Giáo trình môn kỹ thuật xung số

Giáo trình môn kỹ thuật xung số

Chương I Hệ thống số và mã số - 1 - 1 1 2 1 t Biãn âäü (a) tên hiãûu tỉång tỉû t 5V 0V (b) tên hiãûu säúû 011010010 CHỈÅNG I Chỉång ny trçnh by sỉû khạc nhau giỉỵa mảch tỉång tỉû v mảch säú, cạc ỉu âiãøm ca mảch säú. Mảch säú cn gi mảch lägic, hoảt âäüng åí hai trảng trại cạch biãût ráút r rãût, do âọ säú tỉû nhiãn thêch håüp våïi hãû thäúng säú nhë phán chè dng hai con säú 0 v 1 thay vç mỉåìi con säú 0 âãún 9 nhỉ åí hãû tháûp phán quen thüc. Âãø lm r thãm vãư hãû nhë phán, phẹp tênh säú hc cå bn v säú cọ dáúu, kãø c säú b 1 v b 2 cng âỉåüc trçnh by. Tiãúp theo l hãû tháûp lủc phán dng cạc con säú 0 âãún 9 v mäüt säú chỉỵ cại âãø diãøn t säú lỉåüng hay trảng thại tỉì 0 âãú n 15 tháûp phán. Nỉía sau ca chỉång l cạc m säú m chênh l m BCD v m ASCII thäng dủng. 1.1 MẢCH TỈÅNG TỈÛ V MẢCH SÄÚ Tên hiãûu l biẹn thiãún ca biãn âäü, m thỉåìng l âiãûn thãú hay dng âiãûn, theo thåìi gian. Âỉåìng biãøu diãøn ca tên hiãûu l dảng sọng. Mảch tỉång tỉû xỉí l tên hiãûu tỉång tỉû. Tên hiãûu tỉång ỉïng våïi tiãúng nọi, tên hiãûu tám âiãûn, tên hiãûu tỉång ỉïng våïi sỉû biãún thiãn ca nhiãût âäü l vi vê dủ vãư tên hiãûu tỉång tỉû ( hçnh 1.1a ). Tên hiãûu tỉång tỉû cọ âàûc tênh: - Thỉåìng do cạc hiãûn tỉåüng tỉû nhiãn phạt sinh ra v âỉåüc mäüt cm biãún chuøn thnh tns hiãûu âiãûn, vê dủ tiãúng nọi, hçnh nh. - Liãn tủc vãư biãn âäü nghéa l cọ báút cỉï ttrë säú no trong khong biãún thiãn ca nọ, vê dủ 1V; 1,1V;1,12V; 1,125V - Thỉåìng l liãn tủc vãư thåìi gian. Chng I H thng s v mó s - 2 - t t 01101001 0 010010110 (a) truyóửn õi (b) nhỏỷn õổồỹc ngổồợng Hinh 1.1 Tin hieu tuong tu va so Mỷc khaùc maỷch sọỳ xổớ lyù tờn hióỷu sọỳ thổồỡng laỡ tờn hióỷu nhở phỏn(gọửm logic 0 vaỡ 1 ) coù daỷng soùng xung ( hỗnh 1.1b ).vồùi hai mổùc bión õọỹ: mổùc cao ( logic 1) vờ duỷ bũng 5V, vaỡ mổùc thỏỳp ( logic 0 ) vờ duỷ bũng 0V. Thồỡi gian bióỳn thión giổợa hai mổùc, goỹi thồỡi gian chuyóứn tióỳp, laỡ õọỹt bióỳn ( vọ cuỡng ngừn ) nón tờn hióỷu sọỳ coù thóứ xem nhổ giaùn õoaỷn vóử bión õọỹ. Thỏỷt ra mổùc cao vaỡ mổùc thỏỳp coù thóứ coù cs trở sọỳ khaùc vồùi hỗnh 1.1b. Tờn hióỷu tổồng tổỷ nhổ ồớ hỗnh 1.1a coù thóứ õổồỹc chuyóứn õọứi thaỡnh tờn hióỷu sọỳ nhổ ồớ hỗnh 1.1b bồới maỷch chuyóứn õọứi tổồng tổỷ sang sọỳ ( Analog to Digital Conventer - ADC). Dộ nhión tờn hióỷu sọỳ cuợng õổồỹc phaùt sinh bồới chờnh caùc maỷch sọỳ ( kóứ caớ maùy tờnh) . ặu õióứm cuớa maỷch sọỳ. Hinh 1.2 Anh huong cua su meo dang va nhieu Maỷch sọỳ coù nhióửu ổu õióứm so vồùi maỷch tổồng tổỷ khióỳn maỷch sọỳ ngaỡy caỡng phọứ bióỳn. ớ gỏửn nhu moỹi laợnh vổỷc tổỡ õo lổồỡng, õióửu khióứn õóỳn tờnh toaùn, thọng tin ( õióỷn thoaỷi sọỳ thay thóỳ õióỷn thoaỷi tổồng tổỷ, truyóửn hỗnh sọỳ seợ thay thóỳ truyóửn hỗnh tổồng tổỷ vv ). Tuy maỷch õióỷn tổồng tổỷ vaỡ caùc thióỳt bở tổồng tổỷ cuợng coù nhổợng õỷc tờnh rióng khióỳn khọng bao giồỡ bở thay thóỳ hoaỡng toaỡn bồới maỷch sọỳ vaỡ vaùc thióỳt bở sọỳ. Sau õỏy laỡ mọỹt sọỳ ổu õióứm cuớa maỷch sọỳ: ắ Khaớ nng chọỳng nhióửu