Chương 4: Mạch số - Tổ chức và cấu trúc máy tính II | Trường Đại học CNTT Thành Phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 40342981
Trìnhbàycácthôngtin giớithiệuchungvềmạchsố, sauđóđi
sâuvàotìmhiểumạchtổhợpvàmạch
tuầntự. Bêncạnhđócũngtrìnhbàyphươngphápthiếtkếmạchtổhợpvàmộtsốthôngtin vềthiếtbị lưutrữ PHAN ĐÌNH DUY
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 1 lOMoAR cPSD| 40342981 MỤC TIÊU
1. Hiểu được chức năng và cấu trúc của
mạch số 2. Có thể phân tích được
hoạt động của mạch số 2 lOMoAR cPSD| 40342981
3. Có thể thiết kế mạch số tổ hợp
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM NỘI DUNG 3 lOMoAR cPSD| 40342981
1. Mạch số 2. Mạch tổ hợp 3.
Thiết kế mạch tổ hợp 4. Mạch
tuần tự 5. Thiết bị lưu trữ
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 4 lOMoAR cPSD| 40342981 Mạch số 1 5 lOMoAR cPSD| 40342981
•Mạchsốlàmạchthunhận,truyền,lưutrữvàxửlýtínhiệusố •Thiếtkếmạchsố:
•Xácđịnhchứcnăngcủamạchsố
•Tìmmốiquanhệgiữacácngõvàovàcácngõra: • HàmBoole • Bảngchântrị
•Xácđịnhcấutrúccủamạchsốsửdụngcổngluậnlý
•Tìmvàkếtnốicácthiếtbịthựchiệncáctoántửluậnlý: • AND,OR,NOT
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 6 lOMoAR cPSD| 40342981
hực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 7 lOMoAR cPSD| 40342981
•Hiệnthựccáchàmluậnlýsau: F1(A, B, C)=( ! A+ B)(C + D)B F2(A, B, C)=( ! A+ BC)(C + ABD) + D
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 8 lOMoAR cPSD| 40342981
hực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 9 lOMoAR cPSD| 40342981 •NAND=NOTAND •X= A ¥ B Dấu bù/ đảo ngược
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 10 lOMoAR cPSD| 40342981 •NOR=NOTOR ❑ X= A+B Dấubù/đảo ngược
hực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 11 lOMoAR cPSD| 40342981 •XOR=ExclusiveOR
❑ Ngõrabằng1khisốngõvàobằng1làlẻ ❑ X=A B •XNOR=ExclusiveNOR
❑ Ngõrabằng1khisốngõvàobằng1làchẵn ❑ X=A B
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 12 lOMoAR cPSD| 40342981
hực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 13 lOMoAR cPSD| 40342981
•Hiệnthựccáchàmluậnlýsau: F1(A, B, C)=( AB+ C) A+B F2(A, B, C)= ! A+ (B ⊕ C)(C + A ⊕ D)
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 14 lOMoAR cPSD| 40342981 Mạch tổ hợp 2 14
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Thiếtbịtổhợplàthiếtbịcótínhchấtsau: •Cómộthaynhiềungõvào •Cómộthaynhiềungõra
•Cóđặctảchứcnăngmôtảchitiếtgiátrịmỗingõrachomọitổhợpgiá
trịcủatấtcảngõvào(HàmBoolean)
•Cóđặctảđịnhthờimôtảthờigianlantruyền(thờigiantốithiểumà
ngõrasẽổnđịnhvàhợplệkhi1ngõvàothayđổi)
•Vídụ:AND,OR,NOT,XOR,XNOR,NAND,NOR Th Thực ực hi hiệệnn b bởi ởi T rư T ờ rư n ờngg Đ Đạạii họ học Cô c Cônngg ng nghhệệ Th Thôn ôngg ti tinn, , ĐHQ ĐH G QG--HCM HCM 16 17 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Mạchtổhợplàmạchchỉchứacácthiếtbịtổhợpđượckếtnối
vớinhauvà không tồntạihồitiếp
•Mộtthiếtbịtổhợpcũngđượcxemlàmộtmạchtổhợp
•Hồitiếp:Ngõrađượcdùngnhưngõvàođểtínhtoán lại ngõra A B B B F C F F C C
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
Thiết kế mạch tổ hợp 3
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 18 19 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Mụctiêu:Cóđượcbảnvẽsơđồmạchtốiưunhấtvềdiệntích
•HàmBooleánhxạngõraphảicóbiểuthứctốiưunhất
•Tốiưuluậnlý(ĐạisốBoole/BìaKarnaugh)
• Bảngchântrịbiểudiễnchứcnăngcủamạch •Quytrìnhthiếtkế
•Bước1:Lậpbảngchântrị
•Bước2:Chuyểnbảngchântrịsangbiểuthứcluậnlý •Bước3:Tốiưuluậnlý
•Bước4:Vẽsơđồmạch
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Thiếtkếmộtmạchlogicsốvới •3ngõvào •1ngõra
•Kếtquảngõrabằng1khicótừ2ngõvàotrởlêncógiátrịbằng1
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 21 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
• Bước1 : Xâydựngbảngsựthật/chântrị
