tran van cuong buoi 9 chuong 5 mach to hop 961 7368

NHẬP MÔN MẠCH SỐ CHƯƠNG 5: MẠCH TỔ HỢP MẠCH TÍNH TỐN SỐ HỌC Nội dung  Tổng quan  Mạch cộng (Carry Ripple (CR) Adder)  Mạch cộng nhìn trước số nhớ - (Carry Look-Ahead (CLA) Adder)  Mạch cộng/ mạch trừ  Đơn vị tính tốn luận lý (Arithmetic Logic Unit) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Tổng quan  Chương học về: Một số mạch logic tổ hợp thông dụng Thiết kế mạch logic tổ hợp phức tạp sử dụng mạch logic tổ hợp thông dụng 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Phân biệt mạch tổ hợp inputs inputs :: :: Mạch tổ hợp Mạch tổ hợp :: :: outputs outputs Memory 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved MẠCH TỔ HỢP - Ngõ thay đổi ngõ vào thay đổi MẠCH TUẦN TỰ - Ngõ thay đổi phụ thuộc vào ngõ vào trạng thái trước - Mạch có tính chất nhớ Nội dung  Tổng quan  Mạch cộng (Carry Ripple (CR) Adder)  Mạch cộng nhìn trước số nhớ - (Carry Look-Ahead (CLA) Adder)  Mạch cộng/ mạch trừ 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng bán phần (Half Adder)  Cộng số bit có trường hợp Số nhớ Tổng Mạch cộng bit có tổng số nhớ gọi mạch cộng bán phần (HA) 11/2/2017 x y Sơ đồ mạch Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng toàn phần (Full Adder)  Cộng số có nhiều bit Cộng cặp bit bình thường Nhưng vị trí cặp bit i, có carry-in từ bit i-1 (Sẽ cộng vào vị trí kế tiếp) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng toàn phần (Full Adder)  Bộ cộng toàn phần (FA) 3 ngõ vào (2 ngõ vào cho số 1-bit cần tính tổng, ngõ vào cho số nhớ đầu vào (carry-in)) 2 ngõ (1 ngõ cho tổng cho số nhớ đầu (carryout)) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng toàn phần (Full Adder) Bảng thật Ký hiệu 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng toàn phần (Full Adder) Bảng thật Si  xi  yi  ci ci 1  xi yi  xi ci  yi ci ci  cIN 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved ci 1  cOUT 10 Carry Look-Ahead Adder (CLA)  Hàm xác định carry-out lần cộng thứ i ci+1= xiyi + xici + yici = xiyi + (xi + yi)ci  Đặt gi = xiyi pi = xi + yi => ci+1= gi + pici  gi = xi yi 1, không quan tâm ci ❖ g gọi hàm generate, carry-out generate g=1  pi = xi = yi = 1; carry-out = ci ❖ p gọi hàm propagate, carry-in = propagate (truyền) tầng cộng thứ i 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 20 Carry Look-Ahead Adder (CLA)  Xác định carry-out mạch cộng n bit cn =gn-1 + pn-1cn-1 Mà Do đó: cn-1 =gn-2 + pn-2cn-2 cn =gn-1 + pn-1(gn-2 + pn-2cn-2) =gn-1 + pn-1gn-2 + pn-1pn-2cn-2  Tiếp tục khai triển đến lần cộng cn=gn-1+pn-1gn-2+pn-1pn-2gn-3+…+pn-1pn-2….p1g0+pn-1pn-2….p1p0c0 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 21 Carry Look-Ahead Adder (CLA) Số nhớ sinh lần cộng thứ n-2 truyền qua lần cộng lại Số nhớ sinh lần cộng thứ truyền qua lần cộng lại Số nhớ sinh lần cộng cuối Số nhớ sinh lần cộng thứ n-3 truyền qua lần cộng lại 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Số nhớ đầu vào c0 truyền qua tất lần cộng 22 Carry Look-Ahead Adder (CLA)  Ví dụ: Trường hợp cộng bit C1 = G0 + P0.C0 C2 = G1 + P1.G0 + P1.P0.C0 