本关任务：根据提示完善右面的代码块，设计一个存储器（主存）的字和位同时扩展，并实现与 cpu 的连接，使其能够正常工作。要求： 1. 把两块 16 * 4 的存储器模块扩展成 16 * 8 的存储器模块。 2. 继续把两块 16 * 8 的存储器模块扩展成 32 * 8 的存储器模块。

为了完成本关任务，你需要掌握：1.存储器的扩展，2.存储器和 CPU 的连接。

存储器的扩展

由于单个存储芯片的容量是有限的，存储器往往是由一定数量的芯片构成的，这使得存储器容量的扩展，通常有位扩展和字扩展两种方式。

位扩展

位扩展是指增加存储字长，而芯片的字数和存储器的字数是一致的。位扩展的连接方式是将各个存储芯片的地址线、片选线和读写线相应地并联起来，而将各芯片的数据线单独列出。 例如：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？ 解析：显然从1K × 4 位 ——> 1k × 8 位，字长不变，只是位长发生了变化。所以使用位扩展。所以： （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 = 210，说明有 10 根地址线。 （3）需要的数据线数量： 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。

字扩展

字扩展是指增加存储器的字的数量，而位数不变。自扩展将芯片的地址线、读写并联，由片选信号来区分各个芯片。 例如：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 × 8 位 ——> 2k × 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。

字和位同时扩展

字和位同时扩展是指既增加存储字的数量，又增加存储字长。 例如：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 位的芯片构成一组，利用位扩展，构成 1K × 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。

主存和 CPU 连接

由于若干芯片构成的主存需要与 CPU 连接，才能在 CPU 的正确控制下完成读写操作。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。

选择合理的存储芯片 合理选择芯片，是指选择芯片的数量及其种类（即 ROM 还是 RAM）。通常来说，ROM 存放系统程序，标准子程序以及各类常数。RAM 则是为用户编程设置的。在考虑芯片数量的时候，尽量选择使得连线简单方便的芯片。

地址线的连接 CPU 的地址线通常要比存储芯片的地址线数要多，常见的做法是：将 CPU 的低位与存储芯片的地址线相连，CPU 地址的高位一般用于扩充或者片选。例如，CPU 地址线为 16 位（A0 - A15），1K × 4 位的存储器芯片仅有 10 根地址线 A9 - A0 ，这个时候就可以将 CPU 的低地址段 A9 - A0 与芯片 A9 - A0 相连。

数据线的连接 这里跟地址线的连接不同，这里要求数据线数一定要相同。，如果 CPU 数据线与存储芯片的数据线不同，那么要先进行位扩展再连接。

片选线的连接 片选线的连接是 CPU 与存储芯片能否正确工作的关键。存储器由许多存储芯片一起组成，哪一片被选中完全取决于该芯片的片选控制端 CS 能否接受 CPU 的片选有效信号。而片选的有效信号与 CPU 的访问控制信号 MREQ 有关。

读写命令线 读写线一般直接与存储芯片的读/写控制端相连，高电平为读，低电平为写。

//16*4存储器模块

module ram16_4(din,addr,wr,rd,cs,dout);

    parameter D_WIDTH=4;

    parameter A_WIDTH=4;

    input [D_WIDTH-1:0] din;  //写入数据

    //D[3:0]

    input [A_WIDTH-1:0] addr; //地址

    //AD[3:0]

    input wr,rd,cs;   //wr表示写读，rd，cs表示是位扩展还是字扩展

    output [D_WIDTH-1:0] dout;

    reg [D_WIDTH-1:0] ram [2**A_WIDTH-1:0];  //定义存储器，4位，8个

    wire [D_WIDTH-1:0] dout;

    always @(posedge wr)

        if(!cs)

            ram[addr]