Chương 5: Ứng dụng mạnh số - Tổ chức và cấu trúc máy tính II | Trường Đại học CNTT Thành Phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 40342981
Trình bày các thông tin về ứng dụng của các mạch số vào các thành phần bên trong máy tính PHAN ĐÌNH DUY
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 1 lOMoAR cPSD| 40342981 MỤC TIÊU
1. Trình bày lại được các mạch số cơ bản
trong máy tính 2. Trình bày lại được
hoạt động của ALU, MUX, Bộ cộng, Bộ
so sánh, Bộ giải mã 3. Trình bày lại được hoạt động của Thanh ghi, Tập thanh ghi
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM NỘI DUNG 2 lOMoAR cPSD| 40342981
1. Hiện thực chức năng máy tính
2. ALU (Arithmetic & Logic Unit) 3. Bộ chọn (Mux) 4. Bộ cộng 5. Bộ so sánh 6. Bộ giải mã 7. Tập thanh ghi
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 3 lOMoAR cPSD| 40342981
1. Hiện thực chức năng máy tính 4 lOMoAR cPSD| 40342981 •Hiệnthựcchứcnăng: •Xửlýdữliệu •Sốhọcvàluậnlý •Sosánh •Lưutrữdữliệu •Bộnhớ •Truyền/Nhậndữliệu •Địachỉ •Dữliệu •Điềukhiển
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 5 lOMoAR cPSD| 40342981 Tập thanh ghi Tính C = A + B Bộ nhớ Tính toán Địa chỉ word 7 0x0010 ... ALU A, B, C là 0x0014 7 (1) 5 các biến 0x0018 5 lưu trong (2) 0 ... (3) x001C 0 bộ nhớ 12 0x0020 ... RAM CPU
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 6 lOMoAR cPSD| 40342981
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 7 lOMoAR cPSD| 40342981
2. ALU (Arithmetic Logic Unit ) 8 lOMoAR cPSD| 40342981 Opcode[1:0] Opcode[2] Opcode Opcode[2:0] Phép toán 3 000 A + B 001 8 8 A + 1 A A 010 AU A – B 8 B 011 A – 1 8 ALU R 100 A & B 0 8 R 101 A | B 1 8 B ! 110 A LU 111 A ⊕ B
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 9 lOMoAR cPSD| 40342981 ALUcontrol Function 0000 AND ALUcontrol 4 A 0001 OR ( A op B) == 0? isZero? 0010 add ALU ALU result 0110 subtract B A op B 0111 slt 1100 NOR
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 10 lOMoAR cPSD| 40342981 3. Mux (Bộ chọn) 11 lOMoAR cPSD| 40342981
Bộchọnlàmộtmạchtổhợpcóchứcnănglựachọnmộttrong
nhữngngõvàodữliệuđểgửitớimộtngõraduynhấtdựatrên cácngõvàođiềukhiển. S S D1 D0 Y S Y D 1 0000 0 D0 0011 1 D D1 0 D0 0100 0 0111 Y 1 1000 D1 1010 1101 Y = S * D 0 + S * D 1 1111 12 lOMoAR cPSD| 40342981 S S Y D0 0 0 Y D0 1 D1 S1 1 S0 D1 S0 S1 D0 S1 0 S0 Y D0 0 0 0 D0 1 D1 D1 1 Y 0 0 1 D1 D2 2 Y 3 1 0 D2 1 D3 D2 0 1 1 D3 D3 1 13 lOMoAR cPSD| 40342981
ThiếtkếMux8-1từ2Mux4-1vàMux2-1 S1 S0 S D0 0 D0 0 D1 1 Y Y 1 D2 2 D1 S1 S0 3 D3 D0 0 D1 1 Y D2 2 3 D3
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 14 lOMoAR cPSD| 40342981 15 lOMoAR cPSD| 40342981 4. Bộ cộng 16 lOMoAR cPSD| 40342981
Cộng2số1-bitxvàycó4trườnghợp Sốnhớ Tổng x
Mạchcộng1-bitcótổngvàsốnhớ y
nhưthếnàyđượcgọilàmạch cộngbánphần(HalfAdder- HA ) Sơđồmạch
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 17 lOMoAR cPSD| 40342981
Cộngnhữngsốcó2hoặcnhiềubit
•Cộngtừngcặpbitbìnhthường
•Nhưngởvịtrícặpbiti,cóthểcócarry-intừbiti-1
( Sẽcộngvàovịtríkếtiếp )
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 18 lOMoAR cPSD| 40342981 •Bộcộngtoànphần(FA):
•3ngõvào(2ngõvàocho2số1-bitcầntínhtổng,và1ngõvàochosố nhớđầuvào(carry-in))
•2ngõra(1ngõrachotổngvà1chosốnhớđầura(carry-out)) A B Cin FA Cout S
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 19 lOMoAR cPSD| 40342981 Bảngsựthật A B Cin FA Cout S
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 20 lOMoAR cPSD| 40342981 Bảngsựthật S = ÅÅ x y c i i i i c = + + i xyxcyc 1 + i i ii ii cc = c = i IN c 1 i O + UT
