Trước tiên, cũng cần nhắc lại một số linh kiện điện tử số cơ bản sử dụng trong máy vi tính. Nhờ cơng nghệ cao, các linh kiện có độ tích hợp lớn và rất lớn đã ra đời, nhưng khơng thể khơng nhìn lại một số mạch tổ hợp thực hiện những hàm logic cơ bản nhất.
a) Các cổng logic
Ký hiệu các mạch được chỉ ra trên Hình II.2, cùng biểu thức hàm logic gồm: mạch đệm (bufer), mạch đảo (NOT), mạch và (AND), mạch NAND, mạch hoặc (OR), mạch NOR và mạch XOR.
Các loại mạch này thường được sử dụng để tạo nên các mạch tổ hợp logic thực hiện các chức năng lập mã, giải mã, dồn kênh và phân kênh. Cũng
A A A A A A A A A A A A B B B B B B B B A B B Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y=A Y=A Y=A Y= A.B Y=A+B Y=A+B Y=A+B Y=A.B Y=A.B Y=A B Y=A B Y=A+B Y=A.B
cần lưu ý rằng, một số mạch chức năng như giải mãm dồn kênh và phân kênh đã được các hãng tích hợp dưới dạng các mạch MSI. Một số mạch có thể kể ra như mạch giải mã 3/8 SN74138, mạch dồn kênh 74151, mạch cộng, và mạch nhân v.v…
b) Mạch 3 trạng thái (Tristate Component)
Trong hệ Vi xử lý, có nhiều khối chức năng cần thông tin, nhưng tại một thời điểm, bao giờ cũng chỉ có một khối đưa tín hiệu ra (dữ liệu) và một số hạn chế các khối thu nhận tín hiệu. Thay vì nối dây dẫn liên kết các khối qua từng đôi phần tử một, các tín hiệu này được đưa lên BUS. Với các cổng logic thông thường, không thể nối trực tiếp chúng lên cùng một đường dây vì sẽ xẩy ra tranh chấp BUS vì đoản mạch. Ví dụ đầu ra của phần tử A là “1” trong lúc đầu ra của phần tử B là “0”. (Hình II.3). Các đầu ra của loại mạch này đều theo cấu trúc pull-up, nghĩa là có hai transistor được nối nối tiếp với nhau (xem hình vẽ), emitter của transistor này qua một diode rồi đến đầu ra, đến collector của transistor kia. Với hai trạng thái logic “1” và “0”, tương ứng sẽ lả T1 mở, T2 đóng và ngược lại, T2 mở và T1 đóng. Trên hình vẽ II.2 hiện tượng nguy hiểm xẩy ra khi lối ra của phần tử logic A là “1”, các khố mở hay đóng tương đương việc transistor thơng bão hồ hay ngắt, lối ra của phần tử logic B là “0” và hiện tượng đoản mạch xẩy ra.
Để tránh hiện tượng này, một loại cổng logic gọi là cổng 3 trạng thái (tri-state gate) được sử dụng cho lối ra của các khối nối chung vào BUS. Hình II.3a là một phần tử đảo đầu ra 3 trạng thái. Hình II.3b là sơ đồ tương đương của trạng thái high-Z, tương ứng với trường hợp đầu ra bị tách khỏi BUS.
Như vậy, để tránh xung đột trên BUS, các phần tử có dầu ra nối với BUS cần phải đưa qua cổng 3 trạng thái.
GND Vcc Đầu ra Pull-up của phần tử logic A B
Một dây dẫn của BUS Điểm nối chung trên BUS +5V +5V +5V GND A B T2 T1 Output
Hình II.3a Hiện tượng đoản mạch xẩy ra khi nối hai đầu ra của hai phần tử lên cùng một đường dây của BUS
c) Mạch chốt, thanh ghi:
Mạch chốt là một mạch gồm các phần tử có khả năng lưu giữ các giá trị “0” hoặc “1” ở lối ra. Có thể dùng D flip-flop làm một mạch chốt với tín hiệu để chốt dữ liệu tại đầu ra Q theo bảng giá trị chân lý sau:
D CK Q Q X 0 Q Qn 0 1 0 1 1 1 1 0
Biết rằng Qn+1 = D với tín hiệu điều khiển là sự xuất hiện sườn dương của xung nhịp CK. Như vậy, giá trị logic (0 hoặc 1) tại D đã được chuyển sang đầu ra Q (chốt). Nếu CK giữ nguyên trạng thái bằng “1”, thì trạng thái đầu ra Q được giữ nguyên. Như vậy, giá trị logic của D đã được lưu giữ ở Q (nhớ).
Thanh ghi (Register) là một nhóm các mạch flip-flop được nối song song với nhau, có thể lưu giữ được các số liệu nhị phân. Hình II.5 là sơ đồ một thanh ghi lưu giữ số liệu nhịphân 4 bits được tạo từ 4 phần tử D flip-flop.
D Q
CK Q
Hình II.4 Mạch chốt (hay phần tử nhớ) D Flip-Flop
CK D Q Q CK D Q Q CK D Q Q CK D Q Q D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 CK
Hình II.5 Thanh ghi 4 bits
Enable
Input Output
+5V +5V
Hình II.3b Phần tửđảo 3 trạng thái và sơ đồtương đương đầu ra của phần tửở trạng thái high-Z
Một số liệu nhị phân bất kỳ từ D3 đến D0 sẽ được chốt sang các lối ra từ Q3 đến Q0 mỗi khi có một sườn lên của xung nhịp CK được đưa tới lối vào xung nhịp. Từ nhị phân này được lưu giữ ở lối ra cho đến khi có dữ liệu mới được đưa vào lối D và có xuất hiện sườn lên của xung nhịp CK.
d) Mạch khuyếch đại BUS 2 chiều
Trên cơ sở của các mạch 3 trạng thái, các mạch khuyếch đại BUS hai chiều được xây dựng theo nguyên lý sau:
Hai phần tử 3 trạng thái sẽ được ghép ngược với nhau (Hình II.6), chân điều khiển sẽ dùng tín hiệu đảo của tín hiệu đọc RD. Khi xuất hiện tín hiệu RD, dữ liệu được phép đi từ Q0 sang D0, ngược lại, tín hiệu chỉ được phép đi từ D0 sang Q0 và cho phép CPU đưa tín hiệu ghi dữ liệu ra ngồi.
Ghép nối đủ số phần tử cho tất cả các dây dữ liệu, ta có mạch khuyếch đại BUS hai chiều. Trong thực tế, mạch có chức năng trên đã được tích hợp theo chuẩn của TTL, được ký hiệu là 8228 hoặc 8288 (Octal BUS Transceiver).