Bài giảng Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) Chương 2

NKK-HUST c om Kiến trúc máy tính cu u du on g th an co ng Chương CƠ BẢN VỀ LOGIC SỐ Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 42 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Nội dung học phần cu u du on g th an co ng c om Chương Giới thiệu chung Chương Cơ logic số Chương Hệ thống máy tính Chương Số học máy tính Chương Kiến trúc tập lệnh Chương Bộ xử lý Chương Bộ nhớ máy tính Chương Hệ thống vào-ra Chương Các kiến trúc song song 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 43 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST cu u du on g th an co ng c 2.1 Các hệ đếm 2.2 Đại số Boole 2.3 Các cổng logic 2.4 Mạch tổ hợp 2.5 Mạch dãy om Nội dung chương 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 44 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c Hệ thập phân (Decimal System) người sử dụng Hệ nhị phân (Binary System) máy tính sử dụng Hệ mười sáu (Hexadecimal System) dùng để viết gọn cho số nhị phân on cu u du n g th an n co ng n om 2.1 Các hệ đếm 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 45 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST om Hệ thập phân Cơ số 10 n 10 chữ số: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 ng co Dùng n chữ số thập phân biểu diễn 10n giá trị khác nhau: th an n c n 00 000 = n 99 999 = 10n - cu u du on g n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 46 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Dạng tổng quát số thập phân c om A = an an-1 a1a0 , a-1 a-m an co ng Giá trị A hiểu sau: cu u du on g th A = an10 n + an−110 n−1 + + a1101 + a010 + a−110 −1 + + a−m10 −m 2017 n A= ∑ a 10 i i i=−m Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 47 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Ví dụ số thập phân om 472.38 = 4x102 + 7x101 + 2x100 + 3x10-1 + 8x10-2 n 47 : 10 = dư n : 10 = dư co 472 : 10 = 47 dư an n ng c Các chữ số phần nguyên: th on g n du Các chữ số phần lẻ: cu u n n 0.38 x 10 = 3.8 phần nguyên = n 0.8 x 10 = 8.0 phần nguyên = 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 48 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Hệ nhị phân n n om c ng = = 2n - du n 00 000 11 111 cu u n on g n co n an n Cơ số 2 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: th n Các lệnh chương trình liệu máy tính mã hóa số nhị phân 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 49 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST 3-bit 4-bit 00 000 0000 01 001 0001 10 010 0010 11 011 0011 100 0100 101 0101 110 0110 111 0111 1000 1001 1010 10 1011 11 1100 12 1101 13 1110 14 1111 15 om 2-bit cu u du on g th an co ng Biểu diễn số nhị phân 1-bit Số thập phân c Số nhị phân 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 50 NKK-HUST Đơn vị liệu thông tin máy tính om bit – chữ số nhị phân (binary digit): đơn vị thông tin nhỏ nhất, cho phép nhận hai giá trị: byte tổ hợp bit: biểu diễn 256 giá trị (28) Qui ước đơn vị liệu: n n n n th g = 210 bytes = 210 KB = 210 MB = 210 GB = 210 TB = 210 PB on n KB (Kilobyte) MB (Megabyte) GB (Gigabyte) TB (Terabyte) PB (Petabyte) EB (Exabyte) du n cu u n an co n ng c n 2017 = 1024 bytes = 220bytes (~106) = 230bytes (~109) = 240bytes (~1012) = 250bytes = 260bytes Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 51 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c ng cu u du on g n co n an n 2n đầu vào liệu n đầu vào chọn đầu liệu Mỗi tổ hợp đầu vào chọn (S) xác định đầu vào liệu (D) nối với đầu (F) th n om Bộ chọn kênh (Multiplexer - MUX) 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 74 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ chọn kênh đầu vào S1 om S2 4-to-1 MUX D2 F ng D1 c D0 D0 an co D3 Đầu vào chọn Đầu ra S1 F 0 1 1 D0 D1 D2 D3 D2 cu u du S2 F g S1 on S2 th D1 2017 D3 F = D0 • S2 • S1+ D1• S2 • S1+ D2 • S2 • S1+ D3• S2 • S1 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 75 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ giải mã (Decoder) co n ng c n N đầu vào, 2N đầu Với tổ hợp N đầu vào, có đầu tích cực (khác với đầu cịn lại) Ví dụ: Bộ giải mã om n A1 0 1 A0 1 Y3 0 Y2 0 2017 th A0 g on cu u A1 A0 Y3 Y2 Y1 Y0 A1 Y3 du 11 10 01 00 an 2:4 Decoder