BÁO CÁO THỰC HÀNHMÔN: THIẾT KẾ LUẬN LÝ SỐLAB 3: Thiết kế mạch tổ hợp phục vụ tính toánBáo cáo lab3 CE118 Thiết kế luận lý số UIT: Thiết kế ALU và bộ nhân 4 bit.ALU Arithmetic and Logic Unit là một mạch tổ hợp để thực hiện các tác vụ về toán học (cộng, trừ, nhân, chia,…) và logic (and, or, not, xor,…). Một ALU đơn giản sẽ bao gồm 2 phần là khối AU (Arithmetic Unit) chịu trách nhiệm thực hiện các tác vụ về toán học và khối LU (Logic Unit) chịu trách nhiệm thực hiện các tác vụ về logic. ALU thường sẽ có 2 toán hạng và phép toán được ALU thực hiện sẽ được điều khiển thông qua tín hiệu Opcode.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN: THIẾT KẾ LUẬN LÝ SỐ LAB 3: Thiết kế mạch tổ hợp phục vụ tính toán Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Lớp MỤC LỤC I LÝ THUYẾT I THỰC HÀNH Ý tưởng Hiện thực ý tưởng .7 a Sơ đồ trạng thái b Rút gọn trạng thái c Bảng chuyển trạng thái d Vẽ mạch e Waveform .7 II BÀI TẬP LÀM THÊM Ý tưởng Hiện thực ý tưởng Hiển thị KIT: .12 Mạch nhân số bit có dấu ( làm thêm): 13 III CÁC MẠCH CHỨC NĂNG .14 Mạch cộng bán phần – Half Adder (HA) 14 Mạch cộng toàn phần – Full Adder (FA) 14 Mạch cộng bit 15 Mạch cộng 16 bit 16 Mạch trừ 16 bit 17 Bộ MUX 2:1 – 1bit 17 Bộ MUX 2:1 – 16 bit 18 Bộ dịch trái bit – Shift Left – ShL8 .19 Bộ dịch phải bit – Shift Right – ShR4 19 10 Bộ so sánh bit – Comp1 20 11 Bộ so sánh bit – Comp4 20 12 Bộ Mux 4:2 bit – MUX42_1bit 21 14 AND2_16bit 22 15 Nand2_16bit 23 16 OR2_16bit 24 17 XOR2_16bit 25 18 Mạch tăng – 16bit – INC16 26 19 Mạch giảm – 16bit – DEC16 27 20 Thanh ghi bit – REG_4bit 28 21 Thanh ghi 16 bit – REG_16bit .29 22 Thanh ghi bit – REG_8bit 30 23 AND2_4bit 30 24 AND2_8bit 31 25 Mạch cộng số bit – ADD2_8bit .31 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1: Symbol ALU 16 bit .6 2: Chi tiết ALU 16 bit 3: Lưu đồ thuật toán phép nhân bit .8 4: Kiến trúc thực phần cứng phép nhân bit 5: Sơ đồ mô tả khối phép nhân bit .9 6: Mạch nhân số bit .10 7: Mạch nhân số bit - phần 11 8: Mạch nhân số bit - phần 11 9: Waveform mạch nhân bit ( * 10) .12 10: Waveform mạch nhân bit ( 13 * 14) 12 11: Waveform mạch nhân bit ( 15 * 0) .12 12: Waveform mạch nhân bit (15 * 15) 12 13: Mạch hiển thị DE2 13 14: Mạch nhân số bit có dấu 13 15: Waveform mạch nhân số bit có dấu 14 16: Mạch HA .14 17: Waveform HA .14 18: Mạch cộng toàn phần 15 19: Waveform mạch cộng toàn phần 15 20: Mạch cộng bit .16 21: Waveform bit 16 22: Mạch cộng 16 bit 16 23: Waveform mạch cộng 16bit 16 24: Mạch trừ 16 bit 17 25: Waveform mạch trừ 16 bit 17 26: Mạch MUX 2:1 - bit 17 27: Waveform mạch MUX 2:1 - bit 18 28: Mạch MUX 2:1 16bit 18 29: Waveform mạch MUX 2:1 16 bit 19 30: Mạch dịch trái bit .19 31: Waveform mạch dịch trái bit 19 32: Mạch dịch phải bit 19 33: Waveform dịch phải bit 20 34: Mạch so sánh bit 20 35: Waveform so sánh bit 