计算机系统综合设计 实验三 存储器

一、实验目的

1、熟悉挂总线的逻辑器件的特性和总线传送的逻辑实现方法。
2、掌握半导体静态存储器的存取方法。

二、实验原理

1、总线传送
计算机全部工作过程，可以看作为信息的传送和加工过程，信息传送在机器内部是极为
频繁的。为了减少机器中的信息传输线，节省器件，提高传送能力及可靠性，采用总线方式
是常用的方法。通常用来建立总线的器件有两种：OC 门和三态门。对 OC 门，由于负裁能力、 阻抗匹配等问题，仅适宜于小规模的总线传送中应用，三态门是目前大量应用的总线传送器 件。其中 74LS244 是专做挂总线用的三态门器件之一，而 74LS373 锁存器也带有三态传输门。 可直接挂上总线。
2、建立总线的几个原则
（1）互斥性：挂上总线的各总线驱动器(发送端)必须具有分时操作的可能性，即不允
许在同一总线上同时有两个发送源发送信息。
（2）一致性：同一总线中所用挂总线的器件类型要一致，本实验均用三态门。
3、静态存储器实验电路
电路采用单总线结构，地址和数据都是通过同一组数据开关经过三态传输门挂上总线，
发送到相应计数器、地址寄存器或存贮器单元中。如何区分送入总线是地址还是数据，可以
通过控制操作时序来实现。计数器具有双向传输特性，即它可以从总线上接受信息，也可以
发送数据到总线上，(计数器可选用 74LSl61 和 74LS244 构成可预置计数器，并具有双向传送逻辑功能)，而输出缓冲器及地址寄存器仅是接收总线信息的部件。
存储器实验数据通路如图所示 ：

模型机的主存储器采用静态随机存储器，由存储体、地址译码器，读写电路和控制电路
组成。HM6116 为 2K×8 位的静态存储器。A7～A0 为地址线(高位地址线不用)，I/O 为数据线，W 为读写控制线，cs非 为片选信号。两片 74LS161组成 8 位地址寄存器，A、B、C、D 为地址输入端，QD～QA 为输出端。LD 控制操作模式，为低电平时置数，为高电平时计数。两片 74ls670 组成寄存器堆。一片 714ls244 驱动总线数据灯，一片 74ls273 为存储器送地址兼驱动地址灯。 插接孔共有 34 个插孔，所需导线共 17 根。
memorydatapath电路图如下：

8位74ls161电路图如下：

8位74ls670电路图如下：

同步四位计数器 74LS161 字长扩展如图 3-5 所示。D、C、B、A 为数据输入端；QD Qc QB QA，为数据输出端；PT 为使能端(高有效)；LD 为操作模式控制端(L 为置数，H 为计数)；
CK 端接受置数或计数脉冲；Ca 端为动态进位输出 Ca＝QD Qc QB QA；CR为 清零端。

三、实验器材

1、计算机组成原理实验系统 1 台
实验使用的部件：
● 存储器（MEM）模块
● 辅助电路模块（AUX）中的 74LS244
● 控制模块（CU）中的 74LS273(IR)
● 数据输入开关 D7-D0
● 控制开关 K7-K0
● A3-A0 按键。
2、5V 稳压电源一个
3、插接导线 17 根

四、实验步骤

1、插接 5V 电源输出插头到实验系统的插座，（这时，板子上电源开关应在关位置）。
2、插接 5V 电源到 220V 交流电源插座。
3、实验接线
4、存储器实验操作步骤举例
存储器数据读写分为主存储器读写和寄存器读写。例如，主存储器写操作为：在主存储
器 “00000001”和“00000010”两个地址位置分别存入“11110001”和“11001100”两个
数据；主存储器读操作为：在主存储器 “00000001”和“00000010”两个地址分别读出两
个数据。寄存器读写操作为：在 C 寄存器中写入数据“10101010”，并从 C 寄存器读出该数据。
a 主存储器读写实验
（1）置开关的初始状态
#K7、K5 置高，使 2 个传输门 74ls244 输出悬空。总线灯显示 11111111。
#k6 置 0，使 PC 的初始状态为置数模式。
#K4 置 1，K3 置 1。将存储器 6116 的使能状态关闭。
#K2 置 1，K1 置 1，将寄存器堆 74ls670 的使能状态关闭。
#K0 置 0，将指令寄存器 74ls273（IR）的使能状态关闭。
（2）上电与清零
#打开电源开关
#按 A3，对程序计数器 PC（2 个 74ls161）和 2 个 74ls273 清零。
（3）主存储器写操作
1）00000001 D7-D0 ；置第一个数据存储器地址
2）0K7 ；Switch→Bus非 置低，打开三态门 74LS244(1)，存储器地址打入总
线，BUS 灯显示 00000001

3）按 A1 ；74LS161 的 CK 置上升沿，总线上的地址打入程序计数器 PC
4）1K7 ；Switch→Bus非 置高，关三态门 74LS244(1)，BUS 灯显示 11111111
5）0K5 ；74LS244(2)的1G非 置低，地址由 PC 打入总线。BUS 灯显示 00000001
6）按 A2 ；74LS273(MAR)置上升沿，总线上地址打入主存储器地址寄存器。
ADR、BUS 灯均显示 00000001

