微机原理与接口技术学习笔记 16位微机系统中的

3.4.1 16位微机系统中内存储器芯片的奇偶分体

    在16位微机系统中，CPU除了可以对字节寻址外；还必须能进行整字（16字）的读写，因此要求存储器系统组织的设计能保证一次能访问一个整字，但也能允许一次只访问一个字节。

    以8086系统为例，8086CPU有20条地址线，可直接寻址1M字节的内存储器地址空间，由于8086CPU的数据总线是16位的，而这1M字节的存储器地址空间是按字节顺序排列的，为了能满足一次访问一个整字又能访问一个字节的要求，8086系统中1M字节的存储器地址空间实际上分成两个512K字节的存储体——“偶存储体”和“奇存储体”，偶存储体同8086的低8位数据总线D7～D0相连接，奇存储体同8086的高8位数据总线D15～D8相连接；地址总线的A19～A1同两个存储体中的地址线A18～A0相连接，最低位地址线A0和8086的“总线高允许”信号BHE用来选择存储体；如图3-23所示（注意，图中将双重总线分开表示）。AO和BHE对存储体选择的编码表见表3-6。

图3-23 8086系统存储器的奇偶分体

          表3-6  存储体选择编码表
 

    3.4.2  8088/8086的存储器访问操作

    1．字节访问和字访问

    8088是准16位微处理器，其外部数据总线为8位，内部寄存器和运算器为16位，一个总线周期只能访问一个字节，要进行字操作，必须用两个总线周期，第一个总线周期访问低位字节，第二个总线周期访问高位字节。

    8086是16位微处理器，其外部数据总线为16位，每个存储周期可以访问存储器中的8位或16位信息。当8086访问一个整字（1位）变量时，该变量的地址为偶地址（即字变量的低字节在偶地址单元，高字节在奇地址单元），则8086将用一个总线周期访问该字变量；如果该字变量的地址为奇地址（即字变量的低字节在奇地址单元，高字节在偶地址单元），则8086要用两个连续的总线周期才能访问该字变量，每个周期访问一个字节。

    2．“对准的”字与“未对准的”字

    从表3-6可见，8086CPU能同时访问奇存储体和偶存储体中的一个字节，以组成一个存储字，要访问的16位字的低8位字节存放在偶存储体中，称为“对准的”字（ligned，又称为“对界的”），这是一种规则的存放字。对于“对准的”字，8086CPU只要一个总线周期就能完成对该字的访问；当要访问的16位字的低8位字节存放在奇存储体中，称该字为“未对准的”字（unaligned，又称为“未对界的”），这是一种非规则的存放字。必须用两个总线周期才能访问该字。下面分析一个“未对准的”字的写入过程。

    在第一个总线周期中，如同对奇存储体写入字节一样，送出奇地址（AO=1），并发出BHE=L信号，然后由8086CPU把该字的低8位传送到数据总线的高8位（注意，发生了字节交换），写入存储器的奇存储体（低8位字节）；然后，8086CPU又发出一个由该奇地址加1的偶地址，此时AO=0，BHE=H。8086CPU把该字的高8位传送到数据总线的低8位（注意，又发生了字节交换），写入存储器的偶地址区（偶存储体）。这样，经过两次存储器访问周期，把一个“未对准的”字写入存储器的两个存储体中。注意，上述操作对程序员而言是完全透明的。这一写入过程如图3-24所示。

    3.4.3  16位系统中存储器接口举例
 

    有一8086CPU与半导体存储器芯片的接口如图3-25所示，其中存储器芯片#1～#8为SRAM芯片6116；#9～#16为EPROM芯片2732。试分析该接口电路的工作特性，计

   图3-25  存储器接口

算RAM区和ROM区的地址范围（内存为字节编址）。

    解题分析：

    1.8086CPU是16位微处理部．内存为字节编址、一个16位字存放在两个以字节编址的内存单元中，存储区必须奇偶分体，如图中RAM区中#1、#3、#5和#7四个RAM芯片构成“偶存储体”，#2、#4、#6和#8四个RAM芯片构成“奇存储体”。因为前四片的数据线接D0～D7，后四片的数据线接D8～D15。同理ROM区中#9、#11．#13和#15构成“偶存储体”，#10、#12、#14和#16构成“奇存储体”，地址译码时必须考虑奇偶分体的问题。

    2.8086CPU的21条双重总线BHE/S7，AD0～AD15以及A16/S3～A19/S6必须经过锁存器锁存，本题采用3片74LS373。74LS373有两个控制端G和OE，G为锁存允许信号，接8086CPU的ALE（地址锁存允许），ALE为高电平有效信号。在1T时刻，ALE为高电平，将21条双重总线中的EHE，A0～A19打入74LS373，T1结束时；ALE下降沿将BHE和AO～A19锁存，保持到下一总线周期的T1时刻。这20条地址信号和BHE送到地址译码器74LS138（#17、#18及#19）和各存储器芯片。OE接地，保证74LS373输出有效信息。

    3．8086CPU的16条地址数据双重总线AD0～AD15经过数据收发器74LS245（2片）送到各存储器芯片。74LS245也有两个控制端G和DIR，G为使能端，低电平有效，由8086的DEN（数据允许）信号控制；DIR为方向端，DIR为低电平时，传送方向为B到A；DIR为高电平时，传送方向为A到B，由8086的DT/R（数据发送/接收）控制，当DT/R为低电平时，8086CPU接收数据，而对74LS245而言，由B到A；当DT/R为高电平时，8086CPU发送数据，而对74LS245而言，由A到B。

