微处理器系统结构与嵌入式系统设计（第二版）chapter5习题解答2

5.10 用16K×1位的DRAM芯片组成64K×8位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。

(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？

（1）组建存储器共需DRAM芯片数N=（64K*8）/（16K*1）=4*8（片）。

每8片组成16K×8位的存储区， A13~A0作为片内地址，用A15、A14经2:4译码器产生片选信号

，逻辑框图如下（图有误：应该每组8片，每片数据线为1根）

（2）设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，刷新周期为2ms。因为刷新每行需0.5μS，则两次（行）刷新的最大时间间隔应小于：

为保证在每个1μS内都留出0.5μS给CPU访问内存，因此该DRAM适合采用分散式或异步式刷新方式，而不能采用集中式刷新方式。

? 若采用分散刷新方式，则每个存储器读/写周期可视为1μS，前0.5μS用于读写，后0.5μS用于刷新。相当于每1μS刷新一行，刷完一遍需要128×1μS＝128μS，满足刷新周期小于2ms的要求；

? 若采用异步刷新方式，则应保证两次刷新的时间间隔小于15.5μS。如每隔14个读写周期刷新一行，相当于每15μS刷新一行，刷完一遍需要128×15μS＝1920μS，满足刷新周期小于2ms的要求；

需要补充的知识：

刷新周期：从上一次对整个存储器刷新结束到下一次对整个存储器全部刷新一遍为止的时间间隔。刷新周期通常可以是2ms，4ms或8ms。

DRAM一般是按行刷新，常用的刷新方式包括：

? 集中式：正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。

特点：存在一段停止读/写操作的死时间，适用于高速存储器。

（DRAM共128行，刷新周期为2ms，读/写/刷新时间均为0.5μS）

? 分散式：一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。

特点：不存在停止读/写操作的死时间，但系统运行速度降低。

（DRAM共128行，刷新周期为128μs，tm＝0.5μS为读/写时间，tr＝0.5μS为刷新时间，

tc＝1μS为存储周期）

? 异步式：前两种方式的结合，每隔一段时间刷新一次，只需保证在刷新周期内对整

个存储器刷新一遍。

5.11若某系统有24条地址线，字长为8位，其最大寻址空间为多少？现用 SRAM2114(1K*4)存储芯片组成存储系统，试问采用线选译码时需要多少个2114存储芯片？

该存储器的存储容量=224 *8bit=16M字节

如果是采用全译码，需要SRAM2114(1K*4)存储芯片数目：

16M?81K?4?16?2组?2片/组?32?2片?32000片1010

该题采用的是线选译码，一个SRAM2114(1K*4)存储器需要10根地址线，则可利用单独的高14位地址信号作为片选信号，故需要的SRAM2114(1K*4)存储芯片数目为14组*2个/组=28个。

5.12 在有16根地址总线的机系统中画出下列情况下存储器的地址译码和连接图。

（1）采用8K*1位存储芯片，形成64KB存储器。

（2）采用8K*1位存储芯片，形成32KB存储器。 （3）采用4K*1位存储芯片，形成16KB存储器。

由于地址总线长度为16，故系统寻址空间为216?8?64K?8bit

（1）8K*1位存储芯片地址长度为13，64KB存储器需要8组，每组8个8K*1位存储芯片，故总共需要16根地址总线，地址译码为：

第一片 地址范围 第二片 地址范围 第三片 地址范围 第四片 共需8片地址范围 0000H~ 1FFFH 2000H~ 3FFFH 4000H~ 5FFFH 6000H~ 7FFFH A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8K*1位存储第五片 8000H~ 芯片 地址范围 9FFFH 红色为片选 第六片 0A000H~ 1 0 1 地址范围 0BFFFH 1 0 1 第七片 0C000H~ 1 1 0 1 1 0 地址范围 0DFFFH 第八片 其连线图如下：

0E000H~ 1 1 1 1 1 1 地址范围 0FFFFH CSENA15A14A13CBAQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q774LS138CSA0~A12ABRDWR8ABRDDWR7CS...DABRDWR2CSABRDDWR1CSD8K*1位存储芯片数据总线D