Y2 Y1 0 Y0 0 Y1 Y0 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 76 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Thực giải mã A om 000 D c B 010 D 011 D du on g th an co ng C 001 D 100 D cu u 101 D 110 D 111 D 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 77 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ cộng om Bộ cộng bán phần 1-bit (Half-adder) c co Bộ cộng toàn phần 1-bit (Full-adder) cu u du on n Cộng bit Cho phép xây dựng cộng N-bit an n th n Cộng hai bit tạo bit tổng bit nhớ ng n g n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 78 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ cộng bán phần 1-bit c + 1 10 Cout ng + 0 B 1-bit Half Adder co + 1 S th an + 0 om A Đầu A B S 0 1 1 Cout S = AÅ B 1 0 0 C out = AB cu u du on g Đầu vào 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 79 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ cộng toàn phần 1-bit om B 1-bit Full Adder ng Cin co Cout S = ABC + ABC + ABC + ABC Cout = AB + AC + BC c A B S Cout 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 on th A cu u Cin Đầu g Đầu vào an S du 2017 A B C A B C S Sum A B C A B C A B A C C Carry out B C Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 80 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ cộng 4-bit cộng 32-bit Cin Cin C2 om Cin C1 B0 A0 Cin C0 ng C3 B1 A1 S2 S1 S0 C23 8-bit adder cu u Cout A23 B23 on A24 B24 du A31 B31 g th S3 an co Overflow signal B2 A2 c B3 A3 S31 Figure 11.21 S24 S23 A16 B16 A15 B15 C15 8-bit adder S16 A8 B8 C7 8-bit adder S15 A B7 S8 A0 B 8-bit adder S7 Cin S0 Construction of a 32-Bit Adder Using 8-Bit Adders 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 81 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST c Mạch dãy mạch logic đầu phụ thuộc giá trị đầu vào thời điểm đầu vào thời điểm khứ co ng n om 2.5 Mạch dãy an Là mạch có nhớ, thực phần tử nhớ (Latch, Flip-Flop) kết hợp với cổng logic cu u du on g th n 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 82 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Các Flip-Flop Q S R Qnϩ1 ng S Truth Table om Graphical Symbol 0 1 1 Qn – Q J K Qnϩ1 K Q 0 1 1 Qn Qn D Q D Qnϩ1 1 c Name Q th an R co Ck S–R g J on Ck cu u du J–K D Ck Q 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 83 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST S-R Latch Flip-Flop R Q om R c Q ng Clock Q co S Q S S-R Flip-Flop on g th an S-R Latch K Q J Q D cu u Clock du Q Clock Q D Flip Flop 2017 J-K Flip-Flop Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 84 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST om Thanh ghi 8-bit song song D18 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D Q Q D Clk D Q Clk Clk D Q D Clk Q D Clk Q D Clk Q Clk th Clk Q an D co ng D17 c Data lines on g Clock Load D08 D06 D05 D04 D03 D02 D01 Output lines cu u du D07 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 85 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Q D D Clk Q Clk D Q Clk D Q Serial out Clk th an Clk Q ng D co Serial in c om Thanh ghi dịch 5-bit cu u du on g Clock 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 86 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Bộ đếm 4-bit J Ck Q K J Q K J Q1 K Q Ck Q K Q Q2 Q3 an Q0 Q Ck ng Ck Clock Q c Q co J om High th (a) Sequential circuit on g Clock Q2 cu u Q1 du Q0 Q3 (b) Timing diagram 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 87 https://fb.com/tailieudientucntt co ng c om NKK-HUST cu u du on g th an Hết chương 2017 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 88 https://fb.com/tailieudientucntt ... Chương Giới thiệu chung Chương Cơ logic số Chương Hệ thống máy tính Chương Số học máy tính Chương Kiến trúc tập lệnh Chương Bộ xử lý Chương Bộ nhớ máy tính Chương Hệ thống vào-ra Chương Các kiến. .. Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 56 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST Phương pháp phân tích thành tổng 2i n 23 128 64 32 16 th c 24 22 21 20 1 g ng 25 an 26 105(10) = 0110 1001 (2) ... B B 20 17 Kiến trúc máy tính CuuDuongThanCong.com 69 https://fb.com/tailieudientucntt NKK-HUST 2A 2B 2Y GND 13 12 11 10 1Y 4B 1A 4A 1B 4Y 2Y 3B 2A 3A 2B 3Y GND 14 13 12 11 4Y 1A 1Y 4B 2A 4A 2Y