Slide bài giảng môn Kiến trúc máy tính và mạng máy tính: Chương 1: CƠ BẢN VỀ LOGIC SỐ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN PHẦN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH CHƯƠNG 1: CƠ BẢN VỀ LOGIC SỐ GV: Lương Minh Huấn NỘI DUNG I Kiến trúc máy tính gì? II Các hệ đếm III Đại số Boolean IV Hệ tổ hợp V Hệ dãy I KIẾN TRÚC MÁY TÍNH LÀ GÌ?  Trong kỹ thuật máy tính, kiến trúc máy tính là thiết kế khái niệm cấu trúc hoạt động hệ thống máy tính  Nó thiết kế (blueprint) mơ tả tính chất, chức yêu cầu thi hành thiết kế cho phận khác máy tính I KIẾN TRÚC MÁY TÍNH LÀ GÌ?  Kiến trúc máy tính bao gồm ba phạm trù chính:  Kiến trúc tập lệnh (Instruction set architecture, ISA)  Vi kiến trúc (Microarchitecture)  Thiết kế hệ thống (System Design)  II CÁC HỆ ĐẾM CƠ BẢN  Hệ thập phân (Decimal System): người sử dụng  Hệ nhị phân (Binary System): máy tính sử dụng  Hệ thập lục phân (Hexadecimal System): dùng biểu diễn rút ngắn số học nhị phân  Hệ bát phân (Octal Number System) II.1 HỆ THẬP PHÂN  Cơ số 10  Bộ ký tự sở gồm 10 số: 0…9 Dạng tổng quát: an-1an-2an-3…a1a0,a-1 a-2…a-m  Dùng n chữ số thập phân biểu diễn 10n giá trị khác nhau:  00 000 =  99 999 = 10n - II.1 HỆ THẬP PHÂN -1 -2  472.38 = 4x102 + 7x101 + 2x100 + 3x10-1 + 8x10-2  Các chữ số phần nguyên:  472 : 10 = 47 dư  47 : 10 = dư  : 10 = dư 472  Các chữ số phần lẻ:  0.38 x 10 = 3.8 phần nguyên =  0.8 x 10 = 8.0 phần nguyên = 38 II.2 HỆ NHỊ PHÂN  Cơ số  chữ số nhị phân:  Chữ số nhị phân gọi bit (binary digit)  Bit đơn vị thông tin nhỏ  Dùng n bit biểu diễn 2n giá trị khác nhau:  00 000 =  11 111 = 2n-1 II.2 HỆ NHỊ PHÂN  Có số nhị phân A sau: A = anan-1 a1a0.a-1 a-m  Giá trị A tính sau: A = an2n + an-12n-1 + + a020 + a-12-1 + + a-m2-m  Ví dụ: 0-1 -2-3-4 1 0 1.1 1(2) = 26 + 25 + 23 + 20 + 2-1 + 2-3 + 2-4 = 64 + 32 + + + 0.5 + 0.125 + 0.0625 = 105.6875(10) II.3 HỆ THẬP LỤC PHÂN  Cơ số: 16  16 chữ số: 0,1, …, 9, A, B, C, D, E, F (chữ hoa chữ thường nhau)  Ví dụ: 1A24E  Hệ thống thập lục phân dùng, công ty IBM giới thiệu với giới điện toán vào năm 1963 Đổi phần lẻ từ hệ thập phân N(10) sang hệ số b M(b)  Qui tắc: lấy phần thập phân (sau dau phay) N(10) nhân với b phần thập phân tích số Kết số chuyển đối M(b) số phần nguyên phép nhân viết theo thứ tự phép tính  Ví dụ: 0.6875(10) = ?(2) = ?