20 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 36: Mạch MUX 4:1 - 1bit 21 37: Waveform MUX 4:1 - 1bit 21 38: Mạch MUX 4:1 - 16bit 22 39: Waveform MUX 4:1 - 16 bit 22 40: Mạch And2_16bit 23 41: Waveform mạch And2_16 23 42: Mạch Nand2_16bit 24 43: Waveform mạch Nand2_16bit 24 44: Mạch Or2_16bit 25 45: Waveform mạch Or2_16bit 25 46: Mạch Xor2_16bit 26 47: Waveform mạch Xor2_16bit 26 48: Mạch tăng - 16 bit 27 49: Waveform mạch tăng - 16bit 27 50: Mạch đếm giảm - 16bit 28 51: Waveform mạch đếm trừ - 16bit 28 52: Mạch ghi bit 28 53: Waveform ghi bit 29 54: Mạch ghi 16 bit 29 55: Waveform ghi 16 bit 29 56: Mạch ghi bit 30 57: Waveform ghi bit 30 58: Mạch AND2_4bit 30 59: Waveform AND2_4bit 31 60: Mạch AND2_8bit 31 61: Waveform AND2_8bit 31 62: Mạch cộng số bit .32 63: Waveform mạch cộng số bit 32 Bảng 1: Opcode chức tương ứng Bảng 2: Bảng chân trị HA I LÝ THUYẾT ALU - Arithmetic and Logic Unit mạch tổ hợp để thực tác vụ toán học (cộng, trừ, nhân, chia,…) logic (and, or, not, xor, …) Một ALU đơn giản bao gồm phần khối AU (Arithmetic Unit) chịu trách nhiệm thực tác vụ toán học khối LU (Logic Unit) chịu trách nhiệm thực tác vụ logic ALU thường có tốn hạng phép tốn ALU thực điều khiển thơng qua tín hiệu Opcode Hình 1: Symbol ALU 16 bit Hình 2: Chi tiết ALU 16 bit Bảng Opcode: Opcode 000 001 010 011 100 101 110 111 Chức Cộng Cộng Trừ Trừ And Or Nand Xor Bảng 1: Opcode chức tương ứng I II THỰC HÀNH Ý tưởng Hiện thực ý tưởng a Sơ đồ trạng thái b Rút gọn trạng thái c Bảng chuyển trạng thái d Vẽ mạch e Waveform BÀI TẬP LÀM THÊM Đề bài: Thực phép nhân bit số Ý tưởng Hình 3: Lưu đồ thuật tốn phép nhân bit Hình 4: Kiến trúc thực phần cứng phép nhân bit Hiện thực ý tưởng Hình 5: Sơ đồ mô tả khối phép nhân bit Vẽ mạch: Hình 6: Mạch nhân số bit Waveform: Hình 27: Waveform mạch MUX 2:1 - bit Bộ MUX 2:1 – 16 bit Vẽ mạch: Hình 28: Mạch MUX 2:1 16bit Waveform: Hình 29: Waveform mạch MUX 2:1 16 bit Bộ dịch trái bit – Shift Left – ShL8 Ý tưởng: Các bit phía bên phải dịch phía bên trái (bit có trọng số thấp dịch phía bit có trọng số cao), bit có trọng số thấp dịch dịch vào Vẽ mạch: Hình 30: Mạch dịch trái bit Waveform: Hình 31: Waveform mạch dịch trái bit Bộ dịch phải bit – Shift Right – ShR4 Ý tưởng: Các bit phía bên trái dịch phía bên phải (bit có trọng số cao dịch phía bit có trọng số thấp), bit có trọng số cao dịch dịch vào Vẽ mạch: Hình 32: Mạch dịch phải bit Waveform: Hình 33: Waveform dịch phải bit Giải thích Waveform: Ban đầu selectIn = tức chọn nạp liệu vào, CLK tích cực cạnh lên lần đầu tiên, liệu nạp vào Sau selectIn = 1, tức chọn dịch phải, từ CLK tích cực cạnh lên liệu dịch phải 10 Bộ so sánh bit – Comp1 Input: A, B Output: Y3 = A > B Y2 = A = B Y1 = A < B Vẽ mạch: Hình 34: Mạch so sánh bit Waveform: Hình 35: Waveform so sánh bit 11 Bộ so sánh bit – Comp4 Vẽ mạch: