(Đồ án hcmute) thiết kế và so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đường ống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH MẠCH CỘNG 16 BIT SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐƯỜNG ỐNG GVHD: TS VÕ MINH HUÂN SVTH: HUỲNH THỊ KIM CHI MSSV: 11119159 SKL 0 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH MẠCH CỘNG 16 BIT SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐƢỜNG ỐNG SVTH : HUỲNH THỊ KIM CHI MSSV: 11119159 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Máy tính GVHD: TS VÕ MINH HUÂN Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2015 an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2015 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Huỳnh Thị Kim Chi Ngành: MSSV: 11119159 Cơng Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Giảng viên hướng dẫn: TS Võ Minh Huân Ngày nhận đề tài: 16/03/2015 Lớp: ĐT: Ngày nộp đề tài: 11119CL1 0909437522 20/07/2015 Tên đề tài: Thiết kế so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống Các số liệu, tài liệu ban đầu: Khơng có Nội dung thực đề tài: Thiết kế mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đường ống so sánh kết với mạch cộng CLA Sản phẩm: Mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đường ống kết so sánh TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Huỳnh Thị Kim Chi Ngành: Tên đề tài: MSSV: 11119159 Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Thiết kế so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống Họ tên Giáo viên hướng dẫn: TS Võ Minh Huân NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Huỳnh Thị Kim Chi MSSV: 11119159 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: Thiết kế so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) an thángnăm 20… ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT Tên đề tài :Thiết kế so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đường ống Giáo viên hƣớng dẫn : TS.Võ Minh Huân Thời gian thực : 18 tuần Sinh viên thực : Huỳnh Thị Kim Chi Loại đề tài : Nghiên cứu (giải pháp,kỹ thuật) mô máy tính STT 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 5.1 5.2 Cơng việc Tìm hiểu cài đặt phần mềm Cadence hệ điều hành Linux Thiết kế mô cổng Inverter, AND, OR, NAND phần mềm Cadence Tìm hiểu mạch cộng 16 bit, kỹ thuật đường ống mạch cộng Carry Look-Ahead Thiết kế mạch cộng bit, bit, mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đường ống mạch cộng Carry LookAhead Mô phỏng, lấy thông số mạch so sánh Viết báo cáo Kiểm tra tổng thể đề tài Thời gian thực tuần (16/3  5/4) tuần (6/4  26/4) tuần (4/5 24/5) tuần (25/5  21/6) tuần (22/6  5/7) tuần (6/7 19/7) tuần (14/7 19/7) Nội dung cơng việc : Tìm hiểu cài đặt phần mềm Cadence hệ điều hành Linux Tìm hiểu phần mềm Cadence Cài đặt Cadence hệ điều hành Linux môi trường máy ảo Vmware Chạy chương trình khắc phục lỗi có Tiến hành bổ sung thư viện model cho phần mềm Tìm hiểu kỹ thuật đƣờng ống Khái niệm Đặc điểm Các xung đột Thiết kế mô cổng Inverter phần mềm Cadence Thiết kế Mô Phƣơng pháp thiết kế mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống Mô lấy thông số mạch Mô Lấy thông số so sánh Viết báo cáo Kiểm tra tổng thể đề tài Xác nhận GVHD Ngày 20 tháng năm 2015 SVTH Huỳnh Thị Kim Chi an TIẾN ĐỘ DỰ KIẾN STT Tuần/ngày Nội dung Tuần 1, (16/3  29/3)   Tìm hiểu phần mềm Cadence Tuần (30/3 5/4) Cài đặt phần mềm Cadence hệ điều hành Linux    Lịch sử hình thành Các sản phẩm Gói mơ Cadence Virtuoso Analog Design Environment Sử dụng hệ điều hành RedHat cài máy ảo Vmware Các gói cài đặt