Bài giảng kiến trúc máy tính chương 0 tổng quan nhập môn mạch số

Kiến trúc máy tính • ThS Hà Lê Hoài Trung • https://sites.google.com/site/trunghlhitu/ kientrucmaytinh/cq_he_2014 • trunghlh@uit.edu.vn Nội Dung • • • • • Chương - Tổng quan nhập môn mạch số Chương - Máy tính - khái niệm công nghệ Chương – Assembly MIPS Chương - Phép toán số học máy tính Chương - Đường liệu Một số quy tắc • Giữa kỳ: 30% • Cuối kỳ: 70% • Vào lớp trật tự KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Chương Tổng Quan Nhập Môn Mạch Số Nội Dung Giới thiệu hệ thống số Chuyển đổi hệ thống số Các cổng Logics Mạch Logic Mạch tích hợp Giới thiệu hệ thống số • Số Thập Phân • Số Nhị Phân • Số Thập Lục Phân • Số Bát Phân Các Hệ thống số Hệ thống số Thập Phân Nhị Phân Bát Phân Thập Lục Cơ số 10 16 Chữ số 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 0, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, A, B, C, D, E, F Số Thập Phân Ví dụ: 2745.21410 Decimal point weight weight weight weight weight Số Thập Phân • Phân tích số thập phân : 2745.21410 • 2745.21410 = * 103 + * 102 + * 101 + * 100 + * 10-1 + * 10-2 + * 10-3 Số Nhị Phân Ví dụ: 1011.1012 Binary point weight weight weight weight weight Mạch giải mã nhị phân (Binary Decoders) • Mạch giải mã n-ra-2n: n ngõ vào 2n ngõ – Mã đầu vào: n bit nhị phân – Mã đầu ra: 1-trong-2n • Ví dụ: n=2, mạch giải mã 2-ra-4 Chú ý ―x‖ (kí hiệu ngõ vào don’t care) Giải mã nhị phân 2-ra-4 Ứng dụng mạch giải mã • Một ứng dụng phổ biến giải mã địa cho chip nhớ Mạch mã hoá • Nhiều ngõ vào/ nhiều ngõ • Chức ngược lại với mạch giải mã • Outputs (m) inputs (n) • Chuyển mã ngõ vào thành mã ngõ input code output code ENCODER Encoders vs Decoders Decoder Encoder decoders/encoders nhị phân  n-ra-2^n  2^n-ra-n  Input code: Mã nhị phân  Input code: 1-trong-2^n  Output code:1-trong-2^n  Output code: Mã nhị phân Mạch mã hoá nhị phân (Binary Encoder) • 2^n-ra-n encoder: 2^n ngõ vào n ngõ – Input code: 1-trong-2^n – Output code: Mã nhị phân Binary encoder I0 I1 • Ví dụ: n=3, mạch mã hóa 8-ra-3 Ngõ vào I0 0 0 0 I1 0 0 0 I2 0 0 0 I3 0 0 0 I4 0 0 0 I5 0 0 0 I6 0 0 0 I7 0 0 0 Ngõ Y2 Y1 0 0 1 1 1 1 Y0 1 1 I2 Y0 I3 Y1 I4 Y2 I5 I6 I7 Hiện thực mạch mã hóa 8-ra-3 Ngõ vào I0 0 0 0 I1 0 0 0 I2 0 0 0 I3 0 0 0 Ngõ I4 0 0 0 I5 0 0 0 • Rút gọn: Y0 = I1 + I3 + I5 + I7 Y1 = I2 + I3 + I6 + I7 Y2 = I4 + I5 + I6 + I7 I6 0 0 0 I7 0 0 0 Y2 Y1 Y0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 I0 Y2 I1 I2 I3 Y1 I4 I5 I6 I7 Y0 Multiplexer (MUX)/ Demultiplexer (DeMUX) Multiplexer • Multiplexer (MUX) truyền ngõ vào làm ngõ dựa tín hiệu Select Ngõ vào SELECT xác định ngõ vào truyền Z 2-ra-1 Multiplexer Out =I0 * Sel + I1 *Sel Sel Out I0 I1 4-ra-1 Mux • 4-ra-1 Mux xuất bốn ngõ vào dựa giá trị tín hiệu select Xây dựng MUX 4-ra-1 • Từ MUX 2-ra-1 Demultiplexer • Demultiplexer (DEMUX) lấy ngõ vào phân phối ngõ – Mã ngõ vào SELECT xác định ngõ mà ngõ vào DATA truyền qua DATA truyền ngõ xác định mã ngõ vào SELECT DEMUX 1-ra-8 demultiplexer Chú ý: I ngõ vào DATA Bài tập • Xây dựng Mux 16 – 1, sử dụng mux – • Xây dựng Mux – 1, sử dụng mux – • Xây dựng Mux – 1, sử dụng mux – 1, mux – [...]