7）1K5 ；1G非 置高，结束 PC 对总线的占用。BUS 灯显示 11111111
8）11110001 D7-D0 ；置第 1 个数据
9）0K7 ；Switch→Bus非 置低，打开三态门 74LS244（1），数据 1 打入总线。
BUS 灯显示 11110001

10）0K4 ；6116 芯片的W 非 置低，设置为写状态 18
11）0K3，1K3 ；发存储器 6116 芯片写脉冲，第 1 个数据写入 00000001 单元
12）1K7 ；关三态门 74LS244（1），BUS 灯显示 11111111。
13）1K6 ；74LS161 的 LD 端置高，设为计数模式
14）按 A1 ；74LS161 的 CK 端置上升沿，程序计数器 PC+1
15）0K5 ；74LS244(2)的1G非 置低，地址由 PC 打入总线。BUS 灯显示 00000010
16）按 A2 ；74LS273(MAR)的 CK 置上升沿，总线上地址打入存储器地址寄存器。 地址灯、BUS 灯均显示 00000010

17）1K5 ；74LS244(2)的1G 置高，结束 PC 对总线的占用。BUS 灯显示 11111111
18）11001100D7-D0 ；置第 2 个数据
19）0K7 ；Switch→Bus 置低，打开三态门 74LS244（1），数据打入总线。BUS 灯显示 11001100

20）0K3，1K3 ；发存储器 6116 芯片写脉冲，第 2 个数据写入 00000010 单元
21）0K6 ；74LS161 的 LD 端置低，程序计数器 PC 设为置数模式
22）1K7 ；Switch→Bus非 置高，关三态门 74LS244（1），写操作结束，BUS 灯
显示 11111111
（3）主存储器读操作
1）00000001 D7-D0 ；置第一个数据存储器地址
2）0 K7 ；Switch→Bus非 置低，打开三态门 74LS244（1），存储器地址打入总
线，BUS 灯显示 00000001
3）按 A1 ；74LS161 的 CK 置上升沿，把总线上的地址打入程序计数器 PC
4）1K7 ；witch→Bus非 置高，关三态门 74LS244（1），BUS 灯显示 11111111
5）0K5 ；74LS244（2）的1G 非 置低，地址由 PC 打入总线。BUS 灯显示 00000001
6）按 A2 ；74LS273(MAR)的 CK 置上升沿，总线上的地址送入存储器地址寄存
器。地址灯、BUS 灯均显示 00000001

7）1K5 ；74LS244(2)的1G非 置高，结束 PC 对总线的占用。BUS 灯显示 11111111
8）1K4 ；6116 的W非 端置高，存储器设置为读状态
9）0K3， ；6116 的CS非 置低，存储器使能，读出第 1 个数据，地址灯显示地址 00000001， BUS 灯显示读出的数据 11110001

10）1K3 ；6116 的CS非 置高，关闭存储器使能，BUS 灯显示 11111111
11）1K6 ；74LS161 的 LD 端置高，程序计数器 PC 设为计数模式
12）按 A1 ；74LS161 的 CK 端置上升沿，程序计数器 PC+1
13）0K5 ；(PC)→Bus非 置低，地址由程序计数器打入总线。BUS 灯显示 00000010
14）按 A2 ；LodMAR 置上升沿，总线上地址打入存储器地址寄存器。ADR、BUS
灯均显示 00000010

15）1K5 ；74LS244（2）的1G 非 置高，结束 PC 对总线的占用。BUS 灯显示 11111111
16）0K3 ；6116 的CS非 置低，存储器使能，读出第 2 个数据，地址灯显示
地址 00000010，BUS 灯显示第 2 个数据 11001100

17）1K3 ；6116 的CS非 置高，关闭主存储器使能，BUS 灯显 11111111
b 寄存器读写实验
（1）寄存器写操作
1）10D3-D2 ；写操作命令字，选择 C 寄存器
2）0K7 ；witch→Bus非 置低，打开三态门 74LS244（1），写选择命令打入总线，
BUS 灯显示 00001000

3）1K0，0K0 ；LodIR 置高，然后置低，脉冲将总线上的写选择命令打入指令
寄存器 IR
4）1K7 ；witch→Bus非 置高，关上三态门 74LS244（1）。BUS 灯显示 11111111
5）10101010D7~D0 ；置写入数据：10101010
6）0K7 ；witch→Bus非 置低，打开三态门 74LS244（1），数据打入总线。BUS
灯显示 10101010

7）0K1，1K1 ；WE非 置低，然后置高，数据写入 C 寄存器
8）1K7 ；witch→Bus非 置高，关上三态门 74LS244（1）。BUS 灯显示 11111111
（2）寄存器读操作
1）10D1~D0 ；读操作命令字，选择 C 寄存器
2）0K7 ；witch→Bus非 置低，打开三态门 74LS244（1），读选择命令打入总线
BUS 灯显示 00000010

3）1K0，0K0 ；LodIR 置高，然后置低，脉冲将总线上的读选择命令打入指令
寄存器 IR
4）1K7 ；witch→Bus非 置高，关三态门 74LS244（1）。BUS 灯显示 11111111
5）0K2， ； RE非 置低，寄存器读使能有效，数据从 C 寄存器读出。此时读数显
示在总线上，即 BUS 灯显示 10101010

6）1K2 ； RE 非 置高电平，关闭寄存器读使能，BUS 灯显示 11111111