Bài giảng Kiến trúc máy tính chương 3: Mạch logic số

CHƯƠNG MẠCH LOGIC SỐ NỘI DUNG I II III IV V VI VII / 50 KTMM Cổng đại số Boolean Bản đồ Karnaugh Những mạch Logic số Xung đồng hồ Mạch lật (chốt –latch) Mạch lật lề (Flip-flot) Mạch 1 Cổng (Gate) Cổng (cổng luận lý) mạch số gồm nhiều tín hiệu nhập tín hiệu xuất Cổng sở phần cứng, từ chế tạo máy tính số Hình: Cấu tạo cổng NOT, NAND NOR / 50 KTMM 1 Cổng (Gate) / 50 KTMM Các cổng / 50 KTMM Các cổng có đầu nghịch đảo / 50 KTMM Tóm lại / 50 KTMM Đại số Boolean Đạo số Boolean (đại số Logic) môn toán học nghiên cứu mệnh đề luận lý công cụ toán học để phân tích tổng hợp thiết bị số Biến Boolean biến biểu thị trạng thái giá trị điện ta gọi mức logic Logic Sai Tắt Thấp Không Công tắc mở / 50 KTMM Logic Đúng Mở Cao Có Công tắc đóng Các phép toán đại số boolean / 50 KTMM Các đồng thức đại số Boolean 10 / 50 KTMM Mạch tích hợp (IC-Intergrated Circuit)  Cổng không chế tạo bán riêng lẻ, mà theo đơn vị mạch tích hợp (integrated Circuit), thường gọi IC (vi mạch-chip)  IC mạch điện chứa linh kiện bán dẫn (như transistor) linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) kết nối với  IC mảnh silicon thường hình vuông 5x5 mm thường gắn vỏ bọc nhựa ceramic 36 / 50 KTMM IC chia thành loại tùy thuộc vào số lượng cổng  Mạch SSI (cỡ nhỏ): 1-10 cổng  Mạch MSI (trung bình): 10-100 cổng  Mạch LSI (cỡ lớn): 100-100.000 cổng  Mạch VLSI (rất lớn) >100.000 cổng Sơ đồ IC 37 / 50 KTMM Mạch kết hợp (Combinational Circuit)  Mạch kết hợp tổ hợp cổng luận lý kết nối với tạo thành mạch có chung tập ngõ vào  Gía trị tín hiệu đầu phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào xét  Cấu trúc gồm cổng logic, không gồm phần tử nhớ 38 / 50 KTMM Thiết kế mạch kết hợp  B1: Xác định toán => đầu nhập, đầu xuất  B2: Lập bảng chân lý xác định mối quan hệ nhập xuất  B3: Dựa vào bảng chân lý, xác định hàm cho ngõ  B4: Dùng đại số Boolean hay đồ Karnaugh để đơn giản hàm ngõ  B5: Vẽ sơ đồ mạch theo hàm đơn giản 39 / 50 KTMM Bộ dồn kênh (Multiplexer)  Bộ dồn kênh hay gọi mạch chọn kênh mạch có chức chọn N kênh vào để đưa đến ngõ (ngõ gọi đường truyền chung) Do đó, mạch chọn kênh gọi mạch chuyển liệu song song ngõ vào thành liệu nối tiếp ngõ ra, gọi Multiplexer (viết tắt MUX)  Ta thấy MUX hoạt động công tắc nhiều vị trí điều khiển mã số 40 / 50 KTMM Mạch sau có ngõ điều khiển chọn S0 S1 nên chúng tạo trạng thái logic Mỗi trạng thái thời điểm cho phép ngõ vào I qua để truyền tới ngõ Y Như tổng quát có 2n ngõ vào song song phải cần n ngõ điều khiển chọn Lưu ý: mạch thường có thêm ngõ G : gọi ngõ vào cho phép (enable) hay xung đánh dấu (strobe), có thêm ngõ cho phép G tác động mức thấp, tức G = hoạt động dồn kênh diễn G = bất chấp ngõ vào song song ngõ chọn, ngõ giữ cố định mức thấp (có thể mức cao tuỳ dạng mạch) 41 / 50 KTMM Bộ phân kênh (Demultiplexer)  Bộ chuyển mạch phân kênh hay gọi tách kênh, giải đa hợp (demultiplexer) có chức ngược lại với mạch dồn kênh tức : tách kênh truyền thành kênh liệu song song tuỳ vào mã chọn ngõ vào  Có thể xem mạch tách kênh giống công tắc khí điều khiển chuyển mạch mã số 42 / 50 KTMM  Mạch tách kênh từ đường sang đường nên số ngõ chọn phải 2.Khi ngõ cho phép G mức cấm không cho phép liệu vào truyền ngõ nên tất ngõ mức 43 / 50 Như G = BA = 00 liệu S đưa ngõ Y0, S = Y0 S = Y0 1,tức S đưa tới Y0; ngõ khác không đổi Tương tự với tổ hợp BA khác S Y1, Y2, Y3 KTMM Mạch cộng (Adder): Mạch nửa cộng (Half Adder)  Gọi :- A số cộng; - B số cộng; - S tổng A B; - C số nhớ từ phép cộng Rút gọn biểu thức logic ta có S = AB +AB C = AB Mạch cộng nửa 44 / 50 KTMM Mạch cộng (Adder): Bộ cộng đủ(Half Adder)  Bây giả sử mạch thực phép cộng lần đầu nên tổng S0 số nhớ C0, tiếp tục cộng lần trạng thái logic A B thay đổi S không tổng A B mà gồm C0 trước Khi ta có mạch cộng đủ: full adder (FA) 45 / 50 KTMM Mạch cộng đủ Mạch giả mã mã hóa  Khái niệm: mạch mã hoá (ENCODER) mạch có nhiệm vụ biến đổi ký hiệu quen thuộc với người sang ký hiệu không quen thuộc với người Ngược lại, mạch giải mã (DECODER) mạch làm nhiệm vụ biến đổi ký hiệu không quen thuộc với người sang ký hiệu quen thuộc với người 46 / 50 KTMM Vd mạch mã hóa 8-3  Mỗi ngõ vào cho mã số bit khác Với ngõ vào (I0 đến I7) có tổ hợp ngõ nên cần ngõ (Y 2, Y1, Y0) Y0 = I1 + I3 + I5 + I7 Y1 = I2 + I3 + I6 + I7 Y2 = I4 + I5 + I6 +I7 47 / 50 KTMM Vd mạch giải mã 3-8  Mạch giải mã đường sang đường bao gồm ngõ vào tạo nên tổ hợp trạng thái, ứng với tổ hợp trạng thái áp vào có ngõ tác động Cấu trúc mạch giải mã sang 48 / 50 KTMM Xem giáo trình  Xung đồng hồ  Mạch lật  Mạch lật lề  Mạch 49 / 50 KTMM Bài tập 1) Lập bảng chân lý vẽ sơ đồ mạch cho hàm biến sau: 2) Dùng đồ Karnaugh để rút gọn hàm sau Một nhà hai tầng Người ta lắp chuyển mạch chiều tầng, cho tầng bật tắt đèn Hãy thiết kế mạch logic mô hệ thống KTMM 3) 50 / 50 ... -Gom số kề thành nhóm cho số nhóm tốt Điều có nghĩa số số hạng kết  Tất số phải gom thành nhóm số nhiều nhóm  Số số nhóm nhiều tốt phải bội 2k (mỗi nhóm có 1, 2, 4, số 1) Cứ nhóm chứa 2k số. .. VII / 50 KTMM Cổng đại số Boolean Bản đồ Karnaugh Những mạch Logic số Xung đồng hồ Mạch lật (chốt –latch) Mạch lật lề (Flip-flot) Mạch 1 Cổng (Gate) Cổng (cổng luận lý) mạch số gồm nhiều tín hiệu... định 11 / 50 KTMM Hàm logic bảng chân lý:  Hàm logic: Hàm boolean hàm biến logic thân nhận giá trị  Bảng chân lý: phương tiện mô tả đầu mạch logic phụ thuộc vào mức đầu vào mạch => Bảng chân lý