Cổng logic và đại số logic. Chương IV :

Trường Đại học Marketing Khoa Tin học ứng dụng Trang IV. 1 Chương IV CÁC LOẠI MẠCH - MẠCH CỘNG VÀ MẠCH NHỚ - M ẠCH GIẢI MÃ THẬP NHỊ - NHỊ THẬP Chúng ta biết rằng, các mạch điện tử sử dụng trong máy tính được thiết kế từ các cổng luận lý. Dựa trên yêu cầu (hay trên bảng chân trị) đã cho, qua các bước tính toán và đơn giản để tạo nên mạch. Các mạch điện tử này được ứng dụng trong công nghệ tạo máy tính như mạch lật (flip-flop), thanh ghi (register), mạch đếm (Counter), mạch cộng (Adder) và mạch nhớ (memory),… I. Mạch nữa cộng: 1) Khái niệm: Mạch nữa cộng (Half - Adder) là mạch cộng 2 bit có 2 ngõ ra là:  SUM = A  B  CARRY = AB Trong đó: phép  chính là phép XOR (Exclusive OR – tham khảo chương II) 2) Bảng chân trị: A B CARRY SUM 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 3) Hình vẽ: 4) Đặc điểm: Mạch chỉ dùng 2 bit. Trong thực tế mạch này rất ít dùng vì thông thường người ta cần dùng mạch cộng 3 bit A B CARRY SUM Trường Đại học Marketing Khoa Tin học ứng dụng Trang IV. 2 II. Mạch toàn cộng: 1) Khái niệm: Mạch toàn cộng (Full - Adder) là mạch cộng 3 bit có 2 ngõ ra là:  SUM = A  B  C  CARRY = AB + AC + BC 2) Bảng chân trị: A B C CARRY SUM 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 3) Hình vẽ: Hình vẽ mạch toàn cộng III. Mạch cộng nhị phân: 1) Khái niệm: Mạch cộng nhị phân là mạch được xây dựng từ mạch nữa cộng và mạch toàn cộng. Ta có mạch cộng 2 từ (word) có chiều dài 4 bit: A 3 A 2 A 1 A 0 B 3 B 2 B 1 B 0 C 4 S 3 S 2 S 1 S 0 A B C CARRY SUM Trường Đại học Marketing Khoa Tin học ứng dụng Trang IV. 3 2) Hình vẽ: Mạch cộng nhị phân Trong đó, FA là mạch toàn cộng và HA là mạch nữa cộng IV. Mạch cộng - trừ bù 2: Khi cần cộng và trừ số bù 2 người ta thiết kế mạch sau: Hình vẽ mạch cộng - trừ bù 2 Với : SUB = 0  S= A + B SUB = 1  S = A – B FA A 1 B 1 FA A 2 B 2 HA A 0 B 0 FA A 3 B 3 C 4 S 3 S 2 S 1 S 0 FA B 3 A 3 S 3 FA B 2 A 2 S 2 FA B 1 A 1 S 1 FA B 0 A 0 S 0 SUB CARRY (Không dùng) Trường Đại học Marketing Khoa Tin học ứng dụng Trang IV. 4 V. Mạch giải mã thập - nhị phân: Ứng với kết quả thập phân ta thu được giá trị nhị phân tươn ứng thông qua mạch này. Mạch giải mã thập nhị là sự kết hợp của cổng OR Mạch giải mã thập nhị Ví dụ minh hoạ: Giả sử: Khi ta gõ phím số 8, căn cứ theo mạch trên ta được: Y 0 = 0 Y 1 = 0 Y 2 = 0 Y 3 = 1 Như vậy dãy số nhị phân sẽ là: 1000 Tương tự số thập phân ban đầu 1 x 2 3 + 0 x 2 2 + 0 x 2 1 + 0 x 2 0 (=8) VI. Mạch giải mã nhị phân - thập phân: Dùng để chuyển đổi số từ hệ nhị phân sang thập phân (Xem hình vẽ trang bên) Trạng thái cao 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Y 3 Y 2 Y 1 Y 0 Trường Đại học Marketing Khoa Tin học ứng dụng Trang IV. 5 Mạch chuyển đổi hnị phân - thập phân Thanh ghi 4 bit A B C D Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 Y 8 Y 9 Trường Đại học Marketing Khoa Tin học ứng dụng Trang IV. 6 VII. Mạch phát sinh lẻ: Từ cổng XOR (Exclusive OR), người ta kết hợp các bit lại với nhau hình thành bit kiểm tra gọi là bit chẵn - lẻ. Và cũng dựa trên cổng XOR người ta đưa ra khái niệm chẵn - lẻ Một từ (word) được gọi là chẵn (lẻ) khi có tổng số bit 1 là một số chẵn (lẻ) Mạch phát sinh lẻ Giả sử, với mạch trên ta lưu giá trị của ký tự A (có mã ASCII là 65) thể hiện dạng nhị phân 1000001. Số bit 1 trong chuổi bit này là 2 do đó đây là một từ chẵn. Kết hợp với cổng XOR (bit 7) ta được kết quả 11000001 (chiều dài 8 bit) thành một từ lẻ. Cho nên mạch này được gọi là mạch phát sinh lẻ. Ứng dụng của mạch này dùng để kiểm tra việc truyền dữ liệu, vì khi truyền dữ liệu đi, dữ liệu nhận được có thể bị sai (do nhiễu hay vì lý do nào đó). Và người ta dùng mạch này để phát hiện khi nhận kết quả sai. Ví dụ: Khi truyền A (1000001) và nhận được C (1000011) ta phát hiện có dự truyền sai do ta truyền đi tín hiệu chẵn nhưng nhận được tín hiệu lẻ VIII. Mạch đảo có điều khiển: Khi truyền tín hiệu qua mạch này, ta nhận được kết quả tuỳ thuộc vào sự điều khiển của khoá. Ví dụ: Khi truyền đi một từ (word) có tín hiệu là A. Ta nhận được một trong 2 giá trị sau:  Nếu Key = 0, tín hiệu nhận được là A  Nếu Key = 0, tín hiệu nhận được là bù của A Thanh ghi 7 bit A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 Bit tạo chẵn - lẻ Các bit dữ liệu Trường Đại học Marketing Khoa Tin học ứng dụng Trang IV. 7 Mạch đảo có điều khiển IX. Mạch tích hợp số: Với công nghệ điện tử ngày càng phát triển, ngày nay các cổng luận lý ban đầu ngày càng tiến dần đến các mạch tích hợp số (Digital Integrated Circuit) và thường được gọi là mạch IC. Thông thường, các mạch IC được tích hợp trên một mảnh nhỏ bán dẫn và gọi là chip. Trên một chip có thể có hàng ngàn IC, chục ngàn hay hàng triệu các thành phần điện tử như: Transistor, diode, register,…Mức độ tích hợp trên chip được phân thành:  SSI (Small scall Integration) : Chứa khoảng 10 phần tử  MSI (Medium scall Integration) : Chứa từ 10 đến 500 phần tử  LSI (Large scall Integration) : Chứa từ 500 đến 10.000 phần tử  VLSI (Very Large scall Integration) : Chứa từ 10.000 đến 1.000.000 phần tử  ULSI (Ultra Large scall Integration) : Chứa từ 1.000.000 phần tử trở lên Thanh ghi 8 bit A7 A6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 A Key Y 7 Y 6 Y 5 Y 4 Y 3 Y 2 Y 1 Y 0 . cổng OR Mạch giải mã thập nhị Ví dụ minh ho : Giả s : Khi ta gõ phím số 8, căn cứ theo mạch trên ta được: Y 0 = 0 Y 1 = 0 Y 2 = 0 Y 3 = 1 Như vậy dãy số. Trong đ : phép  chính là phép XOR (Exclusive OR – tham khảo chương II) 2) Bảng chân tr : A B CARRY SUM 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 3) Hình v : 4) Đặc