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 21 lOMoAR cPSD| 40342981 S = ÅÅ x c y i i i i c = + + cc i xyxcyc = 1 + i i ii ii i IN c = i c 1 O + UT Ký hiệu Sơđồmạch
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 22 lOMoAR cPSD| 40342981 A[0] B[0] A[1] B[1] A[2] B[2] A[3] B[3] A[4] B[4] A[5] B[5] A[6] B[6] A[7] B[7] A B A B A B A B A B A B A B A B 0 Cin FA Cout Cin FA Cout Cin FA Cout Cin FA Cout Cin FA Cout Cin FA Cout Cin FA Cout Cin FA Cout S S S S S S S S S[0] S[1] S[2] S[3] S[4] S[5] S[6] S[7]
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 23 lOMoAR cPSD| 40342981
•Bộcộng8bitlàmộtmạchtổhợpcóchứcnăngthựchiện
phéptoáncộngsốhọcđượcbiểudiễn8bit. S = A + B Add Sum 8 A • Vídụ: ADD S 8 ➢ 8 A=5,B=7->S=5+7=12 B ➢ A=-5,B=-9->S=-5+-9=-14
➢ A=-100,B=79->S=-100+79=-21 00000101 00000111
Cộng các số có n bit thì cần mạch cộng n bit 00001100
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 24 lOMoAR cPSD| 40342981 5. Bộ so sánh 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
•Việcthiếtkếbộsosánh2sốbất •A ? B
kỳtốnrấtnhiềutàinguyên •Y = A –B •Y = 0 -> A = B •Bảngchântrịcó2 2 n hàng!!! •Y ≠ 0 •Y[MSB] = 1 -> A < B
•Gảipháp:Kếthợpbộsosánhvà •Y[MSB] = 0 -> A > B ALUcósẵn
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 27 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 •A!=0 • A == 0 A[4] A[4] A[3] T = (A != 0) A[3] T = (A == 0) A[2] A[2] A[1] A[1] A[0] A[0]
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 28
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 6. Bộ giải mã 29 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Nhiềungõvào/nhiềungõra •Ngõvào(n)thôngthường ít hơn ngõra(m)
•Chuyểnmãngõvàothànhmãngõra • Ánhxạ1-1 :
•Mỗimãngõvàochỉtạoramộtmãngõra •Cácmãngõvào: •Mãnhịphân •YourCode! •Cácmãngõra:
•1-trong-m; GrayCode;BCDCode
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM September 12, 2023 30
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Bộgiảimãnhịphânlàmộtmạchtổhợpcóchứcnăngchuyển
thôngtinnhịphântừcácngõvàotớitừngngõra
•Mãđầuvào:nbitnhịphân •Mãđầura:1-trong-2 n
Chúý“x” (kíhiệungõvàodon’t care)
•Vídụ:n=2,mạchgiảimã2-ra-4 EN I1 I0 Z3 Z2 Z1 Z0 I1 I0 Z3 Z2 Z1 Z0 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 31 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 EN I1 I0 Y3 Y2 Y1 Y0 0 X X 0 0 0 0 Y3 = EN.I1.I0 Y2 = EN.I1.I0 ′ 1 0 0 0 0 0 1 Y1 = EN.I1′.I0 1 Y0 = EN.I1′.I0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM September 12, 2023 32
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
•Mộtứngdụngphổbiếnlàgiảimãđịachỉchocácchipnhớ
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM September 12, 2023 33 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 7. Tập thanh ghi 34
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 • DATA_IN Tậpthanhghilàmộtbộ nhớdùngđểlưutrữdữ 8
liệutạmđểđượcxửlý Bộ giải mã 2:4 I O 0 MUX4 Nạp REG bởicácđơnvịxửlý ( chẳnghạnnhưALU ) I O 1 Nạp REG • 2 8 Cấutạo:Mảng1chiều ADDR 2:4 DATA_OUT 2 I O củacácthanhghi Nạp REG WE I O 3 Nạp REG CLK
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 35 Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981 Nạp 0 8 1 data_in IN OUT 8 data_out REG CLK CLK
Thực hiện bởi Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG-HCM 36
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com) lOMoAR cPSD| 40342981
1 .Hiệnthựcchứcnăngmáytính
2 .ALU(Arithmetic&LogicUnit )
3 .Bộchọn(Mux ) 4 .Bộcộng 5 .Bộsosánh
6 .Bộgiảimã
7 .Tậpthanhghi
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 38
Downloaded by Mai Nguy?t (nguyetmai131203@gmail.com)