计算机组成原理 存储器实验

存储器实验

实验环境

计算机组成原理实验环境

实验目的

1. 掌握静态随机存储器 RAM 的工作特性。
2. 掌握静态随机存储器 RAM 的读写方法。

实验要求

1. 做好实验预习，熟悉 MEMORY6116 芯片各引脚的元器件的功能和连接方式，熟悉其他实验元器件的功能特性和使用方法，看懂电路图。
2. 按照实验内容与步骤的要求，认真仔细地完成实验。
3. 写出实验报告。

实验电路

本实验使用的主要元器件有: 2Kx8 静态随机存储器 6116 ， 8 位数据锁存器 74LS273 （实验用作地址寄存器AR），三态输出的 8 组总线收发器 74LS245 ，与非门、与门、开关、指示灯等。芯片详细说明请见附录。

下图为本实验所用的存储器原理图，图中尾端带加粗标记的信号为控制信号，其余为数字信号或地址信号。实验电路中涉及的控制信号如下:

(1) CE : 6116 片选信号。为 0 时 6116 正常工作。
(2) OE : 存储器读信号。 CE=0 ， OE=0 时为读操作， 实验中将其接地，恒置为 0。
(3) WE : 写信号。 CE=0, 在 OE 恒为 0 的情况下，WE=1 为写操作，WE=0 为读操作。
(4) P1 : 脉冲信号，当 WE=1 、P1=1 时，6116 进行写操作。
(5) LDAR : 对地址寄存器 AR 进行加载的控制信号，LDAR=1 时为加载状态。
(6) P2: 脉冲信号，当 LDAR=1 时，在上升沿将地址载入 AR 。74LS273 触发器在时钟输入为高电平或低电平时，输入端的信号不影响输出，仅仅在时钟脉冲的上升沿，输入端数据才发送到输出端，同时将数据锁存。
(7) SW-BUS：开关输出三态门使能信号，为 0 时将 74LS245 输入引脚的值从输出引脚输出，即将 SW7~ SW0 数据发送到数据总线。

实验原理

实验所用的半导体静态存储器电路上图所示。数据开关 (SW7~ SW0) 用于设置读写地址和欲写入存储器的数据，经三态门 74LS245 与总线相连，通过总线把地址发送至 AR ，或把欲写入的数据发送至存储器芯片。静态存储器由一片 6116 (2Kx8) 构成，但地址输入引脚 A8 ~ A10 接地，因此实际存储容量为 256 字节，其余地址引脚 A0 ~ A7 与 AR 相连，读和写的地址均由 AR 给出。 6116 的数据引脚为输入、输出双向引脚，与总线相连，既可从总线输入欲写的数据，也可以通过总线输出数据到数据灯显示。共使用了两组显示灯，一组显示了从存储器读出的数据，另一组显示存储单元的地址。

6116 有三根控制线， CE 为片选线， OE 为读线， WE为写线，三者的有效电平均为低电平。当片选信号有效时， OE=0时进行读操作， WE=0 进行写操作。本实验将 OE 接地，在此情况下，当 CE=0、 WE=1 时进行读操作;当 * CE*=0 、 WE =0 时进行写操作。由于 6116 的 WE 信号是由 WE 控制信号与 P1 进行与非运算得来的，因此， WE=1 时为写操作，其写时间与 P1 脉冲宽度一致。
读数据时，在数据开关上设置好要读的存储单元地址，并打开三态门 74LS245 , LDAR 置1，发出一个 P2 脉冲，将地址送入 6116 ，设置 6116 为读操作，即可读出数据并在数据灯上显示。
写数据时，先在数据开关上设置好要写的存储单元地址，并打开三态门 74LS245 , LDAR 置1，发出一个 P2 脉冲，将地址送入 6116 ， 然后在数据开关上设置好要写的数据，确保三态门打开，设置 6116 为写操作，发出一个 P1 脉冲，即可将数据写入。

实验内容与步骤

(1) 运行虚拟实验系统，从左边的实验设备列表选取所需组件拖到工作区中，按照上图所示组建实验电路，得到如下图所示的实验电路。注意:图中没有使用总线，元器件通过两两之间连线实现彼此连接。当然，实验时也可以选用总线来连接器件。

(2) 进行电路预设置。

1. 将 74LS273 的 MR置 1 , AR 不清零;
2. CE=1, RAM6116 未片选;
3. SW-BUS =1，三态门关闭。
   

(3) 打开电源开关。

(4) 存储器写操作。向01H、02H、03H、04H、05H存储单元分别写入十六进制数据 11H 、12H 、13H 、 14H 、 15H , 具体操作步骤如下(以向 01 号单元写入 11H 为例):

1. 将 SW7~SW0 置为 00000001 ， SW-BUS =0，打开三态门，将地址送入 BUS ;

2. LDAR =1 ，发出 P2 单脉冲信号，在 P2 的上升沿将 BUS 上的地址存入 AR，可通过观察 AR 所连接的地址灯来查看地址， SW-BUS=1 关闭三态门.
   

3. CE =0，WE=1 , 6116 写操作准备(注意:此时 WE =1，因而会读出此地址原有数据);
   

4. 将 SW7~SW0 置为 00010001 , SW-BUS =0，打开三态门，将数据送入BUS ;
   

5. 发出 P1 单脉冲信号，在P1的上升沿将BUS上的数据 00010001 写入 RAM 的 01 地址;
   

6. CE=1, 6116 暂停工作，SW-BUS =1 关闭三态门。
   提示:可以使用“工具”菜单中的“存储器芯片设置”实时查看存储器芯片中的数据。注意本虚拟实验系统的6116芯片中预存了一些代码和数据。
   
   
   (5) 存储器读操作。依次读出01H、02H、03H、04H、05H单元中的内容，观察上述单元中的内容是否与前面写入的-致。具体操作步骤如下(以从01号单元读出数据11H为例):

7. 将 SW7~SW0 置为 00000001 , SW-BUS =0 ,打开三态门，将地址送入 BUS ;

8. LDAR=1,发出P2单脉冲信号，在P2的上升沿将BUS上的地址存入 AR 中，可通过观察 AR 所连接的地址灯来查看地址，SW-BUS =1 关闭三态门;

9. CE=0 ，WE=0，6116 进行读操作，观察数据灯是否为先前写入的 00010001 。

10. CE =1 ，6116 暂停工作。
    

思考与分析

1. 静态半导体存储器与动态半导体存储器的主要区别是什么？
2. 由两片 6116 (2K8) 怎样扩展成 (2K16) 或 (4K*8) 的存储器？怎样连线？
3. 查阅 611 6芯片的数据手册，在 CE=0、 OE=0、WE=1的条件下，当输入的地址信息变化时，输出的数据是否会相应变化？是否有延迟？