（2）8K*1位存储芯片地址长度为13，32KB存储器需要4组，每组8个8K*1位存储芯片故总共需要15根地址总线，地址译码为：

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 第一片 0000H~ 地址范围 1FFFH 第二片 2000H~ 8K*1位存储地址范围 3FFFH 芯片 第三片 4000H~ 共需4片红色为片选 地址范围 第四片 地址范围 其连线图如下：

5FFFH 6000H~ 7FFFH CSENA15A14A13CBAQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q774LS138CSA0~A12ABRDWR4ABRDDWR3CSABRDDWR2CSABRDDWR1CSD8K*1位存储芯片数据总线D

（3）4K*1位存储芯片地址长度为12，16KB存储器需要4组，每组8个4K*1位存储芯片故总共需要14根地址总线，地址译码为：

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 第一片 0000H~ 地址范围 0FFFH 第二片 1000H~ 4K*1位存储地址范围 1FFFH 芯片 第三片 2000H~ 共需4片红色为片选 地址范围 第四片 地址范围 其连线图如下： 方案一：

2FFFH 3000H~ 3FFFH

CSA15A14A13A12ENCBAQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q774LS138CSA0~A11ABRDWR4ABRDDWR3CSABRDDWR2CSABRDDWR1CSD4K*1位存储芯片数据总线D方案二：

CS74LS138ENA15A14A13CBAQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7A12A12A0~A11CS4DCS3DCS2DCS1DABRDWRABRDWRABRDWRABRDWR8K*1位存储芯片数据总线D

5.13试为某8位计算机系统设计一个具有8KB ROM和40KB RAM的存储器。要求ROM用EPROM芯片2732组成，从0000H地址开始；RAM用SRAM芯片6264组成，从4000H地址开始。

查阅资料可知，2732容量为4K×8(字选线12根)，6264容量为8K×8(字选线13根)，因此本系统中所需芯片数目及各芯片地址范围应如下表所示：

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 第一片 0000H~ 共需2片2732构成系地址范围 0FFFH 统ROM 第二片 1000H~ 1FFFH 红色为片选 地址范围 第一片 4000H~ 地址范围 5FFFH 第二片 6000H~ 地址范围 7FFFH 共需5片6264构成系第三片 8000H~ 统RAM 地址范围 9FFFH 红色为片选 第四片 0A000H~ 1 0 1 地址范围 0BFFFH 1 0 1 第五片

硬件连线方式之一如下图所示：

CS 38 6 EN 译 C 码 2 B 1 A 器 0 0C000H~ 1 1 0 地址范围 0DFFFFH 1 1 0 A15 A14 A13 A12 A0-A11 RD WR D0-D7 ?? 未用 ?? AB CS AB CS A0-A12 RD WR AB CS AB CS 2732 1 WR D0-7 2732 2 WR D0-7 6264 RD 1 WR D0-7 ?? 6264 RD 5 WR D0-7

说明：

①8位微机系统地址线一般为16位。采用全译码方式时，系统的A0～A12直接与6264的13根地址线相连，系统的A0～A11直接与2732的12根地址线相连。片选信号由74LS138译码器产生，系统的A15～A13作为译码器的输入。

②各芯片的数据总线（D0~D7）直接与系统的数据总线相连。 ③各芯片的控制信号线（RD、WR）直接与系统的控制信号线相连。

5.14试根据下图EPROM的接口特性，设计一个EPROM写入编程电路，并给出控制软件的流程。

+5VD0~D7O0~O7A0~A7A0~A13CEPGMVCCVPPGND

高位地址译码编程控制信号RD+12VOE

EPROM写入编程电路设计如下图所示：

D0~D7+5VO0~O7A0~A7A0~A13CEPGMVCCVPPGND+12V控制模块高位地址译码编程控制信号RDOE参照网上2764EPROM工作方式如下：