Cadence Tuần 4, (6/4   19/4)  Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm Cadence Tuần (20/4 26/4) Viết hƣớng dẫn sử dụng phần mềm,thiết kế,mô cổng Inverter phần mềm Cadence Tuần 7, (4/5 17/5)  Tuần (18/5 24/5) Tuần 10,11,12,13 Tạo thƣ viện Thiết kế cổng Tìm hiểu kỹ thuật đƣờng ống   Vai trò kỹ thuật Ứng dụng thực tiễn Tìm hiểu mạch cộng Mơ thiết kế mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống mạch cộng CLA (25/5 21/6) Tuần 14,15 Kiểm tra kết so sánh với mạch cộng CLA (22/6 5/7) Tuần 16,17 Viết báo cáo (6/7 19/7) 10 Tuần 18 Kiểm tra tổng thể đề tài (14/7 19/7) Xác nhận GVHD Sinh viên thực an (Ký ghi rõ họ tên) an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, sinh viên gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS.Võ Minh Huân trực tiếphƣớng dẫntrong suốt thời gian thực đề tài tạo điều kiện để sinh viên hoàn thành tốt đề tài Sinh viên xin cảm ơn quý thầy cô thuộc Khoa Điện - Điện Tử Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao bốn năm qua tận tụy dạy dỗ, truyền đạt cho sinh viên kiến thức để vận dụng vào đề tài hành trang bƣớc vào đời Cuối cùng, sinh viên gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ sinh viên suốt trình thực đề tài Tuy nhiên q trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy thơng cảm bảo thêm Chúc quý thầy cô, anh, chị bạn hồn thành tốt cơng việc thành công sống Sinh viên thực Huỳnh Thị Kim Chi i an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn nhu cầu khơng thể thiếu với loại máy tính đƣợc phát minh không ngừng cải tiến để phục vụ nhu cầu tính tốn ngày cao ngƣời Với nhu cầu xử lý số liệu lớn ngày cao địi hỏi ngƣời khơng ngừng nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật tối ƣu đáp ứng nhu cầu đó.Vấn đề đặt tăng tốc độ tính tốn cho mạch Dựa vào nhu cầu thực tế mà sinh viên định chọn đề tài: “Thiết kế so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống” để làm đề tài tốt nghiệp Tuy sinh viên nỗ lực hoàn thành đồ án song thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên nội dung tránh khỏi sai sót Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Huỳnh Thị Kim Chi ii an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.16: Mơ dạng sóng (5)  Tách song cách nhấp vào biểu tƣợng chuyển đổi Switch Axis Mode 26 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.17: Mơ dạng sóng (6)  Cách lấy giá trị dòng điện o Tại cửa sổ Analog Design Environment, chọn Results – Direct Plot – Transient Signal, nhấp chuột vào vị trí muốn đo dịng điện Hình 3.18:Giá trị dịng điện  Dùng Calculator để tính giá trị I trung bình mạch: o Nhấp chuột vào biểu tƣợng Calculator – ware - nhấp chuột vào dạng sóng cần tính- nhấp chọn Special Function Calculator - Chọn Average –Plot 27 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH CỘNG 16 BIT SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐƢỜNG ỐNG 4.1 Cơ sở nghiên cứu Kỹ thuật đƣờng ống làm cho công đoạn khác thực thi lúc làm tăng tốc độ thực lệnh 4.2 Mơ giải thích kết Hình 4.1: Mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống 28 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.2:Dạng sóng ngõ vào acủa khối bit thứ Hình 4.2 cho giá trị chu kì 2ns Theo thứ tự từ xuống dƣới thứ tự ngõ vào từ s(3) đến s(0) Tín hiệu dạng xung vuông với mứcđiệnáp mức cao 1.2V trình hoạt động 10n Hình 4.3: Dạng sóng ngõ vào b khối bit thứ 29 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.3 cho giá trị chu kì 4ns Hình 4.4: Dạng sóng ngõ vào c khối bit thứ Hình 4.5: Dạng sóng ngõ s khối bit thứ 30 