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 22
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
• Bước2: Chuyểnbảngsựthậtsangbiểuthứcluậnlý A
Biểu thức SOP cho ngõ ra X: B C X 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Cácnhóm AND chomỗi trườnghợpngõralà1
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 23 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
• Bước3: Tốiưuluậnlýquabiếnđổiđạisốnhằmlàmgiảmsố
cổngluậnlýcầnsửdụng(nhằmlàmgiảmchiphíthiếtkế)
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 24
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
• Bước4: Vẽsơđồmạchlogic
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 25 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 26
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Thiếtkếmạchtổhợpcóchứcnăngpháthiệnmộtkýsốthập phânlớnhơn7 •Gợiý:4ngõvào,1ngõra
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 27 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 Mạch tuần tự 4 27 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Vấnđềcủamạchtổhợp:
•Sốlượngtínhiệucầnxửlýtănglên
• Tăngsốlượngngõvàođểnhậntínhiệu
• Mạchtrởnênphứctạpvàkhóđểhiệnthực
•Liênhệthựctế:Đểvào64bitdữliệuthìchúngtacầnthiếtkếmộtmạchcó
64 ngõvào->mạchsẽphứctạp
•Giảipháp:Cóthểdung1mạchcó8ngõvào,nhậndữliệutrong8lần
•Cầncógiảiphápđồngbộchocáclầnnhậntínhiệu
•Cầnlưutrữgiátrịtrongcáclầnnhậntrước
•Mộtmạchsốmànhậnnhiềutínhiệucho1ngõvàobằngnhiềulầnkhác
nhau->Mạchtuầntự(cótínhchấtnhớ) Th Thực ực hi hiệệnn b bởi ởi T rư T ờ rư n ờngg Đ Đạạii họ học Cô c Cônngg ng nghhệệ Th Thôn ôngg ti tinn, , ĐHQ ĐH G QG--HCM HCM 28 29 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Thiếtbịlưutrữ:Lưutrữ Trạng thái kế tiếp Trạng thái trạngtháihiệntại hiện tại
•Luậnlýtổhợp:Xửlýđể Thiết bị lưu trữ Ngõ ra
xácđịnhtrạngtháikếtiếp NẠP Luận lý tổ hợp vàngõra Ngõ vào •Ngõvào:Cácngõvào
Trạng thái là tổ hợp các giá trị được •Ngõra:Cácngõra
lưu trong các thiết bị lưu trữ
•NẠP:Ngõvàođiềukhiển việccậpnhậtgiátrị
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 Thiết bị lưu trữ 5
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 30 31 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 Trạng thái
•Cóítnhất1ngõramanggiátrịmànó hiện tại lưutrữ(Q) Thiết bị lưu
•Cóítnhất1ngõvàođểthunhậndữ trữ NẠP Luậ liệuhoặcđiềukhiển Ngõ vào Mức cao
•Có1ngõvàoNẠPđểđiềukhiểnviệc Cạnh xuống
cậpnhậtgiátrị(E(Enable),CLK) 1 Cạnh lên
•Latch:Tíchcựctheomức(E)
•Flipflop:Tíchcựctheocạnh(CLK) 0 Mức thấp
Ghi(lưu) theomộttínhiệuđiềukhiển
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
• Latchlàmộtthiếtbịlưutrữtíchcựctheomức(cao)cókhả nănglưutrữ1-bitthôngtin Trạng thái E + D Q Q kế tiếp Trạng thái 0 hiện tại 0 0 0 D Q 0 0 1 1 E + Ngõ ra 0 Q E 1 0 0 Luận lý tổ hợp 0 0 Q 1 1 1 Ngõ vào 1 1 D 0 0 0 E 1 0 1 0 1 1 0 1 D 1 1 1 1
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 33 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Flipfloplàmộtthiếtbịlưutrữtíchcựctheocạnh(lên)cókhả nănglưutrữ1bitthôngtin CLK + Trạng thái D Q Q kế tiếp Trạng thái - 0 0 0 hiện tại - 0 1 1 D Q Ngõ ra - 1 0 0 + CLK CLK Luận lý tổ hợp Q - 1 1 1 Ngõ vào - Q ↑ 0 0 0 ↑ D CLK ↑ 0 1 0 ↑ 1 0 1 D ↑ 1 1 1
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 34
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 Hoànthành dạng sóng củaQ1và Q2
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 35 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 36
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 •Mạchsố •Mạchtổhợp •Thiếtkếmạchtổhợp •Mạchtuầntự •Thiếtbịlưutrữ
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 37 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 37 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com)