(16) 0.6875 x = 375 0.375 x = 75 0.75 x = 0.5 0.6875 x 16 = 11 x =  Kết quả: 0.6875(10) = 0.1011(2) = 0.B(16) 14 III ĐẠI SỐ BOOLEAN  Đại số Boole là một cấu trúc đại số có tính chất phép toán trên tập hợp và phép toán logic  Cụ thể, phép toán tập hợp quan tâm là phép giao, phép hợp, phép bù; phép tốn logic là Và, Hoặc, Khơng  Đại số Boole đặt tên theo George Boole (1815–1864), nhà toán học người Anh III ĐẠI SỐ BOOLEAN  Đại số Boole làm việc với đại lượng nhận giá trị Đúng Sai thể hiện hệ thống số nhị phân, mức điện trong mạch điện logic  Do đại số Boole có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện và khoa học máy tính, trong logic toán học NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN  Sử dụng hệ số nhị phân  Các phép toán:  Phép cộng luận lý (+ hay OR)  Phép nhân luận lý ( hay AND)  Phép bù (NOT)  Độ ưu tiên phép toán ĐỊNH LÝ CỦA ĐẠI SỐ BOOLEAN HÀM BOOLEAN  Một hàm Boolean biểu thức tạo từ:  Các biến nhị phân  Các phép tốn hai ngơi AND, OR hay phép tốn ngơi NOT  Các cặp dấu ngoặc đơn dấu  Với giá trị cho trước, giá tri hàm ỨNG DỤNG CỦA ĐẠI SỐ BOOLEAN  Các định lý Boole giúp đơn giản biểu thức logic Việc đơn giản cần thiết để mạch thiết kế thực đơn giản kinh tế  Ngoài việc rút gọn biểu thức logic đại số boole, sử dụng đại số boole để đơn giản mạch logic Để đơn giản mạch logic ta làm bước sau:  Từ mạch logic xác định biểu thức cho ngõ mạch  Sau xác định hàm ngõ ra, tiến hành rút gọn biểu thức cách dùng định lý đại số boole  Sau biểu thức mới, có mạch logic tương đương với mạch logic cho  Ví dụ: đơn giản mạch  Trước tiên ta viết biểu thức logic cho ngõ ra:  Rút gọn biểu thức ta được:  Từ đó, ta có mạch đơn giản IV HỆ TỔ HỢP  Hệ tổ hợp hệ mà tín hiệu phụ thuộc vào tín hiệu vào thời điểm  Hệ tổ hợp gọi hệ khơng có nhớ  Hệ tổ hợp cần thực phần tử logic V HỆ DÃY  Hệ dãy (hệ tuần tự) hệ mà tín hiệu khơng phụ thuộc vào thời điểm tại, mà phụ thuộc vào thời điểm trước  Hệ dãy (hệ tuần tự) gọi hệ có nhớ  Mặt khác, tín hiệu vào thay đổi, tín hiệu khơng thay đổi mà chờ đến có tín hiệu xung điều khiển thay đổi Do đó, mang tính đồng  Hệ dãy (hệ tuần tự) sở để thiết kế nhớ V HỆ DÃY ... 000 =  11 11 1 = 2n -1 II.2 HỆ NHỊ PHÂN  Có số nhị phân A sau: A = anan -1 a1a0.a -1 a-m  Giá trị A tính sau: A = an2n + an -12 n -1 + + a020 + a -12 -1 + + a-m2-m  Ví dụ: 0 -1 -2-3-4 1 0 1. 1 1( 2) =... 10 n - II .1 HỆ THẬP PHÂN -1 -2  472.38 = 4x102 + 7x1 01 + 2x100 + 3x10 -1 + 8x10-2  Các chữ số phần nguyên:  472 : 10 = 47 dư  47 : 10 = dư  : 10 = dư 472  Các chữ số phần lẻ:  0.38 x 10 = 3.8... thứ tự phép tính  Ví dụ: 0.6875 (10 ) = ?(2) = ? (16 ) 0.6875 x = 375 0.375 x = 75 0.75 x = 0.5 0.6875 x 16 = 11 x =  Kết quả: 0.6875 (10 ) = 0 .10 11( 2) = 0.B (16 ) 14 III ĐẠI SỐ BOOLEAN  Đại số Boole là