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.6: Dạng sóng ngõ vào a khối bit thứ Hình 4.7: Dạng sóng ngõ vào b khối bit thứ 31 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.8: Dạng sóng ngõ vào c khối bit thứ Hình 4.9: Dạng sóng ngõ s khối bit thứ 32 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.10: Dạng sóng ngõ vào a khối bit thứ Hình 4.11: Dạng sóng ngõ vào b khối bit thứ 33 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.12: Dạng sóng ngõ vào c khối bit thứ Hình 4.13: Dạng sóng ngõ s khối bit thứ 34 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.14: Dạng sóng ngõ vào a khối bit thứ Hình 4.15: Dạng sóng ngõ vào b khối bit thứ 35 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.16: Dạng sóng ngõ vào c khối bit thứ Hình 4.17:Dạng sóng ngõ s khối bit thứ 36 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.18: Mạch cộng 16 bit CLA 4.3 So sánh tốc độ hai mạch cộng Về mặt lý thuyết:  Về diện tích: mạch sử dụng kỹ thuậtđƣờngốngcó diện tích lớn so với mạch CLA Do có sử dụng nhiều flip flop  Về tốcđộ: mạch sử dụng kỹ thuậtđƣờngống có tốcđộxử lý nhanh với mạch cộng CLA Thời gian thực việc cộng 16 bit dùng kỹ thuật đƣờng ống ¼ thời gian mạch cơng CLA Do chu kì mạch sử dụng kỹ thuậtđƣờngống chia nhỏ công đoạn làm việc thành nhiều phần nhỏ thực nhiều công việc lúc xung nhịp Giả sử mạch CLA thực công đoạn khối bit chu kì, thìnó phải chu kì cho việc cộng 16 bit Cịn pipeline chu kì cho việc cộng 16 bit 37 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau thực đồ án “Thiết kế so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống” sinh viên thực đồ án tìm hiểu thiết kế đƣợc mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống Cài đặt sử dụng đƣợc phần mềm thiết kế mạch Cadence để thiết kế mạch nhƣ hiểu kỹ thuật đƣờng ống thiết kế Trong trình thực đồ án sinh viên có hội tiếp xúc làm việc với anh chị trƣớc để học hỏi kinh nghiệm nhƣ trau dồi thêm kiến thức thiếu Sinh viên hi vọng kết đồ án tài liệu có ích cho bạn yêu thích lĩnh vực thiết kế vi mạch tham khảo  Hạn chế:  Chƣa mô đƣợc mạch cộng 16 bit CLA  Chƣa lấy đƣợc số liệu so sánh cụ thể 5.2 Hƣớng phát triển  Có thể áp dụng cơng nghệ nhƣ công nghệ 16nm, 12nm  Nghiên cứu ứng dụng nhiều kỹ thuật khác nhằm nâng cao tốc độ xử lý mạch  Kế thừa phát triển lên mạch cộng 32bit, 64bit 38 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1].http://doc.edu.vn/tai-lieu/nen-tang-kien-truc-penryn-cong-nghe-45nm-high-k-metal-gatecua-intel-60157/ [2] http://icdesignvn.com/forum/index.php?threads%2Fky-thuat-pipeline-la-gi.310%2F Tiếng Anh [1] 4-bit Pipelined Carry Select Adder Design Report, Alok Garg [2] http://www.ele.uri.edu/Courses/ele444/class/pipe_add.pdf [3] http://thietkevimach.com/home/index.php?option=com_content&view=article &id=503:nhng-im-c-bn-v-mosfet&catid=118:th-gii-asic&Itemid=94 [4] http://voer.edu.vn/c/mach-cong-nhi-phan/5cda2aa3/143f77f6 39 an an ... tài: Thiết kế so sánh mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống Các số liệu, tài liệu ban đầu: Khơng có Nội dung thực đề tài: Thiết kế mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đường ống so sánh kết... hiểu mạch cộng 16 bit, kỹ thuật đường ống mạch cộng Carry Look-Ahead Thiết kế mạch cộng bit, bit, mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đường ống mạch cộng Carry LookAhead Mô phỏng, lấy thông số mạch. .. Ứng dụng thực tiễn Tìm hiểu mạch cộng Mô thiết kế mạch cộng 16 bit sử dụng kỹ thuật đƣờng ống mạch cộng CLA (25/5 21/6) Tuần 14,15 Kiểm tra kết so sánh với mạch cộng CLA (22/6 5/7) Tuần 16, 17