计算机组成原理与体系结构-实验三 存储器（Proteus 8.15）
目录
一、实验目的
二、实验内容
三、实验器件
四、实验原理
五、实验步骤
六、思考题
一、实验目的
1、了解静态随机存储器 RAM 和只读存储器 ROM 的工作特性及读写方法。
2、掌握存储器与总线的连接及存储器地址空间映射的原理。
二、实验内容
设计一个 8 位字长、12位地址空间（利用率非100%，没有完全一一对应的映射关系，严谨的数学表示应该叫单射且非满射）的存储器通路，与 ROM 和 RAM 两个地址相互独立的（内部）存储器建立映射关系，实现对 ROM只读存储器 和 RAM 随机存取存储器的数据读写操作及数据成批导入 ROM 的操作。
本质上就是两层映射，第一层映射是把12位空间的外地址分配哪些有效（连续）区段分配给ROM、给RAM（“外部偏置”）；第二层映射就是有效区段的地址对应到ROM或者RAM存储器的哪些存储区段（根据实际器件，ROM地址空间最大是13位，RAM是11位，本实验只用到ROM的低9位空间和RAM的低7位空间），一般来说是从连续区域到连续区域的映射，需要设置一个 “内部偏置”，本实验内部偏置均为0。
具体的映射关系如下图，需要把外部空间的0x000-0x1FF对应到ROM的0x000到0x1FF（13位表示，这里最高位（内部偏置）是0，用十六进制简化表示），把0xF80-0xFFF对应到RAM的0x80-0xFF（最高3位是000，内部偏置是0）。
图 11 映射关系
三、实验器件
1、只读存储器 2764 及静态随机存储器 6116。
2、三态门（74LS244）、寄存器（74LS273）及 3-8 译码器(74LS138)。
四、实验原理
实验课提供的实验指导中关于原理这一部分的内容太长，而且个人感觉重点不是很突出。
其实只需要弄明白下面的核心逻辑一张图，就会连接存储器映射通路的核心（中枢）电路，其他的连线相对友好。
图 12 实验三 RAM/ROM存储器 核心逻辑
本实验绝大多数操作都是在设定外部偏置，其核心逻辑就是2个3-8译码器的连线设计，译码器的输入和地址空间的最高4位有关，也就是外部偏置，输出连接存储器的CE
片选输入。具体结构见图13。
12位地址空间address的MSB(address[11])对应片选信号（E1），address[10:8]输入译码器，根据要求图（图11），对于RAM这三位都是1，还需要结合address[7]的值（相当于又一个外部偏置），所以RAM的片选输入信号CE=Y7+Q7
。如果要加更多的偏置（缩小内部有效空间）可以使用多输入或门，全0才能使能存储器。对于ROM，唯一的不同就是address[10:8]出现了两组取值000和001，所以ROM的片选输入信号CE=Y0Y1
。更多的输入（扩大内部有效空间）可以选用多输入与门，只要有1个0（3-8译码器的每个输出大部分时候都是1）就可以使能存储器。
如果要调整内部偏置，直接调整ROM的A12-A9输入和RAM的A10-A7输入。
图 13 3-8译码器电路结构[1]
五、实验步骤
图 14 实验三 存储器 把ROM的数据写入RAM后，再把RAM的数据输出显示到7段数码管（Proteus 8.15）
六、思考题
1. 假设把 .asm 文件中的某个 ORG 语句改为“ORG 0224H”，请问该 ORG 定义 的数据段还能被访问到么？如果不能，是数据批量导入 ROM 出错么？请修改 ROM 的地址片选电路，保证“ORG 0224H”所定义的数据段能被访问到。
这就是在调整内部地址空间的偏置，原来偏置是0x0000（其实本实验用到的ROM只有13位地址空间），现在调整为0x0200（0000 0010 0000 0000）,所以把ROM的A9输入连接POWER高电平（常量）即可。
2. 为何 ROM 和 RAM 需要使用两个独立的 3-8 译码器？假设 RAM 的片选电路与 ROM的片选电路共用一个 3-8 译码器，即 ROM 所在 3-8 译码器的最低 2个端口给 ROM 使用，最高 1个端口给 RAM 使用。请给出 ROM 和 RAM 的地址空间范围。
这是关于外部映射的问题。因为两个存储器对应的外部映射，在12位地址空间中MSB不同，ROM是0，RAM是1，所以译码器的片选信号在不同情况下有效；这和实验的要求相关，如果都是0（低一半空间）或者1（高一半空间），那么两个3-8译码器是可以合并的。
所以提出了第二个子问题，这时候自然有两种情况，ROM->0x000-0x1FF、RAM->0x780-0x7FF；或者 ROM->0x800-0x9FF、RAM->0xF80-0xFFF。
3. 假设 RAM 的地址空间范围改为 800H-8FFH，请问存储器地址片选电路如何修改？假设再把 ROM 的地址空间范围改为 600H-7FFH，请问存储器地址片选电路又如何修改？
这也是外部映射的问题。显然需要使用两个3-8译码器，因为12位地址空间的MSB出现了“分歧”。注意RAM的内部有效空间变成了8位，内部偏置为0不变，RAM的片选输入信号
；ROM内部有效空间位数不变，内部偏置为0不变（根据.asm烧录程序而定），片选输入信号、
。
图 15 实验三 存储器 思考题3 改造的片选逻辑
图 16 实验三 存储器 思考题3 把ROM的数据写入RAM后，再把RAM的数据输出显示到7段数码管