计算机组成原理总结-3.2.存储系统（字位扩展）
本章的主要内容是对存储器容量的扩充，SRAM、DRAM和ROM都可以进行容量扩展。那么我们为什么要进行容量扩展呢？其中主要原因是因为单个存储芯片的容量有限，而实际的存储器是由多个芯片扩展而成。
存储器（存储芯片）与CPU连接，其中主要是通过数据、地址、控制三总线连接。存储芯片与CPU是多对一的关系，并不是一一对应连接。
我们在扩展过程中，主要存储芯片与CPU的外部引脚连接。存储器容量的主要扩充方式有：位扩展、字扩展和字位扩展
# 1.存储芯片与CPU的引脚：
存储芯片的外部引脚有：
数据总线：位数与存储单元字长相同，用于传送数据信息
地址总线：位数与存储单元个数为2^n关系，用于选择存储单元
读写信号/WE：决定当前对芯片的访问类型
片选信号/CS：决定当前芯片是否正在被访问
CPU与存储器连接的外部引脚：
数据总线：位数与机器字长相同，用于传送数据信息
地址总线：位数与系统中可访问单元个数为2^n的关系，用于选择访问单元
读写信号/WE：决定当前CPU的访问类型
访存允许信号/MREQ：决定是否允许CPU访问存储器
# 2.位扩展
位扩展正如其名字，扩展它的位数，存储单元数不变，每个单元的位数（字长）增加
例如：由1K*4的存储芯片构成1K*8的存储器
存储芯片与CPU引脚的连接中，地址线不变，数据线分别与CPU数据线的不同位连接，各芯片片选及读写信号直接与CPU的访存及读写信号连接
注：CPU是对各位扩展芯片的同一单元同时访问
下面是扩展方式的细节，其中地址没有发生变化，位扩展增加。
# 3.字扩展
字扩展是每个单元的位数不变，总的单元个数增加，刚好与位扩展相反。
例如：用1K*8的存储芯片构成2K*8的存储器
存储芯片与CPU的引脚连接中，各芯片的地址线与CPU的低位地址线直接连接，数据线中各芯片的数据线直接与CPU的数据线连接，各芯片的读写信号直接与CPU的读写信号连接，各芯片的片选信号由CPU的高位地址和访存信号产生。
注：CPU对该存储器的访问是对某一字扩展芯片的一个单元的访问
低位的地址线与各芯片的地址线并联，多余的高位地址线用来产生相应的片选信号
下面我们用16K*8的芯片构成64K*8的存储器：
为什么地址线是14根呢？因为存储单元为16K=16*2^10=2^14
数据线便是存储字长
我们需要4个存储芯片来构成存储器的地址分配：
第一片：00 00 0000 0000 0000 00 11 1111 1111 1111，即0000H-3FFFH
第二片：01 00 0000 0000 0000 01 11 1111 1111 1111，即4000H-7FFFH
第三片：10 00 0000 0000 0000 10 11 1111 1111 1111，即8000H-BFFFH
第四片：11 00 0000 0000 0000 11 11 1111 1111 1111，即C000H-FFFFH
# 4.字位扩展
将字扩展和位扩展结合起来，也就是单元位数和总的单元个数都增加，便是字位扩展。
例如：用1K*4的存储芯片构成2K*8的存储器
扩展方法：
先进行位扩展，形成满足位要求的存储芯片组；
再使用存储芯片组进行字扩展
也就是先变宽，再变长
例如：用L*K的芯片构成M*N的存储系统，所需要的芯片数为__
答：MN/LK
下面我们用几个具体的例子对上述问题进行一个解释，请各位小伙伴先思考再看答案哦。
例：用2M*8的SRAM芯片构成一个16M*8的存储器
（1）需要几块芯片？如何进行扩展？
（2）数据线怎么连？
（3）地址线怎么连？
（4）控制线怎么连？
做题思路：
1.审题时首先确定所需扩展的类型，选择合适的存储芯片，扩展原则是：尽量做简单的扩展
（位扩展—字扩展—字位扩展）
2.分析存储芯片和CPU引脚的特性（地址范围、地址线数据、容量要求等）确定引脚连接，尤其在进行字扩展时，特别注意片选信号的产生，通过38译码器或者24译码器进行选择。
答：
（1）8片2M*8的SRAM芯片进行字扩展
（2）各芯片的数据线均直接与CPU的8位数据总线连接
（3）各芯片的地址线均直接与CPU的最低21位地址线连接
（4）读写信号直接连接，剩余高3位地址线和/MREQ和译码产生各芯片的片选信号/CS连接
至于74LS138译码器，我们在数字逻辑中已经掌握，这里便不再阐述（没有学过的小伙伴也不要着急，可以在网上搜一下简单教程）
这是38译码器的一些功能特性
这是38译码器的逻辑功能表，大家可以自行查询。
例子：我们可以用一个更加复杂的案例来将上述知识点进行综合。
我们首先需要对存储器地址段进行分析：
6000H：0110 0000 0000 0000
67FFH：0110 0111 1111 1111
上边是系统程序区，我们不难发现存储大小为2^11=2K，则为2K*8位
6800H：0110 1000 0000 0000
6BFFH：0110 1011 1111 1111
上边是用户程序区，存储大小为2^10=1K，则为1K*8位
存储芯片我们可以选择：
系统程序区：1片2K*8 ROM
用户程序区：2片1K*4 RAM，做位扩展，
最后将系统程序区和用户程序区做一个字扩展
2K*8 ROM：
地址线：A0 – A10
数据线：D0 – D7
控制线：/CS（A15 – A11 (0110 0)）
1K*4 RAM：
地址线：A0 – A9
数据线：D0 – D3
控制线：/CS, /WE（A15 – A10 (0110 10)）
CPU：
地址线：A0 – A15
数据线：D0 – D7
控制线：/WE, /MREQ（A15 – A12 (0110)）
应当使用A15-A11作为地址译码信号，产生各存储芯片的/CS
存储器设计的连接要点：
地址线的连接：用CPU的低位地址线与芯片地址线直接连接
数据线的连接：用CPU的对应位数据线与芯片的数据线直接连接
读写控制信号的连接：用CPU的读写控制信号直接与存储芯片直接连接
片选线连接：一般用CPU的高位地址线和CPU的访存允许控制信号/MREQ，经过译码器姨妈后产生各芯片的片选信号，这也是最关键的地方
上边的总结可能不是很全，之后会定期更新补充，如果有错误的地方还请大家指正！
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