vaỡ sổỷ meùo daỷng cao: Nhióựu laỡ nhổợng tờn hióỷu lọỹn xọỹn do chờnh maỷch õióỷn tổớ taỷo ra hay tổỡ bón ngoaỡi thỏm nhỏỷp vaỡo chọửng lón tờn hióỷu õờch thổỷc bióứu thở thọng tin maỡ ta cỏửn xổớ lyù hay truyóửn õi. Ngaoỡi ra tờn hióỷu truyóửn trong maỷch õióỷn tổớ vaỡ mọi trổồỡng thọng tin ( dỏy õióỷn caùp, sồỹi quang, khọng gian vv ) coỡn bở meùo daỷng. Kóỳt quaớ laỡ tờn hióỷu nhỏỷn õổồỹc ồớ maùy thu bở meùo daỷng vaỡ bở nhióựu ( hỗnh 1.2 ). ớ maùy thu tờn hióỷu õổồỹc so saùnh vồùi mọỹt ngổồợng ( thồỡi õióứm so saùnh laỡ taỷi giổợa Chương I Hệ thống số và mã số - 3 - thåìi gian ca xung biãøu thë 1 hảoc 0 ) âãø xạc âënh lải hai mỉïc: nãúu tên hiãûu nh hån ngỉåỵng l mỉïc tháúp, nãúu cao hån ngỉåỵng l mỉïc cao. Sau âọ dảng xung vng âỉåüc tại tảo giäúng nhỉ åí âáưu truưn. Nhỉ váûy, nhiãùu v sỉû mẹo dảng, ngoải trỉì khi tráưm trng, khäng nh hỉåíng lãn kãút qu. ¾ Tỉû phạt hiãûn sai v sỉía sai: khi nhiãøu hay sỉû mẹo dảng tráưm trng thç kãút qu nháûn âỉåüc bë sai. Âiãưu hay l bàòng cạch m hoạ dỉỵ liãûu nhj phán mäüt cạch thêch håüp ngỉåìi ta lam hãû thäúng mảch säú cọ kh nàng tỉû biãút chäù sai v tỉû sỉía lải cho âụng. ¾ Lỉu trỉỵ v truy cáûp dãù dng v nhanh chọng: Do tên hiãûu säú chè cọ hai mỉïc nãn viãûc lỉu trỉỵ åí cạc mäi trỉåìng khạc nhau ( bäü nhå bạn dáùn ,bàng tỉì, ), v truy cáûp ráút tháûn tiãn. ¾ Tênh toạn, l lûn nhanh chọng: Tênh toạn nọi cạc phẹp tênh cå bn cäüng trỉì nhán chia v sỉû kãút håüp cạc phẹp toạn ny âãø gii bi toạn phỉïc tảp hån. L lûn ( logic ) nọi cạc phẹp so sạnh, dëch chuøn, phán loải, xãúp hảng vv Mạy tênh l kãút håüp cạc kh nàng tênh toạn, l lûn v lỉu trỉỵ. ¾ Âäü chênh xạc v âäü phán gii cao: Trong viãûc âo âảc thåìi gian, táưn säú, âiãûn thãú vv k thût säú cho âäü chênh xạc v âäü phán gi cao hån k thût tỉång tỉû. ¾ Thûn tiãûn cho cäng viãûc têch håüp: Mảch säú d l mäüt mạy tênh , mäüt mảng âiãûn thoải säú, vv ch úu l do mäüt säú mảch cå bn nhỉng âỉåüc láûp âi láûp lải hng ngn, hng ttriẻu lán tảo nãn. Chênh sỉû làûp âi làûp lải ny ráút tháûn låüi cho viãûc chãú tảo cạc mảch têch håüp ( Intergrated Circuit  IC ). Thỉûc tãú â cọ hng ngn cạc IC säú khạc nhau lm cạc chỉïc nàng tỉì gin âån âãún vä cng tinh vi phỉïc tảp. ¾ Dãù thiãút kãú, kàõp rạp, sỉía chỉỵa: Do cọ ráút nhiãưu mảch IC cho cạc chỉïc nàng khạc nhau, m cạc IC ny gáưn nhỉ khäng cáưn cạc linh kiãûn thủ âäüng häù tråü ( khạc våïi cạc IC tỉång tỉû bao giåì cng cáưn nhiãưu l tủ âiãûn, âiãûn tråí vv chung quanh ) v do âiãûn thãú åí cạc nåi trong mảch säú chè hồûc åí mỉïc cao hồûc mỉïc tháúp khiãún sỉû thiẹt kãú, làõp rạp v sỉía chỉỵa mảch säú dãù dng hån mảch tỉång tỉû. Nhỉåüc âiãøm ca mảch säú Chè nọi ỉu âiãøm m khäng nọi nhỉåüc âiãøm l khäng cäng bàòng. Mảch säú cọ hai nhỉåüc âiãøm låïn. Trỉåïc tiãn thãú giåïi váût l ta âang säúng ch úu l thãú giåïi tỉång tỉû: nhiãût âäü tàng lãn gim xúng liãn tủc chỉï khäng nhy vt, chiãúc xe tỉì dỉìng âãún làn bạnh räưi måïi nhanh dáưn chåï khäng däüt biãún, dảng sọng biãøu thë tiãúng nọi biãún thiãn liãn tủc tỉì biãn âäü ny sang biãn