0

TÌM HIỂU CÁC MẠCH CẤU THÀNH ALU

32 11 0
  • TÌM HIỂU CÁC MẠCH CẤU THÀNH ALU

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 23/06/2022, 17:15

ĐỀ TÀI 02 TÌM HIỂU CÁC MẠCH CẤU THÀNH ALU MỤC TIÊU - Trang bị thêm kiến thức mạch số : + Đại số BOOL + Cổng + Các mạch thực phép toán số học : cộng, trừ, nhân, chia,…( mức bit, bit ) + Các mạch thực phép toán logic: and, or, not, …(mức bit, bit ) + Minh họa phần mềm mơ NỘI DUNG I TÌM HIỂU VỀ BỘ VI XỬ LÍ INTEL 4004 II LÝ THUYẾT VỀ CỔNG CƠ BẢN III THIẾT KẾ BIỂU THỨC LOGIC Các phép toán số học phép toán đại số Bool Thiết lập biểu thức Logic Thực mạch từ biểu thức Logic IV CÁC ĐỊNH LÝ ĐẠI SỐ BOOL V SỰ CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC LOẠI CỔNG LOGIC VI ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LÝ BOOL ĐỂ RÚT GỌN BIỂU THỨC LOGIC VII BỘ XỬ LÝ LOGIC VỀ TOÁN HỌC (ALU - Arithmetic and Logic Unit) I - TÌM HIỂU VỀ BỘ VI XỬ LÍ INTEL 4004 Tốc độ xung nhịp tối đa là 740 kHz . 4004 có xếp hạng xung nhịp tối đa phát hành lần năm 1971 Thời gian chu kỳ lệnh: tối thiểu 10,8 μs (8 chu kỳ đồng hồ / chu kỳ máy) Thời gian thực lệnh chu kỳ máy (10,8 21,6 μs), 46250 đến 92500 lệnh giây - - - Việc thêm hai số có chữ số (mỗi số 32 bit, giả sử chữ số BCD bit) 850 μs xác nhận quyền sở hữu khoảng 79 chu kỳ máy (632 tích tắc đồng hồ), trung bình 10 chu kỳ (80 tích tắc) cho cặp chữ số tốc độ hoạt động 1176 × phép cộng chữ số giây Chương trình liệu lưu trữ riêng biệt. Tuy nhiên, trái ngược với các thiết kế kiến trúc Harvard, sử dụng các bus riêng biệt , 4004, với nhu cầu ln đếm ngược nó, sử dụng một bus bit ghép kênh duy nhất để truyền: - Địa 12 bit - Hướng dẫn bit Từ dữ liệu bit Có khả giải trực tiếp 5120 bit (tương đương 640 byte) RAM, lưu trữ dạng 1280 "ký tự" bit tổ chức thành nhóm đại diện cho 1024 "dữ liệu" 256 ký tự "trạng thái" (512 128 byte) Có khả giải trực tiếp 32,768 bit ROM, tương đương xếp dạng 4096 từ bit (tức byte). Bộ lệnh chứa 46 lệnh (trong 41 lệnh rộng bit lệnh rộng 16 bit) Tập ghi chứa 16 ghi, ghi bit Ngăn xếp chương trình con bên trong , sâu cấp - Các cấp độ logic Biểu tượng Min Max Đơn vị V SS - DD + 15-5% + 15 + 5% V V IL V DD V SS −5,5 V V IH V SS −1,5 V SS +0,3 V V CV V SS −12 V SS −6,5 V V OH V SS −0,5 V SS V - Sơ đồ khối kiến trúc Intel 4004 - Sơ đồ nhân chip intel 4004 DIP II LÝ THUYẾT VỀ CỔNG CƠ BẢN Cổng AND BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM BỘ MƠN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH -BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: 02 Thành viên thực 1.Nguyễn Văn Hoàng Anh MSSV: 2001207387 2.Lê Hoài Anh MSSV: 2001190408 3.Trần Minh Quân MSSV: 2001207294 4.Đỗ Văn Thao MSSV: 2001207293 ĐỀ TÀI 02 TÌM HIỂU CÁC MẠCH CẤU THÀNH ALU MỤC TIÊU - Trang bị thêm kiến thức mạch số : + Đại số BOOL + Cổng + Các mạch thực phép toán số học : cộng, trừ, nhân, chia,…( mức bit, bit ) + Các mạch thực phép toán logic: and, or, not, …(mức bit, bit ) + Minh họa phần mềm mơ NỘI DUNG I TÌM HIỂU VỀ BỘ VI XỬ LÍ INTEL 4004 II LÝ THUYẾT VỀ CỔNG CƠ BẢN III THIẾT KẾ BIỂU THỨC LOGIC Các phép toán số học phép toán đại số Bool Thiết lập biểu thức Logic Thực mạch từ biểu thức Logic IV CÁC ĐỊNH LÝ ĐẠI SỐ BOOL V SỰ CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC LOẠI CỔNG LOGIC VI ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LÝ BOOL ĐỂ RÚT GỌN BIỂU THỨC LOGIC VII BỘ XỬ LÝ LOGIC VỀ TOÁN HỌC (ALU - Arithmetic and Logic Unit) I - TÌM HIỂU VỀ BỘ VI XỬ LÍ INTEL 4004 Tốc độ xung nhịp tối đa là 740 kHz . 