Bài giảng Thiết kế luận lý 1 - Chương 1: Biểu diễn số đếm, mã và biến đổi mã cung cấp cho người học một số kiến thức cơ bản về hệ số và hệ tương tự, số (Digital) và tương tự (Analog), hệ thống điều khiển nhiệt độ, hệ thống số đếm, hệ nhị phân,.... Mời các bạn cùng tham khảo.
dce 2014 Khoa KH & KTMT Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Giới thiệu mơn học • Cán giảng dạy • Nguyễn Quang Huy (huynguyen@cse.hcmut.edu.vn) • Trang web môn học • Sakai • Đánh giá: trắc nghiệm/tự luận • Giữa kỳ: 30% • Cuối kỳ: 70% 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Tài liệu tham khảo • “Digital Systems, Principles and Applications”, 11th Edition, Ronald J Tocci, Neal S Widmer, Gregory L Moss 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Nội dung mơn học • • • • Các hệ thống số đếm mã Đại số Boole cổng luận lý Thiết kế phân tích mạch tổ hợp Thiết kế phân tích mạch 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Giới thiệu • Hệ số (Digital system): đối tượng khảo sát mơn học • Hệ số thay hệ tương tự (Analog system) • Hệ số xuất nhiều lĩnh vực công nghệ đại Tín hiệu giao thơng Dịng hóa chất Nhiệt độ Động xe Kiểm tra thời gian Máy phân phối, kiểm soát 26/02/2014 Thiết bị điện tử âm thanh, video Máy y tế Mạng điện thoại Hệ điều khiển khơng lưu, xử lý tín hiệu radar Dụng cụ điện tử: dao động ký (oscilloscope) số, máy phân tích luận lý (logic analyzer) ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Số (Digital) tương tự (Analog) • Trong khoa học kỹ thuật trình định lượng tự nhiên (áp suất, vận tốc, điện áp, dòng điện, …) biểu diễn qua trung gian biến • Quan hệ biến diễn tả định luật, cơng thức • Trong hệ thống, biến thực dạng tín hiệu (signal) vật lý đầu vào đầu • Theo thực nghiệm, tín hiệu vật lý dường biến đổi cách liên tục (continously), VD nhiệt độ ngày, dịng điện, v.v… • Hệ tương tự hệ mà tín hiệu thay đổi theo cách liên tục (tín hiệu tương tự - analog signal) 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Analog 26/02/2014 Digital ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Hệ số hệ tương tự … • Hình vẽ bên minh họa việc xấp xỉ đường cong liên tục hàm bao gồm nhiều bậc thang rời rạc (discrete) • Tín hiệu liên tục rời rạc hóa (discretized) hay lượng tử hóa (digitized) tín hiệu số (digital signal) • Có thể chuyển đổi tín hiệu số tín hiệu tương tự Hệ số hệ mà tín hiệu thay đổi theo cách rời rạc (tín hiệu số) Các biến xử lý hệ số dạng rời rạc giải thuật xấp xỉ gần 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Ưu điểm hệ số • Dễ thiết kế (Design) – Mạch chuyển mạch (Switching circuits) • Thơng tin lưu dễ dàng (Information storage) • Độ xác cao (Accuracy and presicion) • Các hoạt động lập trình (Programmed) • Ít bị ảnh hưởng nhiễu (Noise) • Có nhiều mạch số chế tạo thành chip chuyên dụng(IC) 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt dce 2014 Hạn chế hệ số • Thế giới thực phần lớn tương tự • VD: Nhiệt độ, áp suất, vận tốc, tốc độ dịng chảy,… • Các bước xử lý vấn đề – Chuyển đổi từ tín hiệu nhập vào tương tự (Analog Input) sang tín hiệu số (Digital) – Xử lý liệu số – Chuyển đổi tín hiệu số tín hiệu tương tự (Analog output) 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 dce 2014 Từ thập phân chuyển qua nhị phân • Chuyển số 41 sang hệ nhị phân 41 = 20 20 = 10 10 =5 26/02/2014 a0 = a1 = a2 = = 2 =1 = a3 = a4 = a5 = ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22 dce 2014 Các vấn đề khác • • • • • • Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ bát phân Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ thập lục phân Chuyển đổi từ hệ nhị phân sang hệ bát phân Chuyển đổi từ hệ bát phân sang hệ nhị phân Chuyển đổi từ hệ nhị phân sang hệ thập lục phân Chuyển đổi từ hệ thập lục phân sang hệ nhị phân 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 dce 2014 Một số vấn đề khác • Chuyển đổi hệ đếm – Chuyển đổi hệ khác sang hệ thập phân – Chuyển đổi từ hệ thập phân sang hệ khác – Chuyển đổi từ hệ bát phân hay thập lục phân sang hệ nhị phân • Số học nhị phân – Cộng nhị phân – Trừ nhị phân – Nhân nhị phân – Chia nhị phân • Bù (1’s complement) bù (2’s complement) – Khái niệm bù bù – Biểu diễn số nguyên nhị phân – Cộng/trừ số nguyên nhị phân 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 24 dce 2014 Mã & biến đổi mã • Thông tin người trao đổi với diễn tả qua trung gian tập hợp (set) ký hiệu (symbol) • Mỗi tập hợp ký hiệu tạo thành bảng mẫu tự (alphabet) • Trong tiếng