âäü khạc vv Do âọ âãø cọ mäüt lỉåüng váût l tỉû nhiãn lt âỉåüc vo mảch säú hay tỉì mảch säú tạc âäüng tråí lải thãú giåïi tỉû nhiãn phi cọ sỉû chuøn âäøi. Kãú âãún, trong vi trỉåìng håüp mảch säú cọ thãø täún kẹm hån. Vê dủ hãû thäúng truưn hçnh säú, bãn cảnh nhiãưu ỉu âiãøm, trỉåïc màõt s täún kẹm hån nhiãưu so våïi hãûn thäúng truưn hçnh tỉåntg tỉû nhỉ hiãûn nay. Tuy nhiãn trong háưu hãút trỉåìng håüp mảch säú måïi cạ kh nàng vãư täúc âäü, âäü chênh xạc, mỉïc âäü phỉïc tảp cáưn thiãút, vê dủ mạy tênh säú, bàóng ân quang bạo.vv Sỉû tiãún triãøn nhanh chọng ca cäng nghãû mảch têch håüp khiãún cho mảch säú cng ngy cng r. Chương I Hệ thống số và mã số - 4 - 1.2 HÃÛ THÄÚNG SÄÚ NHË PHÁN. Cọ nhiãưu hãû thäúng säú. Thỉåìng dng hng ngy l hãû thäúng säú tháûp phán hay gi tàõt hẻ thäúng 10, dng mỉåìi con säú ( digit ) 0,1,2,3, , 9. Khi säú lỉåüng låïn hån 9 ngỉåìi ta dng hay hay nhiãưu con säú våïi quy ỉåïc vãư giạ trë hảng khạc nhau. Vê dủ âãø diãùn t säú lỉåüng by ngn hai tràm nàm mỉåi ba ngỉåìi ta viãút 7253 theo quy ỉåïc nhỉ sau; 7253 10 = 7000 + 200 + 50 + 3 = 7 x 10 3 + 2 x 10 2 + 5 x 10 1 + 3 x 10 0 Mäüt vê dủ khạc l âãø diãùn t säú lỉåüng bäún tràm by mỉåi làm l hai mỉåi tạm ta viãút 475,28 theo quy ỉåïc nhỉ sau: 475,28 = 400 + 70 + 5 + 0,2 + 0,08 = 4 x 10 2 + 7 x 10 1 + 5 x 10 0 + 2 x 10 -1 + 8 x 10 -2 . Trong ngän ngỉỵ mảch logic v mạy tênh säú lỉåüng nhỉ 5; 202; 7252 l säú ngun cn säú cọ pháưn l ( pháưn säú ) nhỉ 5,3; 202,2; 475,28 l säú thỉûc. 1.2.1.Cạch gi säú nhë phán Mảch âiãûn tỉí ráút khọ biãøu thë, xỉí l v lỉu trỉỵ trỉûc tiãúp cạc säú tháûp phán khạc nhau, nhỉng cọ thãø hoảt âäüng ráút bo âm åí hai trảng thại cạch biãût nhau vê dủ mäüt cäng tàõc âiãûn cọ thãø âọng ( âãø dng âiãûn âi qua lm bọng ân sạng ) hay håí ( âãø khäng cọ dng âiãûn âi qua, lm bọng ân tàõt ), mäüt transistor cọ thãø ngỉng dáùn hay dáùn mảnh, vv Do âọ ngỉåìi ta â phạt triãøn hãû thäúng säú nhë phán, hay gi tỉït hãû 2, chè dng hai con säú 0 v1. âãø diãùn t cạc säú lỉåüng khạc nhau ngỉåìi ta dng säú cọ nhiãưu con säú 0 v 1 våïi quy ỉåïc vãư giạ trë tỉång tỉû nhỉ åí hãû tháûp phán nhỉng báy giåì säú nhán l 2 n thay vç 10 n ( n l säú ngun dỉång hay ám ). Vê dủ: 11111111 2 = 1 x 2 7 +1 x 2 6 +1 x 2 5 +1 x 2 4 +1 x 2 3 +1 x 2 2 +1 x 2 1 +1 x 2 0 = 128 + 64 32 + 16 + 8 + 4 +2 + 1 = 255 10 Mäüt con säú trong säú nhë phán âỉåüc gi l mäüt bit ( viãút tàõt cho Binary ) . Bit âáưu ( hng âáưu táûn cng bãn trại ) cọ giạ trë cao nháút ( åí vê dủ trãn l 1 x 2 7 ) v âỉåüc gi MSB ( Most Significant Bit - bit cọ nghéa nháút ) bit cúi ( hng táûn cng bãn phi ) cọ giạ trë tháúp nháút ( åí vê dủ trãn l 1 x 2 0 ) v âỉåüc gi LSB ( Least Significant Bit - bit cọ nghéa nháút ) . Våïi säú tháûp phán thç phi nọi MSD ( Most Significant Digit ) v LSD ( Least Significant Digit). Khi mäüt bit l 0 d åí hng no cng âãưu cọ trë giạ l khäng ( vç 0 x 2 n = 0 ). Vê dủ: 10010101 2 = 1 x 2 7 + 0 + 0 + 1 + 2 2 + 0 + 1 x 2 0 = 128 + 16 + 4 + 1 = 149 10 Säú nhë phán cọ 8 bit nhỉ åí hai vê dủ trãn âỉåüc gi mäüt byte, säú