计算机组成原理第4章第三讲

1、第四章第四章 存储器存储器第第3讲讲v存储器概述存储器概述分类分类层次结构层次结构v主存储器主存储器概述概述半导体存储芯片半导体存储芯片静态随机存储器静态随机存储器动态随机存储器动态随机存储器只读存储器只读存储器存储器与存储器与CPU的连接的连接存储器的校验存储器的校验主要内容主要内容 用用 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成 1K 8位位 的存储器的存储器？片？片 六、存储器与六、存储器与 CPU 的连接的连接 1. 存储器容量的扩展存储器容量的扩展 (1) 位扩展位扩展（增加存储字长）（增加存储字长）10根地址线根地址线8根数据线根数据线DD D0479AA021142114CSWE2

2、片片 (2) 字扩展（增加存储字的数量）字扩展（增加存储字的数量） 用用 1K 8位位 存储芯片组成存储芯片组成 2K 8位位 的存储器的存储器11根地址线根地址线8根数据线根数据线？片？片2片片1K 8 8位位1K 8 8位位D7D0WEA1A0A9CS0A10 1CS1 (3) 字、位扩展字、位扩展用用 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成 4K 8位位 的存储器的存储器8根数据线根数据线12根地址线根地址线WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片选片选译码译码1K41K41K41K41K41K41K41K4？片？片8片片 2. 存储器与存储器与 CPU 的连接的

3、连接 (1) 地址线的连接地址线的连接(2) 数据线的连接数据线的连接(3) 读读/写命令线的连接写命令线的连接(4) 片选线的连接片选线的连接(5) 合理选择存储芯片合理选择存储芯片(6) 其他其他 时序、负载时序、负载要特别注意片与片之要特别注意片与片之间的地址线、数据线间的地址线、数据线和控制线的连接和控制线的连接CPUCPU地址线的低位与存储芯片的地址线的低位与存储芯片的地址线相连，高位或在存储芯地址线相连，高位或在存储芯片扩充时用或做其他用途，如片扩充时用或做其他用途，如片选信号；片选信号；对存储芯片扩展使其数据位数对存储芯片扩展使其数据位数和和CPUCPU的数据线一致；的数据线一致

4、； 访存控制信号（访存控制信号（MREQMREQ）CPUCPU的高位地址的高位地址 ROMROM存放系统程序、标准子存放系统程序、标准子程序和各类常数；程序和各类常数；RAMRAM用户用户编程编程 74138译码器译码器G1CBAG2BG2AY7Y6Y0 CPU芯片引脚图芯片引脚图MREQA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR 例例1（书（书94页例页例4.1）(1) 写出对应的二进制地址码写出对应的二进制地址码(2) 确定芯片的数量及类型确定芯片的数量及类型0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A13 A11 A10 A7 A4

5、A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8位位1K8位位RAM2片片1K4位位ROM1片片 2K8位位 6 0 0 0 6 7 F F 6 8 0 0 6 B F F(3) 分配地址线分配地址线A10 A0 接接 2K 8位位 ROM 的地址线的地址线A9 A0 接接 1K 4位位 RAM 的地址线的地址线(4) 确定片选信号确定片选信号C B A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A1

6、0 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K 8位位1片片 ROM1K 4位位2片片RAM 2K 8位位 ROM 1K 4位位 RAM1K 4位位 RAM&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2AMREQA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR例例 1 CPU 与存储器的连接图与存储器的连接图CPU与存储芯片连接设计与存储芯片连接设计4步骤步骤(1)根据十六进制地址范围写出二进制地址根据

7、十六进制地址范围写出二进制地址码，并确定其容量；码，并确定其容量；(2)根据地址范围以及该范围在计算机系统根据地址范围以及该范围在计算机系统中的作用确定芯片的数量及类型；中的作用确定芯片的数量及类型；(3)分配分配CPU地址线地址线(CPU低位与存储芯片低位与存储芯片地址相连，高位和访存信号共同产生片地址相连，高位和访存信号共同产生片选信号）；选信号）；(4)确定片选信号确定片选信号(1) 写出对应的二进制地址码写出对应的二进制地址码例例2 假设同例假设同例1，要求最小，要求最小 4K为系统为系统 程序区，相邻程序区，相邻 8K为用户程序区。为用户程序区。(2) 确定芯片的数量及类型确定芯片的

8、数量及类型(3) 分配地址线分配地址线(4) 确定片选信号确定片选信号1片片 4K 8位位 ROM 2片片 4K 8位位 RAMA11 A0 接接 ROM 和和 RAM 的地址线的地址线 4K 8位位 ROM 4K 8 8位位 RAM4K 8 8位位 RAMPD/ProgrY0G1CBAG2BG2AMREQA15A14A13A12A11A10A0D7D4D3D0WR例例 2 CPU 与存储器的连接图与存储器的连接图+5VY1Y2例例 3 设设 CPU 有有 20 根地址线，根地址线，8 根数据线。根数据线。 并用并用 IO/M 作访存控制信号。作访存控制信号。RD 为读命令，为读命令， WR

9、为写命令。现有为写命令。现有 2764 EPROM ( 8K 8位位 ), 外特性如下：外特性如下：用用 138 译码器及其他门电路（门电路自定）画出译码器及其他门电路（门电路自定）画出 CPU和和 2764 的连接图。要求地址为的连接图。要求地址为 F0000HFFFFFH , 并并写出每片写出每片 2764 的地址范围。的地址范围。D7D0CEOECE片选信号片选信号OE允许输出允许输出PGM可编程端可编程端PGMA0A12(1) 写出对应的二进制地址码写出对应的二进制地址码(2) 确定芯片的数量及类型确定芯片的数量及类型(3) 分配地址线分配地址线(4) 确定片选信号确定片选信号8片片

10、8K 8位位 EPROMA12 A0 接接 EPROM的地址线的地址线F0000H-FFFFFH 容量容量64KIO/M控制译码器工作，控制译码器工作，RD对应对应OE,WE对对应应PGMA13 A15 译码器输入端和高位地址一起片选译码器输入端和高位地址一起片选七、存储器的校验七、存储器的校验编码的纠错编码的纠错 、检错能力与编码的最小距离有关、检错能力与编码的最小距离有关L 编码的最小距离编码的最小距离D 检测错误的位数检测错误的位数C 纠正错误的位数纠正错误的位数汉明码是具有一位纠错能力的编码汉明码是具有一位纠错能力的编码L 1 = D + C ( DC )1 . 编码的最小距离编码的最

11、小距离任意两组合法代码之间任意两组合法代码之间 二进制位数二进制位数 的的 最少差异最少差异L = 3 最多纠错最多纠错 1位位 最多检错最多检错 2位位 汉明码的组成需增添汉明码的组成需增添 ？位检测位位检测位检测位的位置检测位的位置 ？检测位的取值检测位的取值 ？2k n + k + 1组成汉明码的三要素组成汉明码的三要素2 . 汉明码汉明码2i-1 ( i = 1，2， ， k )（1）汉明码的组成）汉明码的组成各检测位的取值与该位所在的检测各检测位的取值与该位所在的检测“小组小组” 中各位数值，以及校验方式有关中各位数值，以及校验方式有关各检测位各检测位 Ci 所承担的检测小组为所承担

12、的检测小组为gi 小组独占第小组独占第 2i1 位位gi 和和 gj 小组共同占第小组共同占第 2i1 + 2j1 位位gi、gj 和和 gl 小组共同占第小组共同占第 2i1 + 2j1 + 2l1 位位 C1 检测的检测的 g1 小组包含第小组包含第 1，3，5，7，9，11，C2 检测的检测的 g2 小组包含第小组包含第 2，3，6，7，10，11，C4 检测的检测的 g3 小组包含第小组包含第 4，5，6，7，12，13，C8 检测的检测的 g4 小组包含第小组包含第 8，9，10，11，12，13，14，15，24，奇校验奇校验v各检测位的值使各自对应监测小组中为各检测位的值使各自对

13、应监测小组中为1的位数为的位数为奇数；奇数；v如汉明码为如汉明码为7位，则检测位位，则检测位C1应使应使1、3、5、7位中位中的的1的个数为奇数，的个数为奇数，C2则应使则应使2、3、6、7位中位中1的的个数为奇数，个数为奇数，C4则应使则应使4、5、6、7位中位中1的个数为的个数为奇数；奇数；偶校验偶校验v各检测位的值使各自对应监测小组中为各检测位的值使各自对应监测小组中为1的位数为的位数为偶数；偶数；奇偶校验奇偶校验例例1 求求 0101 按按 “偶校验偶校验” 配置的汉明码配置的汉明码解：解： n = 4根据根据 2k n + k + 1得得 k = 3汉明码排序如下汉明码排序如下:二进

