)據(jù)位指示燈的最 高位）的變化；然后再置為讀模式和讀操作（即將K1、K2 均置為 1），將 CLR 置為 1 后再置為 0，順次按下累加脈沖觀察數(shù)據(jù)指示燈的變化。 表 2. 檢測(cè)記錄表 地址端 DA 數(shù)據(jù)輸入端 I6I0 校驗(yàn)碼燈 I8 數(shù)據(jù)指示燈 （K1K2=11 時(shí)） 0000 000 0001 紅 1000 0001 0001

17、000 0010 紅 1000 0010 0010 000 0011 綠 0000 0011 0011 000 0100 紅 1000 0100 0100 000 0101 綠 0000 0101 1110 000 1111 綠 0000 1111 1111 001 0000 紅 1001 0000 該記錄表明：校驗(yàn)碼燈功能正常， 6116 的讀寫正常，達(dá)到預(yù)期效果 （2）承接上面相應(yīng)的操作。置為讀模式和寫操作，再置為讀模式和讀操作， 觀察報(bào)警燈， 校驗(yàn)指示燈和數(shù)據(jù)指示燈的變化。 置為寫模式和讀操作， 將地址為 0010 的數(shù)據(jù)改為 010 1001；置為寫模式和寫操作，此時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)該寫入；再置

18、為 讀模式和讀操作，地址通過(guò)累加脈沖改變?yōu)?100，再通過(guò)累減脈沖改變?yōu)樵瓉?lái) 的 0010，觀察各階段各指示燈的變化。將上述步驟再重復(fù)一次，此次在寫模式 讀操作時(shí)將地址為 0001的數(shù)據(jù)改為 001 1100，其余均同，觀察各階段各指示燈 變化。 表 3. 檢測(cè)記錄表 模式/操作 K1K2 地址端 DA 數(shù)據(jù)輸入端 I6I0 報(bào)警燈 L2 校驗(yàn)指示燈 L1 數(shù)據(jù)指示燈 I8I1 10（讀寫） - - 紅 滅 滅 11（讀讀） - - 綠 正常 正常 01（寫讀） 0010 010 1001 紅 滅 滅 00（寫寫） 0010 010 1001 綠 綠 1010 1001 第 10 頁(yè) 續(xù)表 模

19、式/操作 K1K2 地址端 DA 數(shù)據(jù)輸入端 I6I0 報(bào)警燈 L2 校驗(yàn)指示燈 L1 數(shù)據(jù)指示燈 I8I1 11（讀讀） 0100 - 綠 綠 0000 0101 11（讀讀） 0010 - 綠 綠 1010 1001 10（讀寫） - - 紅 滅 滅 11（讀讀） - - 綠 正常 正常 01（寫讀） 0001 001 1100 紅 滅 滅 00（寫寫） 0001 001 1100 綠 綠 1001 1100 11（讀讀） 0100 - 綠 綠 0000 0101 11（讀讀） 0001 - 綠 綠 1001 1100 該記錄表明：報(bào)警燈功能正常， 6116 的讀寫正常，數(shù)據(jù)指示燈功能正常

20、，達(dá)到 預(yù)期效果。 6.2 校驗(yàn)指示燈的檢測(cè) 在讀模式和讀操作下， 用導(dǎo)線一端接 Vcc，另一端短暫碰一下接入 8 個(gè)數(shù)據(jù) 指示燈中顯示低電平的導(dǎo)線觸點(diǎn)中的一個(gè)， 可以觀察到校驗(yàn)指示燈會(huì)變紅； 接著 用導(dǎo)線一端接 GND，另一端短暫碰一下接入 8 個(gè)數(shù)據(jù)指示燈中顯示高電平的導(dǎo) 線觸點(diǎn)中的一個(gè)， 可以觀察到校驗(yàn)指示燈也會(huì)變紅。 該結(jié)果表明， 校驗(yàn)指示燈功 能正常，達(dá)到預(yù)期效果。 7 試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方法 本次實(shí)驗(yàn)是組原的第二次實(shí)驗(yàn)， 較前一次實(shí)驗(yàn)有了一定提高。 但是難免還會(huì) 遇到一些問(wèn)題。遇到的問(wèn)題以及解決方法如下： 1. 193 的作用： 一開(kāi)始老師給的電路中出現(xiàn)了 193與 6116的

21、連接，但是搞 不清楚 193到底有什么作用，后來(lái)清楚了 193 是控制 6116的地址線的，但又不 明白 193 的 4個(gè)輸出是怎樣控制 6116的 11跟地址線的，后來(lái)終于搞懂了原來(lái)是 可以把 6116的高 7 位地址線接地的，這樣做可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 16個(gè)連續(xù)地址的存取， 方便易行。 2. 地址指示燈的設(shè)計(jì)：了解了 193 的作用以后，知道了按相應(yīng)的脈沖和數(shù) 據(jù)輸入信號(hào)就可以輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入， 但是累加或累減脈沖按多了以后， 就不 知道數(shù)據(jù)究竟寫到 6116 的哪兒去了，這浪費(fèi)了我們一定時(shí)間。后來(lái)想到可以將 193的 4個(gè)輸出端接燈來(lái)指示地址值，這樣數(shù)據(jù)存在哪兒就可以清楚地知道，一 定程度上加快了實(shí)驗(yàn)的效率。 第 11 頁(yè) 3. 6116的讀寫控制：一開(kāi)始看 6116的功能表，發(fā)現(xiàn)它的讀操作只由一個(gè)輸 入序列實(shí)現(xiàn)( WE OE =10)，而寫操作則是兩個(gè)輸入序列都可以 (WE OE =00,01)， 按這樣的讀寫操作控制來(lái)設(shè)計(jì)沖突處理電路，發(fā)現(xiàn)要考慮寫操作的兩種輸入序 列，非常麻煩。經(jīng)過(guò)一番糾結(jié)之后，終于想到了將 WE 的輸入端與 1異或，得到 的結(jié)果再輸入 OE ，這樣一來(lái)， 6116 的讀寫操作都各自僅由一個(gè)輸入序列實(shí)現(xiàn)， 大大簡(jiǎn)化了沖突處理電路的設(shè)計(jì)。 4. 沖突處理電路原理的設(shè)計(jì)：根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)的要求，沖突處理電路要實(shí)現(xiàn) 對(duì)很多部件指示和控制的功能， 一時(shí)間不知原理是