nhë phán cọ 4 bêt âỉåüc gi l mäüt nipple. Mäüt säú nhë phán nọi chung âỉåüc gi l mäüt word ( tỉì ) nhỉng thỉåìng âỉåüc dng âãø chè säú cọ 16 bit. Cn säú 32 bit gi doubleword, 64 bêt gi quaword. Hồûc gi 32 bêt l word, 16 bêt l halfword, 32 bêt l doubleword. Chng I H thng s v mó s - 5 - Tổồớng cuợng cỏửn bióỳt caùch goỹi thổù tổỷ caùc bit trong sọỳ nhở phỏn nhióửu bờt. Bit LSB ( tỏỷn cuỡng bón phaới ) coù thóứ õổồỹc goỹi bit 1 ( bit thổù nhỏỳt ) nón bit coù nghộa cao kóỳ laỡ bit 2 ( bit thổù hai ) , vv Nhổng ngổồỡi ta goỹi bit LSB laỡ bit 0 ( bit thổù khọng ) nón bit coù nghộa cao kóỳ laỡ bit 1, vv Vờ duỷ vồùi sọỳ nhở phỏn 8 bit ( mọỹt byte ) thỗ sổỷ goỹi thổù tổỷ caùc bit theo mọỹt trong hai caùch sau: MSB LSB So nhi phan: Thu tu bit : 8 7 6 5 4 3 2 1 Hoac : 7 6 5 4 3 2 1 1 Trong laợnh vổỷc maỷch sọỳ vaỡ maùy tờnh rỏỳt thuỏỷn tióỷn nóỳu ta nhồù õổồỹc sổỷ chuyóứn õọứi qua laỷi giổợa sọỳ thỏỷp phỏn vaỡ nhở phỏn õọỳi vồùi caùc sọỳ thỏỷp phỏn 0 õóỳn 15 nhổ trỗnh baỡy ồớ baớng 1.1. Kóỳ õóỳn ta cuợng cỏửn bióỳt mọỹt sọỳ luyợ thổỡa nguyón cuớa 2 10 = 1024 õổồỹc goỹi từt laỡ 1K ( õoỹc K hay kilo ), vỏỷy trong ngọn ngổợ nhở phỏn 1K laỡ 1024 chồù khọng phaới 1000 ( mọỹt ngaỡn ). Tióỳp theo: 2 11 = 2 1 . 2 10 = 2K 2 12 = 2 2 . 2 10 = 4K 2 20 = 2 10 . 2 10 = 1K .1K = 1M ( Mega) 2 24 = 2 4 . 2 20 = 4.1M = 4M 2 30 = 2 10 . 2 20 = 1K .1M = 1G (Gita) 2 32 = 2 2 . 2 30 = 4.G = 4G Trong õoù 1M ( õoỹc Mega hay Meg ) laỡ 2 20 = 1048576 chồù khọng phaới 1000000 ( mọỹt trióỷu ) vaỡ 1G ( õoỹc Gita ) laỡ 2 30 = 107374 chồù khọng phaới 1000000000 ( mọỹt tố ). Ngoaỡi ra 2 64 = 2 32 . 2 32 = 16G 2 = 18.446.744073.709.551.616. 1 0110101 Chng I H thng s v mó s - 6 - Bang 1.1 Thap Phan-Nhi Phan Bang 1.2: tri gia cua 2 n Thap Phan Nhi Phan 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 32 64 128 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10000 10001 100000 1000000 10000000 1.2.2.Chuyóứn õọứi thỏỷp phỏn sang nhở phỏn . Thỏỷt ra ờt khi ta cỏửn sổỷ chuyóứn õọứi thỏỷp phỏn sang nhở phỏn ngoaỷi trổỡ caùc sọỳ nhoớ nhổ ghi ồớ baớng 1.1. Coỡn vóử nguyón từc thỗ thổỷc hióỷn pheùp chia hai bón lión tióỳp õóứ tờnh sọỳ dổ. Vờ duỷ, sọỳ thỏỷp phỏn 26 Chia tiep cho 2 : 0 1 3 6 13 26 So du tuong ung : 1 1 0 1 0 LBS Kóỳt quaớ: 26 10 = 11010 ỏửu tión 26 chia 2 laỡ 13 dổ 0; kóỳ õóỳn 13 chia 2 laỡ 6 dổ 1; 6 chia 2 laỡ 3 dổ 0; 3 chia 2 laỡ 1 dổ 1; 1 chia 2 laỡ 0 dổ 1. Tỏỷp hồỹp caùc sọỳ dổ theo thổù tổỷ ngổồỹc laỷi laỡ sọỳ nhở phỏn mong muọỳn. ọỳi vồùi sọỳ thỏỷp phỏn lồùn, caùch goỹn hồn laỡ tỗm hióỷu sọỳ lión tióỳp caớu sọỳ thỏỷp phỏn vồùi luyợ thuỡa cuớa 2 coù giaù trở thỏỳp hồn nhổng gỏửn sọỳ thỏỷp phỏn nhỏỳt. Vờ duỷ sọỳ thỏỷp phỏn 627: n 2 n Viet tat 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 20 24 30 32 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048 4096 8192 16384 32748 65536 1048576 16777216 1073741824 4294967296 1K 2K 4K 8K 16K 32K 64K 1M 16M 1G 4G Chương I Hệ thống số và mã số - 7 - Hiãûu säú: 627 115 51 19 3 1 Säú trỉì: 512 64 32 16 2 1 (2 9 ) (2 6 ) (2 5 (2 4 ) (2 1 ) (2 0 ) Kãút qu: 627 10 = 2 9 + 2 6 + 2 5 + 2 4 + 2 1 + 2 0 = 1001110011. Âáưu tiãn lu thỉìa ca 2 gáưn ( nhỉng nh hån ) våïi 627 l 2 9 = 512, hiãûu säú 627 - 512 l 115. Kãú âãún lu thỉìa ca 2 gáưn våïi 115 nháút l 2 6 = 64, hiãûu säú 115 - 64 l 51, vv Bng 1.2 cho biãút cạc lu thỉìa ngun dỉång ca 2. 