14、制序号二进制序号名称名称1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 0101 的汉明码为的汉明码为 0100101b4b3 b2 b110C1= 3 5 7 = 0C2= 3 6 7 = 1C4= 5 6 7 = 001 0 1得各检测位位置得各检测位位置20 21 22由由 2i-1 ( i = 1，2， ， k )求求 0011按按“奇校验奇校验”配置配置 的汉明码的汉明码 二进制序号二进制序号 名称名称1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 1 100 1 1解：解： n = 4 根据根据 2k n + k + 1取取 k = 3C1= 3 5 7 = 0C2= 3 6 7 =

15、1C4= 5 6 7 = 1 0011 的汉明码为的汉明码为 0101011例例2按配偶原则配置按配偶原则配置 1011 的汉明码的汉明码 二进制序号二进制序号 名称名称1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 1 010 1 1解：解： n = 4 根据根据 2k n + k + 1取取 k = 3C1= 3 5 7 = 0C2= 3 6 7 = 1C4= 5 6 7 = 0 0011 的汉明码为的汉明码为 0110011练习练习1（2） 汉明码的纠错过程汉明码的纠错过程形成新的检测位形成新的检测位 Pi ，如增添如增添 3 位位 （k = 3），）， 新的检测位为新的检测位为 P4 P

16、2 P1 。以以 k = 3 为例，为例，Pi 的取值为的取值为P1 = 1 3 5 7P2 = 2 3 6 7P4 = 4 5 6 7对于按对于按 “偶校验偶校验” 配置的汉明码配置的汉明码 不出错时不出错时 P1= 0，P2 = 0，P4 = 0C1C2C4其位数与增添的检测位有关，其位数与增添的检测位有关，P1= 1 3 5 7 = 0 无错无错P2= 2 3 6 7 = 1 有错有错P4= 4 5 6 7 = 1 有错有错P4P2P1 = 110第第 6 位出错，可纠正为位出错，可纠正为 0100101，故要求传送的信息为故要求传送的信息为 0101。纠错过程如下纠错过程如下例例3解：

17、解： 已知接收到的汉明码为已知接收到的汉明码为 0100111（按配偶原则配置）试问要求传送的信息是什么（按配偶原则配置）试问要求传送的信息是什么? 练习练习2P4 = 4 5 6 7 = 1P2 = 2 3 6 7 = 0P1 = 1 3 5 7 = 0 P4 P2 P1 = 100第第 4 位错，可不纠位错，可不纠写出按偶校验配置的汉明码写出按偶校验配置的汉明码0101101 的纠错过程的纠错过程v汉明码形成过程汉明码形成过程首先根据首先根据2k n + k + 1，求出需增加的检测位位，求出需增加的检测位位数数k；再根据再根据2i-1 ( i = 1，2， ， k )确定确定Ci的位置；

18、的位置；然后根据奇偶原则配置然后根据奇偶原则配置Ci各位的值，各位的值，注意：按奇注意：按奇配置与偶配置所求得的配置与偶配置所求得的Ci值正好相反值正好相反；纠错时，新的检测位纠错时，新的检测位Pi的取值与奇偶配置原则是的取值与奇偶配置原则是相对应的；相对应的；对于偶配置，不出错时对于偶配置，不出错时Pi的取值为的取值为0；而；而对于奇对于奇配置，不出错时配置，不出错时Pi的值为的值为1；vCyclic Redundancy CheckCyclic Redundancy Check，CRCCRCv基于模基于模2 2运算而建立编码规则的校验码，是在运算而建立编码规则的校验码，是在k k位信息码之

19、后拼接位信息码之后拼接r r位校验码；位校验码；v应用应用CRCCRC码的关键是如何从码的关键是如何从k k位信息位简便地得位信息位简便地得到到r r位校验位位校验位( (编码编码) )，以及如何从，以及如何从k+rk+r位信息码判断位信息码判断是否出错；是否出错；vCRCCRC码可以发现并纠正信息存储或传送过程中码可以发现并纠正信息存储或传送过程中连续出现的多位错误连续出现的多位错误 。3. 3. 循环冗余校验码循环冗余校验码 （1 1）模）模2 2运算运算以按位模以按位模2 2相加为基础的四则运算，不考虑进位和相加为基础的四则运算，不考虑进位和借位；借位；模模2 2加减加减v即即 0 00