... VD: Hex Bin 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 00 00 000 1 00 10 001 1 01 00 0 101 01 10 0111 100 0 100 1 101 0 101 1 1 100 1 101 11 10 1111 Nhị Phân => Bát Phân Binary Octal • Nhóm 3 bits bắt đầu từ ngoài cùng bên phải của số • Chuyển đổi mỗi nhóm trên sang dạng chữ số của Bát Phân • VD: 101 101 01112 => Bát Phân 13278 Nhị Phân => Thập Lục Phân Binary Hexadecimal • Nhóm 4 bits từ phía ngoài cùng bên phải của số • Chuyển... chữ số Thập Lục • VD: 101 01 101 0 101 1 100 1 101 0 102 => Thập Lục Phân 56AE6A16 Bát Phân Thập Lục Phân Binary Octal Hexadecimal • Chuyển đổi thông qua trung gian là số Nhị Phân Ví dụ: 1F0C16 => Bát Phân Chuyển đổi từ Thập Lục Phân sang Nhị Phân 1F0C16 = 1_1111 _00 00_ 1 100 2 Chuyển đổi từ Nhị Phân sang Bát Phân 1_111_ 100 _00 1_ 100 2 = 174148 Ví Dụ: 107 68 => Thập Lục phân Chuyển đổi từ Bát Phân sang Nhị Phân 107 68... khi có thương số là 0 • Phần số dư đầu tiên gọi là LSD (Số có trọng số thấp nhất) • Phần số dư cuối cùng gọi là MSD (Số có trọng số lớn nhất) Bát Phân => Nhị Phân Octal Binary • Chuyển đổi lần lượt mỗi chữ số ở dạng Bát Phân sang nhóm 3 bits Nhị Phân Octal 0 1 2 3 4 5 6 7 Binary 00 0 00 1 01 0 01 1 100 101 1 10 111 • VD: Thập Lục Phân => Nhị Phân Hexadecimal Binary • Chuyển đổi lần lượt mỗi chữ số ở dạng Thập.. .Số Nhị Phân • Phân tích số nhị phân 101 1. 101 2 Binary point • 101 1. 101 2 = 1 * 23 + 0 * 22 + 1 * 21 + 1 * 20 + 1 * 2-1 + 0 * 2-2 + 1 * 2-3 = 11.625 10 Số Bát Phân • Số Bát Phân : 3728 • 3728 = 3 * 82 + 7 * 81 + 2 * 80 = 2 501 0 Số Thập Lục Phân • Phân tích số thập lục phân : 3BA16 • 3BA16 = 3 * 162 + 11 * 161 + 10 * 1 60 = 954 10 2 Chuyển đổi giữa các hệ thống số Chuyển đổi sang số thập phân... 107 68 = 1 _00 0_111_1 102 Chuyển đổi từ Nhị Phân sang Thập Lục Phân 10_ 001 1_11 102 = 23E16 Ví Dụ • Thực hiện phép chuyển đổi giữa các hệ thống số Decimal 35 Binary Octal Hexadecimal 1 101 101 712 1AF Chuyển phần thập phân sang Nhị Phân • Phần thập phân => Số Nhị Phân Ví dụ: 189 .02 3 10 => Số Nhị Phân Ví Dụ • Thực hiện phép chuyển đổi giữa các hệ thống số Decimal 29.8 Binary Octal Hexadecimal 1 10. 1 101 3 .07 C.82... các hệ thống số Decimal 29.8 Binary Octal Hexadecimal 1 10. 1 101 3 .07 C.82 32 Các phép tính số nhị phân • Phép Cộng • Phép Nhân • Phép Trừ Phép Cộng • Cộng 2 số nhị phân 1-bit A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A+B 0 1 1 10 Phép Cộng • Phép cộng 2 số nhị phân không dấu Phép Nhân • Nhân 2 số nhị phân 1-bit A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A*B 0 0 0 1 ... mỗi chữ số (digit) với trọng số (weight) Ví Dụ • Biểu diễn 3 702 8 sang số thập phân • Biểu diễn 1A2F16 sang số thập phân Số Thập Phân => Số Nhị Phân Decimal Binary • Chia số thập phân với 2 và sau đó viết ra phần dư còn lại – Chia cho đến khi có thương số là 0 • Phần số dư đầu tiên gọi là LSB (Bit có trọng số thấp nhất) • Phần số dư cuối cùng gọi là MSB (Bit có trọng số cao nhất) Ví dụ : 25 10 => Số Nhị... nhất) Ví dụ : 25 10 => Số Nhị Phân Số Thập Phân => Số Thập Lục Phân Decimal Hexadecimal • Chia số thập phân cho 16 và viết ra phần dư còn lại – Chia cho đến khi có thương số là 0 • Phần số dư đầu tiên gọi là LSD (Số có trọng số thấp nhất) • Phần số dư cuối cùng gọi là MSD (Số có trọng số cao nhất) Ví Dụ: 423 10 => Thập Lục Phân Thập Phân => Bát Phân Decimal Octal • Chia số thập phân cho 8 và viết ra phần