1.2.3.Säú nhë phán biãøu thë säú cọ nghéa l . Säú cọ pháưn l ( säú thỉûc ) l säú cọ pháưn ngun v pháưn phán säú m âỉåüc viãút ngàn cạch nhau båíi dáúu pháøy, gi dáúu tháûp phán åí hãû tháûp phán, vê dủ 725,475. Tỉång tỉû, åí hãû nhë phán ngỉåìi ta dng dáúu pháøy nhë phán âãø ngàn cạch pháưn ngun v pháưn phán säú, vê dủ 1101,101. Cạch viãút säú l tháûp phán â âỉåüc trçnh by åí trỉåïc, vê dủ khạc l: 725,475 = 7 x 10 2 +2 x 10 1 +5 x 10 0 +4 x 10 -1 +7 x 10 -2 +5 x 10 -3 = 7 x100 + 2 x 10 + 5 x1 + 4 x 0,1 + 7 x 0,01 + 5 x 0,001 = 700 + 20 + 5 + 0,4 + 0,07 + 0,005 Tỉång tỉû, cạch viãút säú l åí hãû nhë phán cọ nghéa nhỉ qua vê dủ sau: 1101,101 = 1 x 2 3 +1 x 2 2 +0 x 2 1 +1 x 2 0 +1 x 2 -1 +0 x 2 -2 +1 x 2 -3 = 8 + 4 + 1 + 0,5 + 0,25 + 0,125 = 13,625 10 Theo quy ỉåïc qúc tãú ngỉåìi ta dng dáúu cháúm âãø ngàn cạch pháưn ngun v pháưn l thay vç dáúu pháøy. 1.2.4.Chuøn âäøi säú tháûp phán l sang nhë phán. Trỉåïc tiãn xem sỉû chuøn âäøi pháưn l ( pháưn phán säú ). Âãø chuøn âäøi ta nhán pháưn l ca säú tháûp phán våïi 2, pháưn ngun nháûn âỉåüc, m chè cọ th l 1 hồûc 0 l bit MSB ca pháưn l ca säú nhë phán mong mún. Tiãúp theo nhán pháưn l måïi ca säú tháûp phán våïi 2 âãø tçm bit nhë phán kãú v tiãúp tủc nhỉ váûy cho âãún khi pháưn l tháûp phán hãút ( tråí thnh 000 ). Vê dủ säú pháûp phán 0,6875: 0,6875 x 2 = 1,3750 bit nhë phán l 2 ( MSB ) 0,3750 x 2 = 0,7500 bit nhë phán l 0 0,7500 x 2 = 1,5000 bit nhë phán l 1 0,5000 x 2 = 1,0000 bit nhë phán l 1 ( SLB) Kãút qu: 0,6875 10 = 0,1011 Vç bit âáưu tiãn l bit MSB nãn cạc bit cng vãư sau cng cọ nghêa tháúp tỉïc cng cọ giạ trë nh nãn trong trỉåìng hỉûop vi phẹp nhán 2 âáưu khäng dáùn âãún phn l tháûp phán l 0 thç ta váùn cọ thãø dỉìng hay tiãúp tủc cho âãún khi â säú l nhë phán cho sỉû chênh xạc cáưn thiãút. Khi säú tháûp phán gäưm pháưn ngun v pháưn phán säú ta chuøn âäøi hai pháưn riãng biãût räưi kãút håüp lải. Vê dủ: Chương I Hệ thống số và mã số - 8 - Â biãút: 627 10 = 1001110011 V : 0,6875 10 = 0,1011 Nãn: 627,6875 10 = 1001110011,1011. 1.3. TÊNH TOẠN SÄÚ HC VÅÏI SÄÚ NHË PHÁN. Váún âãư tênh toạn säú hc våïi cạc säú nhë phán v cạc mảch säú thỉûc hiãûn cạc phẹp tnhs s âỉåüc trçnh by åí chỉång 10 sau ny. Nhỉng ngay báy giåì nãn biãút så lỉåüc vãư tênh toạn âãø hiãøu thãm vãư säú nhë phán. 1.3.1. Cäüng v trỉì säú nhë phán. Ta â biãút cäüng hai sọ tháûp phán l cäüng hng âån vë trỉåïc, nãúu tng nh hån 10 thç viãút täøng, nãúu täøng tỉì 10 tråí lãn thç viãút hng âån vë v nhåï 1 cho láưn cäüng hng kãú trãn. Viãûc cäüng hai säú nhë phán cng tảo ra säú nhåï. Trỉïåc tiãn xem phẹp cäüng hai säú nhë phán 1 bit: Säú bë cäüng : 0 0 1 1 + + + + Säú cäüng: 0 1 1 0 Täøng: 0 1 1 10 Säú nhåï ( Carry ) Åí trỉåìng håüp cúi