20、=00=0， 0 01=11=1，1 10=10=1，1 11=01=0；v按位加，可用异或逻辑实现；两个相同的数据的模按位加，可用异或逻辑实现；两个相同的数据的模2 2和为和为0 0；模；模2 2加与模加与模2 2减的结果相同；减的结果相同；模模2 2乘乘v按模按模2 2加求部分积之和加求部分积之和. .v例如：例如：0 0 0 01 1 1 01 1 1 01 1 1 0 1 1 01 0 0 1 0 0模模2除除v按模按模2减求部分余数，每求一位商应使部分余数减求部分余数，每求一位商应使部分余数减少一位；减少一位；v上商的原则上商的原则当部分余数的首位为当部分余数的首位为1时，商取时，商

21、取1；当部分余数的首位为当部分余数的首位为0时，商取时，商取0。当部分的余数的位数小于除数的位数时，该余数即当部分的余数的位数小于除数的位数时，该余数即为最后余数。为最后余数。例：被除数例：被除数101101，除数，除数1101，商？余数？，商？余数？商商 110，余数，余数0011（2 2） CRCCRC码的编码方法码的编码方法在纠错编码代数中，把以二进制数字表示的一个数据系在纠错编码代数中，把以二进制数字表示的一个数据系列看成一个多项式。列看成一个多项式。如，可将待编码的如，可将待编码的k k位有效信息位组表达为多项式位有效信息位组表达为多项式M(x)M(x)M(x)=CM(x)=Ck-1

22、k-1X Xk-1k-1 +C +Ck-2k-2X Xk-2k-2 + + C + + Ci iX Xi i + + C+ + C1 1X+CX+C0 0式中式中C Ci i为为0 0或或1 1，由对应二进制数确定；如待编码数为，由对应二进制数确定；如待编码数为11001100，则，则M(x)=XM(x)=X3 3+X+X2 2+0+0;+0+0;若将信息位组左移若将信息位组左移r r位，则可表示为多项式位，则可表示为多项式M(x)XM(x)Xr r。这。这样就可空出样就可空出r r位，以便拼接位，以便拼接r r位校验位，即：位校验位，即：n=(k+r)n=(k+r)位位信息位组信息位组k k

23、位位左移左移r r位位k k位位+ r+ r位位信息位组左移信息位组左移 r 位情况位情况CRC码就是用多项式码就是用多项式M(x)XM(x)Xr r 除以生成多项式除以生成多项式G(x)（即产生效验码的多项式），所得的余数作为校验（即产生效验码的多项式），所得的余数作为校验位；位；设所得余数表达为设所得余数表达为R(x)，商为，商为Q(x)，将余数拼接在，将余数拼接在信息位组左移信息位组左移r位空出的位空出的r位上，就构成这个有效信位上，就构成这个有效信息的息的CRC码。这个码。这个CRC码可用多项式表达为：码可用多项式表达为： M(x)Xr + R(x) = Q(x)G(x) + R(x)

24、 + R(x) = Q(x)G(x) + R(x)+R(x) = Q(x)G(x)所得所得CRC码可被码可被G(x)表示的数码除尽。表示的数码除尽。模模2和为和为0v例例4（P145） 对对4位有效信息位有效信息(1100)求循环校验编码，求循环校验编码，选择生成多项式选择生成多项式(1011)。v解：解： 有效信息有效信息 M(x)=x3+x2 由多项式由多项式 G(x)=x3+x+1 得得 k+1=4 所以所以 k=3 ，将有效信息左移，将有效信息左移k位后再被位后再被G(x)模模2除，除， 得得 M(x) x3=1100000=x6+x5 M(x)x3 /G(x)=1100000/101

25、1 =1110+010/1011 所以所以 M(x)X3 + R(x)=1100000 + 010 =1100010上面循环校验码中上面循环校验码中n=7，k=4，称为，称为(7，4)码码说明：生成多项式不是随意设定的，也不是唯一的，上面说明：生成多项式不是随意设定的，也不是唯一的，上面例子中生成多项式使用例子中生成多项式使用1011 ，也可以用，也可以用1101 ；大家算一下使用大家算一下使用1101时，计算出的时，计算出的R(x)=？，？，(7，4)码为？码为？R(x)=101,（7,4）码）码 1100101（3）CRC码的纠错码的纠错在接收方将收到的在接收方将收到的CRC码用约定的生成