Bài giảng Thiết kế luận lý 1 - Chương 1: Biểu diễn số đếm, mã và biến đổi mã

dce

2012

Khoa KH & KTMT

Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính

BK

TP.HCM

dce

2012

Giới thiệu môn học

• Cán bộ giảng dạy

• Nguyễn Quang Huy

[email protected].edu.vn

• Trang web môn học

• Sakai

• http://www.cse.hcmut.edu.vn/~huynguyen

• Đánh giá: trắc nghiệm/tự luận

• Giữa kỳ: 30%

• Cuối kỳ: 70%

• Bonus

2

dce

2012

Tài liệu tham khảo

• “Digital Systems, Principles and Applications”,

8^th/5^thEdition, R.J. Tocci, Prentice Hall

• “Digital Logic Design Principles”, N.

Balabanian & B. Carlson – John Wiley &

Sons Inc., 2004

3

dce

2012

Tổng quan

4

dce

2012

Hardware

5

dce

2012

Software

6

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

7

dce

2012

Biểu diễn số đếm, mã

và biến đổi mã

BK

TP.HCM

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

 Dòng hóa chất

 Thiết bị điện tử âm thanh, video

 Máy y tế

 Nhiệt độ

 Mạng điện thoại

 Động cơ xe hơi

 Kiểm tra thời gian

 Máy phân phối, kiểm soát

 Hệ điều khiển không lưu, xử lý tín

hiệu radar

 Dụng cụ điện tử: dao động ký

(oscilloscope) số, máy phân tích

luận lý (logic analyzer)

9

dce

2012

Số (Digital) và tương tự (Analog)

• Trong khoa học và kỹ thuật những quá trình định lượng trong

tự nhiên (áp suất, vận tốc, điện áp, dòng điện, …) được biểu

diễn qua trung gian các biến

• Quan hệ giữa các biến được diễn tả bởi các định luật, công

thức

• Trong hệ thống, các biến được hiện thực dưới dạng các tín

hiệu (signal) vật lý ở đầu vào và đầu ra

• Theo thực nghiệm, các tín hiệu vật lý dường như biến đổi một

cách liên tục (continously), VD. nhiệt độ trong ngày, dòng

điện, v.v…

• Hệ tương tự là hệ mà ở đó các tín hiệu thay đổi theo cách

liên tục (tín hiệu tương tự - analog signal)

10

dce

2012

Analog

Digital

11

dce

2012

Hệ số và hệ tương tự …

• Hình vẽ bên minh họa việc xấp

xỉ một đường cong liên tục bất

kỳ bằng một hàm bao gồm nhiều

bậc thang rời rạc (discrete)

• Tín hiệu liên tục cũng có thể

được rời rạc hóa (discretized)

hay lượng tử hóa (digitized)

 tín hiệu số (digital signal)

• Có thể chuyển đổi giữa tín hiệu

số và tín hiệu tương tự

 Hệ số là hệ mà ở đó các tín hiệu thay đổi theo cách rời

rạc (tín hiệu số)

 Các biến được xử lý trong hệ số đều ở dạng rời rạc

 các giải thuật xấp xỉ gần đúng

12

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).

13

dce

2012

Hạn chế của hệ số

• Thế giới thực phần lớn là tương tự

• VD: Nhiệt độ, áp suất, vận tốc, tốc độ dòng

chảy,…

• Các bước xử lý vấn đề

– Chuyển đổi từ tín hiệu nhập vào tương tự

(Analog Input) sang tín hiệu số (Digital)

– Xử lý trên dữ liệu số

– Chuyển đổi tín hiệu số ra tín hiệu tương tự

(Analog output)

14

dce

2012

Hệ thống điều khiển nhiệt độ

Analog

Digital

Thiết bị đo

nhiệt độ

Nhiệt độ

(Analog)

ADC

Xử lý

Digital

Analog

Điều chỉnh

nhiệt độ

Bộ điều khiển

DAC

• ADC : Analog to Digital Converter

• DAC : Digital to Analog Converter

15

dce

2012

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)

16

dce

2012

Hệ thống số đếm

• Dạng tổng quát của một hệ số cơ số b được

biểu diễn:

a_n-1a_{n-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_b= a_n-1x b^n-1+ a_n-2x b^n-2+ … + a₀x b⁰+ a_-1x b^-1+ … + a_-mx b^-m

17

dce

2012

Example

• (7,239)₁₀= 7 x 10 ³+ 2 x 10 ²+ 3 x 10 ¹+ 9 x 10 ⁰

• (4103.2)₅= 4 x 5³+ 1 x 5²+ 0 x 5¹+ 3 x 5⁰+ 2 x 5^-1

= 4 x 125 + 1 x 25 + 0 x 5 + 3 x 1 + 2 x 5^-1

= (528.4)₁₀

• (11011)₂= 1 x 2⁴+ 1 x 2³+ 0 x 2²+ 1 x 2¹+ 1 x 2⁰

= (27)₁₀

• (B65F)₁₆= 11 x 16³+ 6 x 16²+ 5 x 16¹+ 15 x 16⁰

18

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

19

dce

2012

Hệ nhị phân…

2^3

2¹

2^2

2²

2⁰

2^1

2³

2⁴

1

0

1

.

1

0

1

MSB

LSB

 1* 2³

1*2^3

1*2⁴

 0*2²

0*2^2

 1 * 2 ⁰

 1 * 2¹

(11011.101)₂

1* 2^1

20

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