cng, 1 + 1 l 2 nhỉng åí hãû nhë phán ta viãút 0 v nhåï 1 cho hng kãú trãn. Âãø l 10 cọ giạ trë tháûp phán l 2. khi säú nhë phán cọ nhiãưu bit ta thỉûc hiãûn phẹp cäüng åí bit cọ nghéa it nháút ( LSB ) trỉåïc v tiãúp tủc cho âãún bit cọ nghéa cao nháút ( MSB). Vê dủ: Säú bë cäüng: 1010 (= 10) 1101 (= 13) + + Säú cäüng: 1001 (= 9) 1111(= 15) Täøng: 10011(= 19) 11100(= 28) Trong phẹp trỉì nãúu säú bë trỉì nh hån säú trỉì, củ thãø l khi 0 trỉì âi 1, thç phi mỉåün 1 åí hng cao kãú m l 2 åí hng âang trỉì v säú mỉûån ny phi tr lải cho hng cao kãú tỉång tỉû nhỉ hai phẹp trỉì hai säú tháûp phán. Trỉåïc tiãn xem trỉåìng håüp trỉì hai säú bit: Säú bë trỉì: 0 1 1 0 - - - - Säú trỉì: 0 1 0 1 Hiãûu: 0 0 1 11 Säú mỉåün ( borow) Âãø l 0 -1 khäng phi l 11 m l 1 våïi 1 l säú mỉåün. Khi trỉì hai säú nhiãưu bit thç säú mỉåün åí hng no phi âỉåüc cäüng vo våïi säú trỉì ca hng âọ trỉåïc khi thỉûc hiãûn viãûc trỉì. Hy tçm hiãøu qua cạc vê dủ sau: Sä ú bë trỉì : 1011 1011 1100 - - - Chương I Hệ thống số và mã số - 9 - Säú trỉì: 1001 0101 0111 Hiãu: 0010 0110 0101 Dé nhiãn cọ thãø thỉí kãút qu giäúng nhỉ åí phẹp trỉì säú tháûp phán âọ l cäüng hiãûu våïi säú trỉì xem cọ bàòng säú bë trỉì hay khäng. 1.3.2.Säú nhë phán cọ dáúu. Nãúu chè liãn quan âãún säú dỉång kãø c säú khäng thç säú nhë phán v chuøn nhë phán sang tháûp phán l nhỉ â biãút trỉåïc. Cạc säú nhë phán ny l säú khäng dáúu, nọi l cạc säú chung chung v tỉû nhiãn âỉåüc hiãøu l säú dỉång. Trong tênh toạn säú hc ngỉåìi ta dng dáúu cäüng (+) âãø chè säú dỉång, dáúu trỉì (-) âãø chè säú ám. Nhỉng trong thãú giåïi mảch logic ( mảch säú ) kãø c mạy tênh mi viãûc phi âỉåüc biãøu thë båíi logic 0 v logic1, khäng gç khạc. Do âọ phi cọ cạch âãø biãøu thë säú nhë phán cọ dáúu, cạch cå bn l thãm 1 bit åí âáưu ( táûn cng bãn trại ) âãø chè dáúu: bit 0 chè säú dỉång, bit 1 chè säú ám. Lục báúy giåì cọ dáúu gäưm hai thnh pháưn l dáú u v bit âáưu tiãn v âäü låïn chè trë säú tuût âäúi ca giạ trë l cạc bit cn lải. Âáy l cạch biãøu thë dáúu - âäü låïn ca nhë phán. Vê dủ: 0 10101 = +21 1 10101 = -21 dáúu âäü låïn dáúu âäü låïn. Quy ỉåïc ny dáùn âãún hai biãøu thë khạc nhau cho khäng: 0 00000 = + 0 1 00000 = - 0 dáúu dáúu Dé nhiãn âãø trạnh nháưm láùn giỉỵa bit dáúu v cạc bit âäü låïn ngỉåìi ta phi quy âënh säú bit âäü låïn trỉåïc âãø thãm cạc säú o åí trỉåïc cho â säú bit quy âënh. Vê dủ quy âënh säú cọ dáúu l 8 bit trong âọ mäüt bit dạu v 7 bit âäü låïn, thç âãø diãøn t +21 v - 21 ta phi viãút: +21 = 0 0010101 -21 = 1 0010101 Bit dáúu â âỉåüc gảch dỉåïi âãø chè bit dáú u, cn trong viãút bçnh thỉåìng khäng cọ gảch dỉåïi ( bit dáúu v cạc bit âäü låïn âỉåüc viãút liãn tủc ). Cạch biãøu thë dáúu - âäü låïn cho säú nhë phán cọ dáúu nhỉ trãn khäng cho phẹp thỉûc hiãûn cạc phẹp tênh vç kãút qu thỉåìng sai. Vê dủ âäúi våïi säú cọ dáúu 5 bit: 01000 (+ 8) 01000 (+ 8) 11000 (- 8) + + + 01010 (+ 10) 10010 (- 2) 10110 (- 6) 10010 (- 2) 11010 (- 10) 1 01110 (+ 14) sai sai b sai Chương I Hệ thống số và mã số - 10 - ÅÍ bi toạn âáưu nẹu bit âáưu âỉåüc hiãøu