4004 có xếp hạng xung nhịp tối đa phát hành lần năm 1971 Thời gian chu kỳ lệnh: tối thiểu 10,8 μs (8 chu kỳ đồng hồ / chu kỳ máy) Thời gian thực lệnh chu kỳ máy (10,8 21,6 μs), 46250 đến 92500 lệnh giây - - - Việc thêm hai số có chữ số (mỗi số 32 bit, giả sử chữ số BCD bit) 850 μs xác nhận quyền sở hữu khoảng 79 chu kỳ máy (632 tích tắc đồng hồ), trung bình 10 chu kỳ (80 tích tắc) cho cặp chữ số tốc độ hoạt động 1176 × phép cộng chữ số giây  Chương trình liệu lưu trữ riêng biệt. Tuy nhiên, trái ngược với các thiết kế kiến trúc Harvard, sử dụng các bus riêng biệt , 4004, với nhu cầu ln đếm ngược nó, sử dụng một bus bit ghép kênh duy nhất để truyền: - Địa 12 bit - Hướng dẫn bit Từ dữ liệu bit Có khả giải trực tiếp 5120 bit (tương đương 640 byte) RAM, lưu trữ dạng 1280 "ký tự" bit tổ chức thành nhóm đại diện cho 1024 "dữ liệu" 256 ký tự "trạng thái" (512 128 byte) Có khả giải trực tiếp 32,768 bit ROM, tương đương xếp dạng 4096 từ bit (tức byte).  Bộ lệnh chứa 46 lệnh (trong 41 lệnh rộng bit lệnh rộng 16 bit) Tập ghi chứa 16 ghi, ghi bit Ngăn xếp chương trình con bên trong , sâu cấp - Các cấp độ logic Biểu tượng Min Max Đơn vị V SS - DD + 15-5% + 15 + 5% V V IL V DD V SS −5,5 V V IH V SS −1,5 V SS +0,3 V V CV V SS −12 V SS −6,5 V V OH V SS −0,5 V SS V - Sơ đồ khối kiến trúc Intel 4004 - Sơ đồ nhân chip intel 4004 DIP II LÝ THUYẾT VỀ CỔNG CƠ BẢN Cổng AND - Một cổng AND có đầu vào đầu ra. Mỗi giá trị có giá trị giá trị đầu phụ thuộc vào giá trị đầu vào. Đầu khi cả hai giá trị đầu vào (Giống mạch điện gồm cơng tắc nối tiếp với bóng đèn, hai cơng tắc đóng bóng đền sáng) Dưới là  mơ hình bảng chân lý cho cổng AND Cổng OR - Cổng OR gì một loại mạch logic kỹ thuật số mà đầu mức CAO đến mức logic nhiều đầu vào mức CAO Biểu thức Boolean đưa cho cổng logic OR đới ới phép cộng ký hiệu dấu cộng ( + ) cho biểu thức Boolean của: A + B = Q Một số đẳng thức hữu dụng Định lý De Morgan Các định lý đại số Boole chứng minh hay kiểm chứng nhiều cách Các cách chứng minh hay kiểm chứng tương đối đơn giản, người đọc tự chứng minh hay kiểm chứng Ví dụ 1: Thiết kế mạch dùng hai cổng logic thỏa bảng thật sau Giải ví dụ   V SỰ CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC LOẠI CỔNG LOGIC - Các cổng logic chuyển dổi qua lại lẫn từ cổng thành cổng khác Để thuận tiện cho việc thiết kế mạch logic nên phải chuyển đổi cổng với nhau, chủ yếu chuyển đổi AND thành OR ngược lại, chuyển đổi AND – OR thành NAND – NAND Đa số toán thiết kế logic yêu  cầu sử dụng cổng NAND(việc chế tạo cổng NAND đơn giản cổng khác) Để thuận lợi cho việc chuyển đổi cần phải nắm vững định lý đại số Boole đặc biệt định lý De Morgan Sau số chuyển đổi cổng với nhau: VI ÁP DỤNG CÁC ĐỊNH LÝ BOOL ĐỂ RÚT GỌN BIỂU THỨC LOGIC ●   Các định lý Boole giúp đơn giản biểu thức logic Việc đơn giản cần thiết để mạch thiết kế thực đơn giản kinh tế Rút gọn biểu thức vận dụng định lý từ hàm biến hàm nhiều biến đẳng thức hữu dụng Đặt biệt hai định lý De Morgan giúp ích cho nhiều việc rút gọn biểu thức logic cơng cụ để chuyển đổi dạng mạch Để việc rút gọn biểu thức logic chuyển đổi mạch dể dàng cần phải nắm vững định lý đại số Boole phải thơng thạo chuyển đổi cổng logic Ví dụ 