Anh, ta có bảng mẫu tự chữ từ A đến Z Để tạo từ tiếng Anh, cần ghép chữ bảng mẫu tự lại với • Tiếng Anh xem mã (code) từ tiếng Anh xem từ mã (code word) • Mã Morse – sử dụng dấu chấm (.) dấu (-) • Hệ nhị phân sử dụng bảng mẫu tự với chữ (nói xác số - digit) • Số lượng bit b dùng từ mã phụ thuộc vào tổng số từ mã N cần diễn đạt N ≤ 2b 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 25 dce 2014 Mã BCD (Binary-Coded Decimal) • Mặc dù tất hệ thống số hoạt động với hệ nhị phân Tuy nhiên việc hiển thị kết tính tốn dạng thập phân khơng thể tránh khỏi • Việc chuyển đổi số nhị phân thập phân phức tạp thời gian với số lớn • mã BCD • Bộ mã BCD có tất 10 từ mã Decimal BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 • Độ dài từ mã bit số 16 từ mã, có 10 từ mã hợp lệ (valid) • Mã có trọng số 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 26 dce 2014 Mã BCD (Binary-Coded Decimal) Số thập phân Số BCD Số thập phân Số BCD 26/02/2014 0101 0111 0011 1001 1000 0100 Decimal BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 27 dce 2014 Mã BCD (Binary-Coded Decimal) Cho số BCD: 11001011000 0110 0101 1000 Cho số BCD: 0111 1100 1000 011111001000 E 26/02/2014 Decimal BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 28 dce 2014 Một số mã khác • Mã có trọng số – 8421 (BCD) • 2421 – 84-2-1 • Excess-3 • Mã vịng (cyclic) mã mà từ mã khác bit – Mã Gray • Mã chữ số (alphanumeric code) bit bit bit bit 00 000 0000 01 001 0001 11 011 0011 10 010 0010 110 0110 111 0111 101 0101 100 0100 1100 – Mã ASCII 1101 • Mã 7-đoạn (seven-segment code) a 1111 1110 1010 f g b e d c 26/02/2014 1011 1001 1000 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 29 dce 2014 Phát sai – Sửa sai • Q trình sinh từ mã nhằm biểu diễn thông tin gọi q trình mã hóa (coding hay encoding) • Các thơng tin mã hóa truyền/nhận thơng qua kênh truyền (transmission channel), trình lưu trữ, truy xuất, v.v… • Xuất khả tín hiệu bị thay đổi nhiễu, giao thoa với tín hiệu khác, mạch điện hoạt động sai, v.v… • Đối với tín hiệu số (digital signal), sai xảy hay nhiều bit bị thay đổi giá trị (0 thành hay thành 0) • Măc dù xác suất để xảy sai bit thấp, xác suất lớn (xác suất để hay nhiều bit sai đồng thời lại nhỏ !) 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 30 dce 2014 Mã phát sai (Error-Detecting Codes) • Xét mã BCD – Truyền từ mã 0 1, giả sử xảy sai bit Thông tin nhận từ mã 0 1, 1, 0 1, 0 0 – Phía thu khơng có khả phát sai Mã BCD mã phát sai • Bộ mã xảy sai bit từ mã làm biến đổi từ mã từ hợp lệ thành không hợp lệ gọi mã phát sai • Bit chẵn lẻ (parity bit) 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 31 dce 2014 Parity Transmitter Receiver • Parity bit – Bit phụ (thêm vào): giá trị phụ thuộc vào số bit mã truyền – Even-parity odd-parity – Phát sai bit (single-bit error) 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 32 dce 2014 Parity • Even-parity chữ C: chữ A: • Odd-parity chữ C: chữ A: 26/02/2014 1000011 1000001 1000011 1000001 1000011 1000001 1000011 1000001 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 33 dce 2014 Tổng kết (1) • Biểu diễn tương tự (analog): điện áp, cường độ dòng điện, dạng biểu diễn đặc trưng • Biểu diễn số (digital): ký hiệu (symbol - digits) – Thói quen số hố • Hệ thống số: thập phân, nhị phân, thập lục phân, bát phân 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 34 dce 2014 Tổng kết (2) • Biểu diễn đại lượng nhị phân • Mạch số (digital circuit) / Mạch luận lý (logic circuit) • Mạch số tích hợp (digital integrated circuit - IC) • Truyền song song (parallel) nối tiếp (serial) • Bộ nhớ (memory) 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 35 dce 2014 Mạch số Mạch nhớ 26/02/2014 ©2014, CE Department CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 36 ... Binary Octal Hexa 10 11 12 13 14 15 0000 00 01 0 010 0 011 010 0 010 1 011 0 011 1 10 00 10 01 1 010 10 11 110 0 11 01 111 0 11 11 00 01 02 03 04 05 06 07 10 11 12 13 14 15 16 17 A B C D E F ©2 014 , CE Department... 01 0 01 00 01 11 011 0 011 10 010 0 010 11 0 011 0 11 1 011 1 10 1 010 1 10 0 010 0 11 00 – Mã ASCII 11 01 • Mã 7-? ?oạn (seven-segment code) a 11 11 111 0 10 10 f g b e d c 26/02/2 014 10 11 10 01 1000 ©2 014 , CE Department... 2 014 Mã BCD (Binary-Coded Decimal) Cho số BCD: 11 0 010 110 00 011 0 010 1 10 00 Cho số BCD: 011 1 11 00 10 00 011 111 0 010 00 E 26/02/2 014 Decimal BCD 0000 00 01 0 010 0 011 010 0 010 1 011 0 011 1 10 00 10 01 ©2 014 ,