Bài giảng Hệ thống máy tính và ngôn ngữ C - Chương 3: Các cấu trúc luận lý số (GV. Nguyễn Nhật Nam)

Bài giảng Hệ thống máy tính và ngôn ngữ C - Chương 3: Các cấu trúc luận lý số (GV. Nguyễn Nhật Nam). Bài giảng có nội dung trình bày về transistor; cổng luận lý (logic gate); mạch tổ hợp (combinational circuit); phần tử nhớ cơ bản; bộ nhớ (memory); mạch tuần tự (sequential logic circuit); đường truyền dữ liệu LC3;... Mời các bạn cùng tham khảo!

CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.1 Transistor 3.2 Cổng luận lý (Logic gate) 3.3 Mạch tổ hợp (Combinational circuit) 3.4 Phần tử nhớ 3.5 Bộ nhớ (Memory) 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.7 Đƣờng truyền liệu LC3 CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.1 Transistor Đa số máy tính ngày xử dụng vi xử lý (microprocessor) tạo từ transistor họ MOS (metal-oxide-semiconductor) Có hai loại transistor MOS: loại P (Positive) loại N (Negative) CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.1 Transistor Hình 3.1 Một cơng tắc điện đơn giản Khi khóa mở, khơng có dịng điện qua mạch nên đèn tắt, điện Vout = 2,9V, tức điện transistor mức cao, ta có mức logic “1” Khi khóa đóng, có dịng chạy qua mạch, đèn sáng, điện Vout = 0V, điện transistor mức thấp, mức logic “0” CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.1 Transistor Có hai loại transistor hình G=1=> U12=0 G=0=> U12=1 Hình 3.2 Transistor loại N G=1=> U12=1 G=0=> U12=0 Hình 3.3 Transistor loại P CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.2 Cổng luận lý (Logic gate) Các cổng luận lý AND, OR, NOT Tầm trị điện áp analog từ 0-2,9V: - Điện từ 0-0,5V => mức logic - Điện từ 2,4V – 2,9V => mức logic CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.2 Cổng luận lý (Logic gate) 3.2.1 Cổng NOT (hay Inverter) In Out 1 CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.2 Cổng luận lý (Logic gate) 3.2.2 Cổng OR NOR CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.2 Cổng luận lý (Logic gate) 3.2.2 Cổng OR NOR CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.2 Cổng luận lý (Logic gate) 3.2.3 Cổng AND NAND CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.2 Cổng luận lý (Logic gate) 3.2.3 Cổng AND NAND CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) Mạch logic dùng để thực chế quan trọng máy hay điều khiển trạng thái hữu hạn (finite state machine) Thí dụ, điều khiển đèn giao thông bật đèn đỏ, vàng, hay xanh tùy thuộc vào đèn thời sáng (thông tin khứ) thông tin nhập từ cảm ứng xe đường thiết bị quang điều khiển lưu lượng xe CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.6.1 Khái niệm trạng thái Trạng thái hệ thống tranh chụp nhanh mà tất thành phần thích hợp biểu diễn cách rõ ràng Ví dụ: … - Trạng thái trận bóng đá:? CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.6.2 Máy trạng thái hữu hạn Việc hệ thống thay đổi từ trạng thái sang trạng thái khác với số lượng trạng thái xác định hữu hạn biểu diễn tiến trình làm việc hệ thống Lúc ta nói hệ thống máy hay điều khiển trạng thái hữu hạn (finite state machine) CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.6.2 Máy trạng thái hữu hạn Một máy trạng thái hữu hạn bao gồm năm thành phần : số hữu hạn trạng thái số hữu hạn đầu vào từ bên số hữu hạn tín hiệu xuất (hay đầu ra) bên ngồi định rõ tất chuyển trạng thái định rõ thành phần giá trị đầu CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.6.2 Máy trạng thái hữu hạn CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.6.3 Một thí dụ thực máy trạng thái hữu hạn CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.6.3 Một thí dụ thực máy trạng thái hữu hạn CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) 3.6.3 Một thí dụ thực máy trạng thái hữu hạn CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.6 Mạch (Sequential logic circuit) * Phần tử nhớ Thành phần lại điều khiển đèn báo hiệu nguy hiểm giao thông mạch logic hai phần tử nhớ Hình 3.32c trình bày cấu trúc phần tử nhớ gồm cặp hai mạch cài D, gọi mạch lật chủ tớ (master-slave flip-flop) CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.7 Đƣờng truyền liệu LC3 Để hiểu rõ việc thực thi chương trình, người ta đưa khái niệm đường truyền liệu (data path) vi xử lý Đường truyền liệu thực mạch logic trình bày theo chức để xử lý thơng tin Do cịn gọi vi kiến trúc vi xử lý Hình 3.36 sau đường truyền liệu máy tính ảo LC3, tương tự hình 1.14, có nhiều cấu trúc tạo thành máy tính quen thuộc với ghi 16 bit PC, IR, MAR, MDR Mỗi đường dây có đường gạch chéo nhỏ kèm theo số 16 biểu diễn 16 đường dây, dây mang bit thông tin N, Z, P ghi bit, chúng thực mạch lật chủ tớ CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ 3.7 Đƣờng truyền liệu LC3 Có năm phân kênh, cung cấp giá trị 16 bit cho ghi PC (PCMUX), cung cấp địa cho ghi MAR (MARMUX), để chọn liệu nhập vào đầu B ALU (SR2MUX), hai để chọn toán hạng nhập cho cộng 16 bit (ADDR1MUX ADDR2MUX) Để điều khiển thành phần đường truyền liệu hoạt động, ta cần vi lệnh với bit quy định cụ thể Tập hợp vi lệnh vi chương trình mà chương sau hiểu rõ học cấp kiến trúc tập lệnh (ISA) CPU LC3 CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ CHƢƠNG CÁC CẤU TRÚC LUẬN LÝ SỐ ... C? ?C CẤU TR? ?C LUẬN LÝ SỐ 3.2 C? ??ng luận lý (Logic gate) 3.2.1 C? ??ng NOT (hay Inverter) In Out 1 CHƢƠNG C? ?C CẤU TR? ?C LUẬN LÝ SỐ 3.2 C? ??ng luận lý (Logic gate) 3.2.2 C? ??ng OR NOR CHƢƠNG C? ?C CẤU TR? ?C. .. (Logic gate) 3.2.3 C? ??ng AND NAND CHƢƠNG C? ?C CẤU TR? ?C LUẬN LÝ SỐ 3.2 C? ??ng luận lý (Logic gate) C? ?c ký hiệu theo quy ư? ?c cho c? ??ng logic bản: CHƢƠNG C? ?C CẤU TR? ?C LUẬN LÝ SỐ 3.2 C? ??ng luận lý (Logic... TR? ?C LUẬN LÝ SỐ 3.2 C? ??ng luận lý (Logic gate) 3.2.2 C? ??ng OR NOR CHƢƠNG C? ?C CẤU TR? ?C LUẬN LÝ SỐ 3.2 C? ??ng luận lý (Logic gate) 3.2.3 C? ??ng AND NAND CHƢƠNG C? ?C CẤU TR? ?C LUẬN LÝ SỐ 3.2 C? ??ng luận lý