Bài giảng môn Thiết kế luận lí 1 - Chương 1: Biểu diễn số đếm, mã và biến đổi mã - Nguyễn Quang Huy

Nội dung text: Bài giảng môn Thiết kế luận lí 1 - Chương 1: Biểu diễn số đếm, mã và biến đổi mã - Nguyễn Quang Huy

1. dce 2014 Khoa KH & KTMT Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính
2. 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 3
3. dce 2014 Giới thiệu •Hệ số (Digital system): đối tượng khảo sát chính của môn học •Hệ số đang dần dần thay thế các hệ tương tự (Analog system) •Hệ số xuất hiện trong nhiều lĩnh vực của công nghệ hiện đại
   Tín hiệu giao thông
   Thiết bị điện tử âm thanh, video
   Dòng hóa chất
   Máy y tế
   Nhiệt độ
   Mạng điện thoại
   Động cơ xe hơi
   Hệ điều khiển không lưu, xử lý tín
   Kiểm tra thời gian hiệu radar
   Máy phân phối, kiểm soát
   Dụng cụ điện tử: dao động ký (oscilloscope) số, máy phân tích luận lý (logic analyzer) 26/02/2014 ©2014, CE Department 5
4. dce 2014 Analog Digital 26/02/2014 ©2014, CE Department 7
5. dce 2014 Ưu điểm của hệ số •Dễ thiết kế (Design) – Mạch chuyển mạch (Switching circuits) • Thông tin được lưu dễ dàng (Information storage) • Độ chính xác cao (Accuracy and presicion) • Các hoạt động có thể được lập trình (Programmed) • Ít bị ảnh hưởng nhiễu (Noise) • Có nhiều mạch số được chế tạo thành chip chuyên dụng(IC). 26/02/2014 ©2014, CE Department 9
6. dce 2014 Hệ thống điều khiển nhiệt độ Nhiệt độ Thiết bị đo Analog Digital ADC (Analog) nhiệt độ Xử lý Digital Analog Điều chỉnh DAC Bộ điều khiển nhiệt độ • ADC : Analog to Digital Converter • DAC : Digital to Analog Converter 26/02/2014 ©2014, CE Department 11
7. dce 2014 Hệ thống số đếm •Hệ thống số đếm (hệ đếm) quen thuộc nhất với con người là hệ thập phân (decimal number system) •Hệ thập phân sử dụng 10 ký số (digit) từ 0 đến 9 và biểu diễn giá trị số dưới dạng viết tắt của đa thức cơ số (base) 10 3 7 5 6 = 3 x 103 + 7 x 102 + 5 x 101 + 6 x 100 • Giá trị số được biểu diễn không chỉ phụ thuộc vào các ký số mà còn phụ thuộc vào vị trí xuất hiện của các ký số  hệ số đếm theo vị trí (positional number system) 26/02/2014 ©2014, CE Department 13
8. dce 2014 Example 3 2 1 0 • (7,239)10 = 7 x 10 + 2 x 10 + 3 x 10 + 9 x 10 3 2 1 0 -1 • (4103.2)5 = 4 x 5 + 1 x 5 + 0 x 5 + 3 x 5 + 2 x 5 = 4 x 125 + 1 x 25 + 0 x 5 + 3 x 1 + 2 x 5-1 = (528.4)10 4 3 2 1 0 • (11011)2 = 1 x 2 + 1 x 2 + 0 x 2 + 1 x 2 + 1 x 2 = (27)10 3 2 1 0 • (B65F)16 = 11 x 16 + 6 x 16 + 5 x 16 + 15 x 16 26/02/2014 ©2014, CE Department 15
9. dce 2014 Hệ nhị phân − − − 24 23 22 21 20 2 1 2 2 2 3 11011.101 MSB LSB = 0 + 1 + 2 + 3 + 4 (11011.101)2 1 * 2 1* 2 0*2 1* 2 1*2 − +1* 2−1 + 0*2−2 +1*2 3 26/02/2014 ©2014, CE Department 17
10. dce 2014 Các hệ đếm khác • Các hệ đếm khác được sử dụng Các hệ đếm thông dụng trong những hệ thống số là Decimal Binary Octal Hexa –Hệ bát phân (Octal system): cơ số 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 –Hệ thập lục phân (Hexadecimal 2 0 0 1 0 0 2 2 system): cơ số 16 3 0 0 1 1 0 3 3 4 0 1 0 0 0 4 4 5 0 1 0 1 0 5 5 6 0 1 1 0 0 6 6 7 0 1 1 1 0 7 7 8 1 0 0 0 1 0 8 9 1 0 0 1 1 1 9 1 0 1 0 1 0 1 2 A 1 1 1 0 1 1 1 3 B 1 2 1 1 0 0 1 4 C 1 3 1 1 0 1 1 5 D 1 4 1 1 1 0 1 6 E 1 5 1 1 1 1 1 7 F 26/02/2014 ©2014, CE Department 19