l bit MSB ca âäü låïn thay vç bit dáúu thç kãút qu âụng. 1.3.3.Säú b1 . Vãư phỉång diãûn mảch âiãûn tỉí thç mäüt âäư ca sỉû biãøu htë dáúu - âäü låïn l âãø biãún phẹp trỉì thnh phẹp cäüng, vê dủ nhỉ 8 - 2 = 8 + (- 2), nhỉng ráút tiãúc l âäư ny khäng âảt âỉåüc vç kãút qu thỉåìng l sai ( åí vê dủ trãn l sai nhỉng cng cọ trỉåìng håüp âụng ). Do âọ , âãø cọ thãø thỉûc hiãûn cạc phẹp tênh säú hc våïi säú cọ dạu nháút l trong phảm vi mảch säú (mạy tênh ) ngỉi ta phi tçm cạc cạch biãøu thë khạc cho säú ám. Säú b 9 ca mäüt säú tháûp phán âỉåüc âënh nghéa qua vê dủ sau: • Säú b 9 ca 8 l 9 - 8 = 1 • Säú b 9 ca 7413 l 9999 - 7413 = 2586 Tỉång tỉ û, säú b 1 ca mäüt säú nhë phán cọ n bit l hiãûu säú ca 111 (n bit) v säú nhë phán âọ. Vê dủ: Säú b 1 ca 10 l: 11 - 10 01 Säú b 1 ca 101101 l: 111111 - 101101 010010 Nháûn xẹt l khi trỉì ta chè gàûp hai trỉåìng håüp âọ l 1-1 m l 0 hồûc 1- 0 m l 1. Do âọ säú b 1 ca mäüt säú nhë phán nháû âỉåüc bàòng cạch âäøi 0 thnh 1 v 1 thnh 0 (âo) tỉïc láúy b tỉìng bit. Vê dủ âåïi våïi säú 4 bit: Säú b 1 ca 0010 (2) l: 1101 Säú b 1 ca 1000 (8) l: 0111 Âãø thỉûc hiãûn cạc phẹp toạn säú hc ngỉåìi ta váùn biãøu thë säú dỉång åí dảng dáúu - âäü låïn â nåïi åí trỉåïc våïi bit dáúu l 0 nhỉng biãøu thë säú ám åí dảng dáúu - b 1 ca âäü låïn, dé nhiãn bit dáúu l 1. Vê dủ däúi våïi säú cọ dáúu 5 bit gäưm bit dáúu MSB v 4 bit âäü låïn: 2 = 0010 + 2 = 0 0010 - 2 = 1 b 1 (0010) = 1 (1101) = 1 1101 Âãø l bit dáúu ca säú dỉång l 0 v b ca nọ l 1 nãn ta cọ thãø nọi säú ám âỉåüc biãøu thë båíi säú b 1 ca säú dỉång tỉång ỉïng. Vê dủ âäúi vọi säú 5 bit: - 2 = b 1 (+2) = b 1 ( 0 0010) = 1 1101 - 8 = b 1 (+8) = b 1 ( 0 1000) = 1 0111 Åí hai dng trãn dáúu = âáưu tiãn cọ nghéa l “ âỉåüc biãøu thë båíi “ âäư l thỉûc hiãûn phẹp trỉì hai säú nhë phán A - B bàòng cạch thỉûc hiãûn phẹp cäüng: A - B = A + (- B) = A + b 1 (+ B) [...]...Chương I Hệ thống số và mã số Báy giåì xem phẹp trỉì âỉåüc tiãún hnh ra sao qua vê dủ: 8 - 2 = 8 + (- 2) = 8 + b 1(+ 2): 0 1000 (+ 8) 0 1101 (b 1 ca + 2) 0 0 0101 b - 11 - (+ 5) sai Chương II Cổng Logic và đại số Boole CHỈÅNG II Mảch logic (hay mảch säú) xỉí l dỉỵ liãûu nhë phán Ngỉåìi ta chè âënh nghéa mäüt säú hm... VÀ A BC với A ⊕ B A B C A BC Y = A BC ( A ⊕ B) A⊕ B Hình 2.27: ví dụ 2.4.2 Mạch tích hợp logic Ở trước, cổng logic được trình bày gần như chỉ là các kí hiệu tốn học hơn là một thực thể vật lý Thực ra các cổng là các linh kiện điện tử, với một cấu trúc mạch cụ thể có các đặc tính kỹ thuật nhất định Các cổng logic và các mạch logic nói chung được chế tạo ở dạng mạch tích hợp (IC) rất tiện lợi cho việc... (và B=1) ra là Y=1 và khi A=1 (và B =1) ra là Y=0 ,vậy là cổng NOT , về phương diện logic thì như trình bày, còn phương diện mạch thì hai trường hợp (a),(b) có khác nhau chút ít Tuy nhiên tạm bỏ qua chi tiết tinh vi và xem cả 2 trường hợp đều thực hiện được cổng NOT như nhau -4- Chương II Cổng Logic và đại số Boole A Y= C c B B (a) 5V Y= A A (b) Hình 2.20 cách tạo cổng NOT cổng NAND Ví dụ 2.3.1 lập bảng... giåì -3- Chương