其控制软件流程如下：

（1） 利用30W紫外线灯在距芯片2cm位置照射5分钟即可擦除EPROM中的内容，

擦除后其内容均为“1”，读出内容为“FF”；

（2） 处理器控制信号将OE信号为电平”1”无效（写模式），PGM信号为电平”0”有

效（编程控制模式），软件进入编程状态，对EPROM存储器进行写入编程操作；同时高位地址译码信号CE为电平”0”有效选中该片EPROM；

（3） 对存储器对应0000H~3FFFH地址的数据依次进行写入操作（其中高位地址为0、

低位地址A0~A13从0000H到3FFFH依次加1）写入的值为数据总线D0~D13对应的值。

（4） 存储器地址为3FFFH时，写入操作完成，CPU停止对EPROM的编程状态，释

放对OE信号和PGM信号的控制。

注：EPROM的型号是以27开头的，如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。 EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部的每一个存储单元的数据都为1（高电平）。

5.15试完成下面的RAM系统扩充图。假设系统已占用0000~ 27FFH段内存地址空间，并拟将后面的连续地址空间分配给该扩充RAM。

A15

A14 A13 A12 A11

系统 A10

译码器输出 A15~A14 A13 /Q0 /Q1 /Q2 /Q3 /Q4 /Q5 /Q6 /Q7

下面方案的问题：

00 0 0 0 0 1 1 1 1 A12 0 0 1 1 0 A11 0 1 0 1 0 A10~A0 地址空间 0000H~07FFH 0800H~0FFFH 1000H~17FFH 1800H~1FFFH 2000H~27FFH 2800H~2BFFH 2C00H~2FFFH 0000000000~11111111111 0 1 1 1 0 1 0 000000000~1 1111111111 1． 地址不连续，驱动设计可能会比较麻烦； 2． 地址重复，浪费系统地址空间；

3． 不容易理解，实际上使用可能会有问题；

5.16某计算机系统的存储器地址空间为A8000H~CFFFFH，若采用单片容量为16K*1位的SRAM芯片， （1）系统存储容量为多少？

（2）组成该存储系统共需该类芯片多少个？ （3）整个系统应分为多少个芯片组？

（1）该计算机系统的存储器地址空间为A8000H~CFFFFH，系统存储容量为：

(D0000H-A8000H)?8bit=28000H*8bit=160KB

（2）单片容量为16K*1为的SRAM芯片的存储容量为16Kbit=2KB

组成该存储系统共需该类芯片160KB/2KB=80个 （3）题目未给出该系统的数据位宽为多少，此处设为8bit位宽 则每组芯片组需要8个单片容量为16K*1为的SRAM芯片 所有整个系统应分为80/8=10个芯片组。

5.17 由一个具有8个存储体的低位多体交叉存储体中，如果处理器的访存地址为以下八进制值。求该存储器比单体存储器的平均访问速度提高多少（忽略初启时的延时）？

（1）10018，10028，10038，…，11008 （2）10028，10048，10068，…，12008 （3）10038，10068，10118，…，13008

此处题目有误，10018应为

10018，依次类推

低位多体交叉存储体包含8个存储体，故处理器每次可同时访问相邻8个地址的数据 （1）访存地址为相邻地址，故存储器比单体存储器的平均访问速度提高8倍；

（2）访存地址为间隔2个地址，故存储器比单体存储器的平均访问速度提高4倍； （3）访存地址为间隔3个地址，但访存地址转换为十进制数为3、6、9、12、15、18、21、24、27，分别除8的余数为3、6、1、4、7、2、5、0、3，故存储器比单体存储器的平均访问速度提高8倍。

低位多体交叉存储体包含8个存储体，故处理器每次可同时访问相邻8个地址的数据 （1）访存地址为相邻地址，故存储器比单体存储器的平均访问速度提高8倍；

（2）访存地址为间隔2个地址，故存储器比单体存储器的平均访问速度提高4倍； （3）访存地址为间隔3个地址，但访存地址转换为十进制数为3、6、9、12、15、18、21、24、27，分别除8的余数为3、6、1、4、7、2、5、0、3，故存储器比单体存储器的平均访问速度提高8倍。

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