2: Rút gọn biểu thức sau: Giải: a) ● Ví dụ  : Giải: = =) = Ngoài việc rút gọn biểu thức logic đại số boole, sử dụng đại số boole để đơn giản mạch logic Để đơn giản mạch logic ta làm bước sau: – Từ mạch logic xác định biểu thức cho ngõ mạch – Sau xác định hàm ngõ ra, tiến hành rút gọn biểu thức cách dùng định lý đại số boole, đặc biệt sử dụng định lý De Morgan – Sau biểu thức mới, có mạch logic tương đương với mạch logic cho Ví dụ 5: Đơn giản mạch Giải: Trước tiên ta viết biểu thức logic cho ngõ ra: Rút gọn biểu thức ta được: Từ biểu thức vừa rút gọn ta thành lập mạch logic hình 1.32b VII BỘ XỬ LÝ LOGIC VỀ TOÁN HỌC (ALU - Arithmetic and Logic Unit) Khái niệm nguyên lý hoạt động   ALU kết hợp logic mạch, nghĩa đầu thay đổi khơng đồng để đáp ứng với thay đổi đầu vào Trong hoạt động bình thường, tín hiệu ổn định áp dụng cho tất đầu vào ALU đủ thời gian (được gọi "sự chậm trễ truyền bá") chuyển cho tín hiệu truyền qua mạch ALU, kết hoạt động ALU xuất đầu ALU Mạch bên kết nối với ALU chịu trách nhiệm đảm bảo ổn định tín hiệu đầu vào ALU suốt trình hoạt động cho phép đủ thời gian để tín hiệu truyền qua ALU trước lấy mẫu kết ALU.  Nói chung, mạch bên ngồi điều khiển ALU cách áp dụng tín hiệu cho đầu vào Thơng thường, mạch bên ngồi sử dụng logic để kiểm soát hoạt động ALU, thực tín hiệu đồng hồ tần số đủ thấp để đảm bảo đủ thời gian cho đầu ALU hoạt động điều kiện trường hợp xấu ■ Điều khiển nhận lệnh từ nhớ đưa vào thanh  ghi lệnh ■ Tăng nội dung PC để trỏ sang lệnh ■ Giải mã lệnh nhận để xác định thao tác  mà lệnh yêu cầu ■ Phát tín hiệu điều khiển thực lệnh ■ Nhận tín hiệu yêu cầu từ bus hệ thống và  đáp ứng với yêu cầu Sơ đồ cổng 1) Cổng NOT  Kí hiệu bảng chân lý IO thể hình a b Nguyên tắc hoạt động dựa vào tượng phân cực BJT!  Cổng NOT có đầu vào đầu Đầu vào cho đầu ngược lại 2) Cổng AND Hình vẽ cấu tạo cổng AND  Ký hiệu cổng AND thể hình vẽ hình (a) đọc A && B kí hiệu mạch điện hình (a)  Để xét đến cổng AND hoạt động ta nhìn sơ đồ cấu trúc bên AND Cổng AND có hai đầu vào A,B đầu tích số A B (Y = A.B)     Cấu tạo gồm Diode điện trở sơ đồ cấu tạo lắp hình (b) ) Cổng OR Hình vẽ cấu tạo cổng OR  Kí hiệu cổng OR thể hình vẽ (a) đọc a|| b Và có hai tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu (Y = A+ B)  Để xem cổng OR hoạt động ta phải xem xét đến cấu trúc mạch bên cổng OR Sơ đồ cấu tạo bên trong  thể hình (b) Nó cấu tạo đơn giản mạch cổng AND cách lắp linh kiện có ngược so với AND gồm điện trở diode Một đầu điện trở nối với (-) đầu nối với đầu với chung (K) với hai diode ) Cổng NOR Hình vẽ cấu tạo NOR  Tơi kí hiệu phủ định NOR A+B 1/A+B  Hình a thể kí hiệu cổng Logic  với hai đầu vào A ,B đầu phủ định A+B (Y = 1/A+B) Hiểu ngầm hàm phủ định hàm OR     Con NOR cấu tạo khác so với OR AND chỗ có thêm BJT Và tín hiệu lấy chân Colector BJT Cấu tạo gồm : điện trở, diode , BJT BJT BJT kênh N Kiểu lắp mạch lắp theo hình b 5) Cổng NAND Kí hiệu , sơ đồ NAND  Kí hiệu giá trị đầu NAND 1/A.B  Nhìn hình a kí hiệu cổng NAND sơ đồ mạch Nó có đầu vào đầu giá trị đầu phủ định tích đầu vào A B (Y = 1/A.B) tương tự hàm NOR hầm hiểu phủ điịnh hàm AND     Cấu tạo cổng khác só với cổng khác diode điện trở kết hợp với transitor Cách lớp kiểu sơ đồ lắp theo hình c Nên nhớ BJT kênh N THANK FOR WATCHING
- Xem thêm -

Xem thêm: TÌM HIỂU CÁC MẠCH CẤU THÀNH ALU,

Từ khóa liên quan