Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 1 bài giảng Nhập môn mạch số - Chương 5: Mạch tổ hợp cung cấp cho người học các kiến thữ về Mạch tính toán số học bao gồm: Một số mạch logic tổ hợp thông dụng, thiết kế các mạch logic tổ hợp phức tạp sử dụng các mạch logic tổ hợp thông dụng. Mời các bạn cùng tham khảo.
NHẬP MÔN MẠCH SỐ Chương – phần Mạch tổ hợp: Mạch tính tốn số học CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân biệt mạch tổ hợp inputs inputs :: :: Mạch tổ hợp Mạch tổ hợp Memory CuuDuongThanCong.com :: :: outputs outputs 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 https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung 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) Mạch giải mã (Decoder)/ Mạch mã hoá (Encoder) Mạch dồn kênh (Multiplexer)/ Mạch chia kênh (Demultiplexer) Mạch tạo Parity/ Mạch kiểm tra Parity Mạch so sánh (Comparator) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung 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) Mạch giải mã (Decoder)/ Mạch mã hoá (Encoder) Mạch dồn kênh (Multiplexer)/ Mạch chia kênh (Demultiplexer) Mạch tạo Parity/ Mạch kiểm tra Parity Mạch so sánh (Comparator) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mạch cộng Carry Ripple (CR) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 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) x y Sơ đồ mạch CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mạch cộng nhị phân song song • 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) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thiết kế cộng toàn phần (Full Adder) Bộ cộng toàn phần (FA) – ngõ vào (2 ngõ vào cho số 1-bit cần tính tổng, ngõ vào cho số nhớ đầu vào (carry-in)) – ngõ (1 ngõ cho tổng cho số nhớ đầu (carry-out)) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thiết kế cộng toàn phần (Full Adder) Bảng thật Ký hiệu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Mạch cộng Carry Ripple - critical path Độ trễ cổng C1 Độ trễ cổng C2 Tổng quát, độ trễ 2n+1 cổng mạch cộng Carry Ripple n-bit CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 24 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 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 25 Mạch cộng CLA Cấu trúc tầng mạch cộng CLA CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 26 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 CLA giải pháp tốc độ cao (2 level AND-OR) • Độ phức tạp tăng lên nhanh chóng n lớn • Vấn đề Fan-in hạn chế tốc độ mạch cộng CLA CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 27 Adder/ Subtractor CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 28 Mạch cộng/ trừ • X,Y số không dấu n-bit Phép cộng: S = X + Y Phép trừ: D = X - Y = X + (-Y) = X+ (Bù Y) = X+ (Bù Y) + = X+ Y’+ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 29 Mạch trừ • Mạch cộng Carry Ripple dùng để xây dựng mạch trừ Carry Ripple cách đảo Y đặt số nhớ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 30 Tràn (Arithmetic Overflow) • 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 luôn cho kết sai => Mạch để xác định có overflow hay khơng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 31 Ví dụ arithmetic overflow • Với số bit, bit giá trị bit dấu O O • Overflow khơng xuất cộng số trái dấu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 32 Arithmetic overflow • Overflow phát (từ ví dụ slide trước) • Với n bit Overflow = cn-1 cn • Mạch cộng/ trừ bổ sung mạch kiểm tra overflow với cổng XOR CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 33 Ví dụ • Thiết kế mạch cộng/ trừ với ngõ điều khiển ADD SUB – ADD = 1: mạch cộng số ghi A B – SUB = 1: mạch thực phép trừ số B-A Chú ý: Trong lúc hai ngõ ADD, SUB CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 34 Ví dụ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 35 Arithmetic Logic Unit (ALU) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 36 ALU • ALUs thực thi nhiều toán tử hàm logic khác – Các toán tử hàm xác định mã ngõ vào Inputs CuuDuongThanCong.com S2 S1 S0 Function 0 F = 0000 0 F = B – A – + Cin F = A – B – + Cin 1 F = A + B + Cin 0 F=A B 1 F=A+B 1 F=A*B 1 F = 1111 https://fb.com/tailieudientucntt 37 Any question? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 38 ... carry-out mạch cộng n bit Mà cn =gn-1 + pn-1cn-1 cn-1=gn-2 + pn-2cn-2 cn=gn-1 + pn-1(gn-2 + pn-2cn-2) cn=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... https://fb.com/tailieudientucntt 26 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 CLA giải pháp tốc độ cao (2 level AND-OR) • Độ phức tạp tăng... thái trước - Mạch có tính chất nhớ https://fb.com/tailieudientucntt Nội dung Mạch cộng (Carry Ripple (CR) Adder) Mạch cộng nhìn trước số nhớ - (Carry Look-Ahead (CLA) Adder) Mạch cộng/ mạch trừ