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

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

1. dce 2012 Khoa KH & KTMT Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính BK TP.HCM ©2012, CE Department
2. dce 2012 Tài liệu tham khảo • “Digital Systems, Principles and Applications”, 8th/5th Edition, R.J. Tocci, Prentice Hall • “Digital Logic Design Principles”, N. Balabanian & B. Carlson – John Wiley & Sons Inc., 2004 ©2012, CE Department 3
3. dce 2012 Hardware ©2012, CE Department 5
4. dce 2012 Nội dung môn học • Các hệ thống số đếm và mã • Đại số Boole và các cổng luận lý • Thiết kế và phân tích mạch tổ hợp • Thiết kế và phân tích mạch tuần tự ©2012, CE Department 7
5. dce 2012 Giới thiệu • Hệ số (Digital system) là đối tượng khảo sát chính của môn học • Hệ số đang dần dần thay thế các hệ tương tự (Analog system) vốn tồn tại trước đây • 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) ©2012, CE Department 9
6. dce 2012 Analog Digital ©2012, CE Department 11
7. dce 2012 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). ©2012, CE Department 13
8. dce 2012 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 ©2012, CE Department 15
9. dce 2012 Hệ thống số đếm • Dạng tổng quát của một hệ số cơ số b được biểu diễn: an-1an-2 a2a1a0.a-1a-2a-3 a-m+1a-m trong đó 0 a < b • Tổng quát hóa cho hệ đếm cơ số (base) b n-1 n-2 0 -1 -m Nb = an-1 x b + an-2 x b + + a0 x b + a-1 x b + + a-m x b ©2012, CE Department 17
10. dce 2012 Hệ nhị phân • Chỉ có 2 kí số: 0 và 1 • Mỗi ký số trong hệ nhị phân (binary number system) gọi là bit (binary digit) vận chuyển một thông tin tối thiểu, Vd. sáng/tối, tắt/mở, • Msb (most significant bit) là bit có trọng số lớn nhất • Lsb (least significant bit) là bit có trọng số nhỏ nhất ©2012, CE Department 19
11. dce 2012 Biểu diễn đại lượng nhị phân • Bóng đèn (sáng và tắt) • Diode (dẫn và không dẫn) • Transistor (tắt và bão hoà) ©2012, CE Department 21
12. dce 2012 Chuyển đổi giữa các hệ đếm Số Số Số thập nhị phân bát phân lục phân (Binary (Octal Number) (Hexadecimal Number) Number) Số thập phân Hệ cơ số b (Decimal Number) (B bases Number) ©2012, CE Department 23
13. dce 2012 Từ thập phân chuyển qua nhị phân • Chuyển số 41 sang hệ nhị phân 41 5 20 a 1 2 a3 1 2 0 2 20 2 10 a 0 1 a4 0 2 1 2 10 1 a 1 5 a 0 0 5 2 2 2 ©2012, CE Department 25
14. dce 2012 Một số vấn đề khác • Chuyển đổi giữa các hệ đếm – Chuyển đổi các hệ khác sang hệ thập phân – Chuyển đổi từ hệ thập phân sang các hệ khác – Chuyển đổi từ hệ bát phân hay thập lục phân sang hệ nhị phân • Số học nhị phân – Cộng nhị phân – Trừ nhị phân – Nhân nhị phân – Chia nhị phân • Bù 1 (1’s complement) và bù 2 (2’s complement) – Khái niệm bù 1 và bù 2 – Biểu diễn các số nguyên nhị phân – Cộng/trừ các số nguyên nhị phân ©2012, CE Department 27
15. dce 2012 Mã BCD (Binary-Coded Decimal) • Mặc dù tất cả các hệ thống số Decimal BCD đều hoạt động với hệ nhị phân. 0 0 0 0 0 Tuy nhiên việc hiển thị kết quả 1 0 0 0 1 tính toán dưới dạng thập phân là 2 0 0 1 0 không thể tránh khỏi. 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 • Việc chuyển đổi giữa số nhị phân 5 0 1 0 1 và thập phân sẽ phức tạp và mất 6 0 1 1 0 thời gian với những số lớn. 7 0 1 1 1 •  bộ mã BCD 8 1 0 0 0 • Bộ mã BCD có tất cả 10 từ mã 9 1 0 0 1 • Độ dài mỗi từ mã là 4 bit  trong số 16 từ mã, chỉ có 10 từ mã là hợp lệ (valid) • Mã có trọng số là 8 4 2 1 ©2012, CE Department 29
16. dce 2012 Mã BCD (Binary-Coded Decimal) Cho số BCD: 0110 0101 1000 Decimal BCD 11001011000 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 6 5 8 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 Cho số BCD: 0111 1100 1000 6 0 1 1 0 011111001000 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 7 E 8 ©2012, CE Department 31
17. dce 2012 Phát hiện sai – Sửa sai • Quá trình sinh ra các từ mã nhằm biểu diễn thông tin gọi là quá trình mã hóa (coding hay encoding) • Các thông tin mã hóa được truyền/nhận thông qua các kênh truyền (transmission channel), trong quá trình lưu trữ, truy xuất, v.v • Xuất hiện khả năng tín hiệu bị thay đổi do nhiễu, giao thoa với các tín hiệu khác, mạch điện hoạt động sai, v.v • Đối với tín hiệu số (digital signal), sai xảy ra khi một hay nhiều bit bị thay đổi giá trị (0 thành 1 hay 1 thành 0) • Măc dù xác suất để xảy ra sai ở 1 bit là rất thấp, nhưng xác suất này là lớn hơn 0 (xác suất để 2 hay nhiều bit sai đồng thời lại càng nhỏ hơn !). ©2012, CE Department 33
18. dce 2012 Parity Transmitter Receiver • Parity bit – Bit phụ (thêm vào): giá trị phụ thuộc vào số bit 1 trong mã truyền đi – Even-parity và odd-parity – Phát hiện sai 1 bit (single-bit error) ©2012, CE Department 35
19. dce 2012 Tổng kết (1) • Biểu diễn tương tự (analog): điện áp, cường độ dòng điện, dạng biểu diễn đặc trưng. • Biểu diễn số (digital): ký hiệu (symbol - digits). – Thói quen số hoá • Hệ thống số: thập phân, nhị phân, thập lục phân, bát phân ©2012, CE Department 37
20. dce 2012 Mạch số Mạch nhớ ©2012, CE Department 39
21. dce 2012 Bài tập • Tất cả bài tập trong sách  Thầy Nguyễn Quang Huy Email huynguyen@cse.hcmut.edu.vn ©2012, CE Department 41