11. dce 2014 Từ thập phân sang hệ cơ số b N10 = (anan-1an-2 a2a1a0) b n n-1 n-2 0 = an x b + an-1 x b + an-2 x b + + a0 x b N n−1 n−2 n−3 = a *b + a − *b + a − *b + + a = Q a0 b n n 1 n 2 1 1 Q1 n−2 n−3 n−4 =a *b +a − *b +a − *b + +a =Q a b n n 1 n 2 2 2 1 Q2 n−3 n−4 n−5 =a *b +a − *b +a − *b + +a =Q a b n n 1 n 2 3 3 2 26/02/2014 ©2014, CE Department 21
12. 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 23
13. dce 2014 Mã & biến đổi mã • Thông tin con người trao đổi với nhau được diễn tả qua trung gian những tập hợp (set) các ký hiệu (symbol) •Mỗi tập hợp ký hiệu tạo thành 1 bảng mẫu tự (alphabet) • Trong tiếng Anh, ta có bảng mẫu tự các chữ cái từ A đến Z. Để tạo ra 1 từ trong tiếng Anh, chỉ cần ghép các chữ cái trong bảng mẫu tự lại với nhau • Tiếng Anh có thể được xem như 1 bộ mã (code) và mỗi từ của tiếng Anh được xem là 1 từ mã (code word) • Mã Morse – sử dụng dấu chấm (.) và dấu (-) •Hệ nhị phân có thể được sử dụng như 1 bảng mẫu tự với 2 chữ cái (nói chính xác hơn là con số - digit) 0 và 1 •Số lượng bit b dùng trong mỗi từ mã phụ thuộc vào tổng số từ mã N cần diễn đạt  N ≤ 2 b 26/02/2014 ©2014, CE Department 25
14. dce 2014 Mã BCD (Binary-Coded Decimal) Số thập phân 5 7 3 Decimal BCD 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 Số BCD 0101 0111 0011 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 Số thập phân 6 0 1 1 0 9 8 4 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 Số BCD 1001 1000 0100 26/02/2014 ©2014, CE Department 27
15. dce 2014 Một số mã khác • Mã có trọng số 1 bit 2 bit 3 bit 4 bit – 8421 (BCD) • 2421 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 – 84-2-1• Excess-3 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 • Mã vòng (cyclic) là mã mà 2 từ 1 1 0 1 1 0 0 1 1 mã kế tiếp nhau chỉ khác nhau 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 bit 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 – Mã Gray 1 0 1 0 1 0 1 • Mã chữ số (alphanumeric 1 0 0 0 1 0 0 code) 1 1 0 0 – Mã ASCII 1 1 0 1 • Mã 7-đoạn (seven-segment 1 1 1 1 code) a 1 1 1 0 1 0 1 0 f g b 1 0 1 1 e c 1 0 0 1 d 1 0 0 0 26/02/2014 ©2014, CE Department 29
16. dce 2014 Mã phát hiện sai (Error-Detecting Codes) • Xét mã BCD – Truyền đi từ mã 0 0 0 1, giả sử xảy ra sai ở 1 bit. Thông tin nhận được sẽ là 1 trong các từ mã 1 0 0 1, 0 1 0 1, 0 0 1 1, 0 0 0 0 – Phía thu không có khả năng phát hiện sai  Mã BCD không phải là mã phát hiện sai •Bộ mã nào khi xảy ra sai ở một bit bất kỳ trong từ mã làm biến đổi từ mã từ hợp lệ thành không hợp lệ thì gọi là mã phát hiện sai • Bit chẵn lẻ (parity bit) 26/02/2014 ©2014, CE Department 31
17. dce 2014 Parity • Even-parity chữ C: 1000011  1 1000011 chữ A:1000001  0 1000001 • Odd-parity chữ C: 1000011  0 1000011 chữ A:1000001  1 1000001 26/02/2014 ©2014, CE Department 33
18. dce 2014 Tổng kết (2) • Biểu diễn các 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) và nối tiếp (serial) •Bộ nhớ (memory) 26/02/2014 ©2014, CE Department 35