II Cổng Logic và đại số Boole Thấy nếu đảo B thành B rồi HOẶC với A cho kết quả đúng (hình 2.18b và c) Dĩ nhiên cũng có thể đảo A thành A rồi HOẶC với B Ở mục 2.7 ta sẽ biết cách thiết kế có tính tốn học hơn 2.3 HÀM (VÀ CỔNG) LOGIC KHƠNG – VÀ (NAND), KHƠNG-HOẶC (NOR) VÀ (AND) theo sau bởi KHƠNG (NOT) là KHƠNG – VÀ (NAND) Xem trường hợp có 2 biến số A và B Ra ở cổng VÀ là AB nên ra cổng... âãún 200 Khi âiãûn thãú åí ng vo (so våïi âáút) VI = 0 thç dng nãưn IB = 0 khiãún dng thu IC = 0 v âiãûn thãú åí ng ra (so våïi âáút) l: VO = VCC - IC RC = VCC - 0 = VCC -2- Chương II Cổng Logic và đại số Boole Vcc Vcc Rc C Rc VO≈ RB VO=0 RB B IB = 0 E VCESAT E IB Âáút Âáút (a) khäng phán cỉûc: Transistor ngỉng dáùn âiãûn thãú ra = VCC (b) phán cỉûc thûn mảch : Transistor dáùn mảch, âiãûn thãú ra ≈ 0V... ba ngõ vào (hình 2.21) cũng vậy Ví dụ khi A=0 thì ra Y=1 bất chấp trạng thái logic của B và C Ví dụ 2.3.3 Bằng cách lập bảng sự thật để tìm lien hệ giữa A+B và AB Giải : -5- Chương II Cổng Logic và đại số Boole Ta dễ dàng lập bảng sự thật của A+B và AB so sánh thấy A+B và AB bằng nhau ở hai trường hợp giữa và khác nhau ở trường hợp đầu và cuối Như vậy khơng có hệ thức logic nào giữa A+B và AB Hàm (cổng)... hay EXOR hay XOR) ý nói loại trừ trường hợp cuối nghĩa là lúc bấy giờ khi cả A và B là 1 thì Y=0 (xem hình 2.2.4) ký hiệu là: -6- Chương II Y=A ⊕ B Biến (ngõ vào) A B 0 0 1 1 0 1 0 1 Cổng Logic và đại số Boole Hàm (ngõ ra) Y 0 1 1 0 A B A B =1 Y= Hình 2.26: EX-NOR(hay XNOR) Có thể biểu thị định nghĩa của XOR như cho ở bảng sự thật theo nhiều cách mà dẫn đến nhiều mạch khác nhau, nhưng dĩ nhiên là tương... theo sau bởi NOT là EX-OR Hoạt động logic của EX-NOR đảo lại so với EX-OR: A B 0 0 1 1 0 1 0 1 Y 1 0 0 1 Ký hiệu thường A B Y= A ⊕ B B A Ký hiệu IEEE/AKNSI -7- Y= ( A ⊕ B) Chương II Cổng Logic và đại số Boole Ví dụ 2.4.1 Bằng cách lập bảng sự thật nghiệm lại Y=(A+B) ( AB ) chính là hàm EX-OR Giải: Trước tiên lập các tổ hợp của A, B, Kế đến là logic A+B, AB, AB , và sau cùng (A+B).( AB ) Bảng sự thật... cỉûc dỉång ca ngưn âiãûn mäüt chiãưu Vcc ( cọ hiãûu thãú 1 volt tråí lãn) v catod âãún cỉûc ám ca Vcc (hçnh 2.2a) Anod + V - catod Anod + V - catod I Rc I=0 Vcc Rc -1- Vcc Chương II Cổng Logic và đại số Boole (a) Diod âỉåüc phán cỉûc thûn: (b) Diod âỉåüc phán cỉûc ngỉåüc Diod dáùn âiãûn diod khäng dáùn âiãûn Hçnh 2.2: Diod bạn dáùn v sỉû phán cỉûc Âiãûn tråí RC giåïi hản dng âiãûn trong mảch v âỉåüc . thống số và mã số - 3 - thåìi gian ca xung biãøu thë 1 hảoc 0 ) âãø xạc âënh lải hai mỉïc: nãúu tên hiãûu nh hån ngỉåỵng l mỉïc tháúp, nãúu cao hån ngỉåỵng l mỉïc cao. Sau âọ dảng xung vng. cổng logic được trình bày gần như chỉ là các kí hiệu toán học hơn là một thực thể vật lý. Thực ra các cổng là các linh kiện điện tử, với một cấu trúc mạch cụ thể có các đặc tính kỹ thuật nhất định nhanh chọng ca cäng nghãû mảch têch håüp khiãún cho mảch säú cng ngy cng r. Chương I Hệ thống số và mã số - 4 - 1.2 HÃÛ THÄÚNG SÄÚ NHË PHÁN. Cọ nhiãưu hãû thäúng säú. Thỉåìng dng hng ngy l