由于单片存储芯片的容量总是有限的,很难满足实际的需要,因此必须将存储芯片连在一起才能组成足够的容量。这个过程简称主存扩容。常见的扩容方式有:字扩展,位扩展,字位同时扩展
主存与CPU的连接通过数据总线,地址总线,控制总线与CPU相连接。如下图所示:
其中:
地址线决定了CPU可寻址的最大内存空间。
控制总线(读写)指出总线周期的类型和本次输入输出操作完成的时刻。
MDR:数据寄存器,用来存入内存中读入/写出的信息。
MAR:地址寄存器,用来存放当前CPU访问的内存单元地址
位扩展是指增加存储字长,例如,2片1K X4位的芯片,可以组成1K X 8位的存储器。满足下列条件时,采用位扩展的方式:
例如下题:
利用1K×4位的SRAM芯片,设计一个存储容量为1K×8位的SRAM存储器,问:需要芯片,地址线,数据线的数量各为多少?
分析:显然从1K X 4 位 ——>1k X 8位,字长不变,只是位长发生了变化。所以使用位扩展。所以,有:
(1)需要芯片数为:
(1K×8)/(1K×4)=2片
(2)需要地址线数为:
1k表明存储单元个数,1k = 2^10,说明有10根地址线。
(3)需要多少根数据线?
需要组成8位的存储器,8代表数据线的位数,每片芯片占4根线即可实现位扩展。
这种方式仅仅增加了存储单元数,各单元位数不变。
如下题:
利用1K×8位的DRAM芯片,设计2K×8位的DRAM存储器(字扩展),问需要芯片,地址线,数据线的数量各为多少?
解析:显然从1K X 8 位 ——>2k X 8位,字数边长,位数不变,应该选字扩展。
(1)需要几片芯片?
d=(2K×8)/(1K×8)=2(片)
(2)需要多少地址线?
2K个存储单元对应11根地址线
(3)需要多少数据线?
8位,即8条
这种方式是指即加长存储单元的数量又增加各单元的位数,字位同时扩展的时候,先进行为扩展,在进行字扩展。
例如下题:
利用1K×4位的存储芯片,组成4K×8位的存储器。问需要芯片,地址线,数据线的数量各为多少?扩展过程如何?
解析:
(1)共需几块芯片:
(4K×8)/(1K×4)= 4×2=8
(2)需要几根地址线:
4K地址空间(存储单元的个数),需要12根地址线
(3)需要几根数据线:
8根。
(4)扩展过程:先进行位扩展,这个过程相当于分组,将2片1K×4位构成一组,利用位扩展,构成1K X 8位的完整存储单元(如何构成,继续往下看)。这样一共可以分成四组。再将这些分组视为一个完整的存储单元,进行字扩展。
我们前面刚刚讲了理论上可以构成我们需要的芯片,那么实际上如何通过那些地址线和数据线去连接主存与CPU呢?大致过程可以分成5步。
问,在位扩展和字扩展中,CS分别是如何连接的?
答:在位扩展中所有片的CS连在一起,而字扩展则是采用将多出的地址线用来片选(通常CPU的位地址与芯片地址相连,高位用于片选)。
这里举个例子,假设两个4位的芯片构成一个8位的存储单元,,肯定是要将所有的芯片一同访问才能访问到8位。即两个芯片要一起选,所以也就意味着所有的CS都连在一起。但是字拓展中,是两个8位的存储单元,每次操作只能对其中的一个芯片单元操作,就是到底要选择哪个芯片的问题。(认真看看我手绘的图应该就懂了)
问:那数据线如何连接?
答,在位扩展时,每个芯片的数据线分为低位高位连接。但是字扩展中每个芯片都和所有的数据线进行连接。
其实一开始学这个有点懵主要是书上给的实例都是立体图,大家不好观察,那么我手绘了一下大致的过程(手残莫嫌弃哈)。
例子我们还用之前提到的,现在我们用下图表示1K x 4 位的芯片:
位扩展是增加位长,连接方式是并联:
字扩展是字长,连接方式是串联(下图中最后一个数字是2047,我拍完照才发现,就不重画了,这里纠正一下):
所以很容易得出字为同时扩展的图片,我就不画了。
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