    4.SRAM的译码电路由译码器 74LS138（#17和#18）构成，#17芯片负责SRAM的偶存储体#1、#3、#5、#7的片选译码，由于SRAM6116的存储容量为2K*8位，有11条地址线AO～A1O，因为考虑16位读写，存储器芯片的A0～A10同CPU经锁存后的地址线A1～A11连接，CPU的地址线A12～A14同译码器 74LS138的地址输入端A、B、C连接，译码器芯片#17的三个使能控制端为G1、G2a、G2b，G1高电平有效，同A15“与”M/IO（存储器/IO选择）连接，当A15为低电平，M/IO为高电平，允许译码器工作；G2a。为低电平有效，同与门2的输出相连，与门2的输入为8086CPU的WR和RD，由与门的功能可见，当WR或RD中任一个为低电平时与门2输出即为低电平，因此只要8086CPU有读或写操作时，G2a为有效低电平，允许译码器工作；G2b也为低电平有效，同地址线A0相连，也就是说当8086CPU执行偶地址读写时，G2b为有效低电平，允许译码器工作。上述G1、G2a、G2b的有效电平必须同时满足，译码器才能工作。因此，对74LS138#17芯片而言，只有当8086CPU执行偶地址的存储器读写时，译码器才能正常译码，至于究竟选中#1、#3、#5和#7的哪一片，则由74LS138（#17）的地址输入端A、B、C（即A12、A13、A14）决定。

    #18芯片负责SRAM的奇存储体#2、#4、#6和#8的片选译码，除G2b同BHE（总线高允许，低电平有效）连接外，其余同#17芯片。与#17芯片相仿，#18芯片的正常译码条件是8086CPU执行奇地址的数据读写。

5.SRAM芯片的地址范围

    由图3-25可见，对CPU地址而言，SRAM芯片的片外地址译码为A15、A14、A13、A12，A15必须为0，则，#l，#2芯片的片外地址A14A13A12=000，#3、#4为001，#5、#6为010，#7、#8为011。其中#1、#3、#5、#7被选中的条件为A0=0，而#2、#4、#6、#8被选中的条件为BHE=0，即A0=l。则可得各芯片地址范围为：

    ＃1 00000H～00FFFH中的偶地址区；

    ＃2 00000H～00FFFH中的奇地址区；

    ＃3 010OOH～01FFFH中的偶地址区；

    ＃4 01000H～01FFFH中的奇地址区；

    ＃5 02000H～02FFFH中的偶地址区；

    ＃6 02000H～02FFFH中的奇地址区；

    ＃7 03000H～03FFFH中的偶地址区；

    ＃8 03000H～03FFFH中的奇地址区；

    整个RAM区的地址范围为00000H～03FFFH，共占16KB。

    注意：A19～A16未参与译码，为部分译码，有地址重叠。这里将未译码的A19～A16假定

为全“0”。

    6.EPROM的译码电路由译码器74LS138（#19）构成，与SRAM译码的区别在于：

    （1）EPROM采用2732。为4KB*8位容量，片内有12条地址线A0～A11，其中A0～A10同CPU总线中A1～A11相连，这同SRAM6ll6一样，片内另一条地址线A11则同CPU总线中的A12相连，构成芯片内12位地址译码。而74LS138（#19）芯片的三个地址输入端接A13～A15。

    （2）74LS138（＃19）的G1端接M/IO，同SRAM译码一样，G2a与RD相连，说明2732在读操作时选通。G2b同与非门1的输出相连，而与非门1的输入为A16～A19，当A16～A19为全“l”时，G2b为低电平有效，＃19能正常译码，说明在EPROM译码中A19～13这7位地址线参加了片外译码。

    （3）74LS138（＃19）的译码输出Y4接＃16、＃15，T3接＃14、＃13，Y2接＃12、＃11，Y1接＃10．＃9，这4个输出端同2732各芯片的OE（输出允许端）相连，其中＃15、＃13、＃11和＃9这4片的片选端CE同地址A0相连，只有当CPU地址A0=“0”时，这4片EPROM才能进行读操作，此即偶存储体的读操作；而＃16、＃14、＃12和＃10这4片的CE端同CPU的BHE相连，只有当高8位数据总线工作时（即AO＝“1”）时，这4片EPROM才能进行读操作，此即奇存储体的读操作。

    采用与RAM区相似方法，可得2732各芯片的地址范围为：

    ＃9  FE000H～FFFFFH中的偶地址区；

    ＃10 FE000H～FFFFFH中的奇地址区；

    ＃11 FC000H～FDFFFH中的偶地址区；

    ＃12 FC000H～FDFFFH中的奇地址区；

    ＃13 FB000H～FCFFFH中的偶地址区；

    ＃14 FB000H～FCFFFH中的奇地址区；

    ＃15 FA000H～FBFFFH中的偶地址区；

    ＃16 FA000H～FBFFFH中的奇地址区；

    整个ROM区的地址范围为F8000H～FFFFFH，共占32KB。

    正确解答本题必须熟练掌握8086、74LS373、74LS245、74LS138、6116以及2732各芯片的功能、引脚信号，并且对16位系统中的存储器的奇偶分体要有深刻的理解。