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 23 Mạch cộng CLA - critical path C1 = G0 + P0.C0 C2 = G1 + P1.G0 + P1.P0.C0 Độ trễ cổng C1 Độ trễ cổng C2 Độ trễ cổng Cn Độ trễ tổng cộng cho mạch cộng CLA n-bit độ trễ cổng - gi, pi: độ trễ cổng - Ci: độ trễ cổng - Độ trễ cộng lại tính tổng s 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 24 Giới hạn mạch cộng CLA  Biểu thức tính carry mạch cộng CLA cn=gn-1+pn-1gn-2+pn-1pn-2gn-3+…+pn-1pn-2….p1g0+pn-1pn-2….p1p0c0  Độ phức tạp tăng lên nhanh chóng n lớn  Vấn đề Fan-in hạn chế tốc độ mạch cộng CLA 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 25 Nội dung  Tổng quan  Mạch cộng (Carry Ripple (CR) Adder)  Mạch cộng nhìn trước số nhớ - (Carry Look-Ahead (CLA) Adder)  Mạch trừ, mạch báo tràn, mạch cộng trừ 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 26 Mạch trừ  X, Y số không dấu n-bit Phép cộng: S = X + Y Phép trừ: 11/2/2017 D=X-Y = X + (-Y) = X+ (Bù Y) = X+ (Bù Y) + = X+ Y’+ Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 27 Mạch trừ  Mạch cộng Carry Ripple dùng để xây dựng mạch trừ Carry Ripple cách đảo Y đặt số nhớ FA 11/2/2017 FA FA Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved FA 28 Mạch báo tràn  Tràn (Overflow): kết phép toán vượt số bit biểu diễn phần giá trị n bit biểu diễn số từ -2n-1 đến +2n-1-1 Overflow cho kết sai Mạch để xác định có overflow hay khơng 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 29 Mạch báo tràn  Ví dụ: Xét cộng số bit (3 bit giá trị bit dấu) sau: O O  Overflow không xuất cộng số trái dấu 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 30 Mạch báo tràn  Tràn phát mạch phát cờ tràn sau: Mạch cộng bit:  Với n bit Overflow = cn-1 cn Mạch cộng/ trừ bổ sung mạch kiểm tra tràn với cổng XOR Nếu sau thực phép tính, cờ tràn có giá trị “1” ta khơng cần quan tâm giá trị phép tính giá trị bị sai 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 31 Mạch cộng/trừ  Thiết kế mạch cộng/ trừ với ngõ điều khiển ADD/SUB  ADD = 0: mạch thực cộng số X + Y SUB = 1: mạch thực trừ số X - Y 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved 32 Tóm tắt nội dung chương học  Qua Phần - Chương 5, sinh viên cần nắm nội dung sau: Sự khác biệt mạch tổ hợp mạch tuần tự? Khi ta cần thiết kế mạch tổ hợp ta cần thiết kế mạch thiết kế hệ thống mạch số Phương pháp thiết kế mạch tổ hợp: Mạch cộng HA, FA, CRA, CLA, Mạch trừ, Mạch báo tràn Ưu khuyết mạch CRA CLA 33 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Any question? ... vị trí kế tiếp) 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng to n phần (Full Adder)  Bộ cộng to n phần (FA) 3 ngõ vào (2 ngõ vào cho số 1-bit cần tính tổng, ngõ vào cho số... Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng to n phần (Full Adder) Bảng thật Ký hiệu 11/2/2017 Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng to n phần (Full Adder) Bảng thật Si  xi  yi... cộng bán phần (HA) 11/2/2017 x y Sơ đồ mạch Copyrights 2016 UIT-CE All Rights Reserved Mạch cộng to n phần (Full Adder)  Cộng số có nhiều bit Cộng cặp bit bình thường Nhưng vị trí cặp bit i,