bài giảng môn học cấu trúc máy tính bài 5 mạch tuần tự mạch lật mạch

@IT MẠCH TUẦN TỰ Mạch tuần tự đồng bộ sử dụng các tín hiệu ảnh hưởng đến các thành phần lưu trữ chỉ tại các  Việc đồng bộ hóa được thực hiện qua một thiết bị định thời gọi là mạch tạo

MẠCH TUẦN TỰ

MẠCH LẬT

@IT MẠCH TUẦN TỰ

 Các mạch số xét trước đây là các mạch tổ hợp, các ngõ ra tại một thời điểm độc lập với ngõ vào tại thời điểm đó

 Tuy mọi hệ thống đều có mạch tổ hợp nhưng thực tế là hầu hết đều có thành phần lưu trữ,

do đó chúng ta cần đề cập đến mạch tuần

 Kiểu mạch tuần tự thông dụng nhất thuộc loại đồng bộ

@IT MẠCH TUẦN TỰ

 Mạch tuần tự đồng bộ sử dụng các tín hiệu ảnh hưởng đến các thành phần lưu trữ chỉ tại các

 Việc đồng bộ hóa được thực hiện qua một thiết

bị định thời gọi là mạch tạo xung đồng hồ, tạo

ra một dãy xung đồng hồ tuần hoàn

 Các xung đồng hồ này phát qua hệ thống theo một cách nào đó làm cho các thành phần chỉ bị ảnh hưởng bởi sự xuất hiện của xung đồng bộ

@IT MẠCH TUẦN TỰ

 Trong thực tế, các mạch tuần tự đồng bộ theo đồng hồ được dùng nhiều nhất

 Nó có tính ổn định và có thể dễ dàng ngắt thời gian của chúng thành các bước rời rạc độc lập và có thể xem xét các bước đó một cách riêng lẻ

Mạch lật là dạng mạch đơn giản nhất có chức năng lưu trữ 1bit nhị phân

- Có hai ngõ ra: 1 cho trị bình thường và 1 cho trị bù

- Mạch lật duy trì trạng thái nhị phân cho đến khi có xung đồng hồ điều khiển làm thay đổi trạng thái

- Sự khác nhau của các mạch lật là số ngõ vào

và cách thức các ngõ vào tác động đến trạng

MẠCH LẬT

Một ký hiệu mũi tên trước chữ C biểu thị một

ngõ nhập động chỉ báo động cho biết mạch lật đáp ứng với một chuyển tiếp dương (từ 0 sang 1) của tín hiệu đồng hồ ở ngõ nhập

Mạch lật SR:

Nếu S = 1; R = 0 thì Q chuyển sang 1

Nếu S = 0; R = 1 thì Q chuyển sang 0

Nếu S= 0; R = 0 thì đồng hồ chuyển, ngõ ra không đổi.

Nếu S và R =1 ngõ ra không xác định, có thể là 0 hoặc 1 tuỳ thuộc vào thời giaan trì hoãn trong mạch

@IT Mạch lật SR: (tt)

- Nếu S = R = 0, một chuyển tiếp đồng hồ không thay đổi trạng thái, nghĩa là:

Q(t+1) = Q(t)

- Nếu S = 0; R = 1 mạch lật qua trạng thái 0

- Nếu S = 1; R = 0 mạch lật qua trạng thái 1

- Khi S = R = 1 trạng thái mạch lật không xác định nên ít khi được dùng trong thực tế

@IT Mạch lật D: (Data)

Mạch lật SR được đổi sang mạch lật D bằng cách đưa vào một cổng đảo giữa S và R và cũng dùng ký hiệu D cho ngõ vào duy nhất

Khi D = 1, ngõ ra là 1; khi D = 0, ngõ ra là 0

@IT Mạch lật D: (Data) (tt)

-Trạng thái kế Q(t+1) được xác định từ ngõ vào D

- Mối quan hệ có thể biểu diễn bằng phương trình đặc tính: Q(t+1) = D

- Nghĩa là ngõ ra Q nhận trị từ ngõ vào D khi tín hiệu đồng hồ chuyển từ 0 sang 1

- Lưu ý là không có điều kiện nhập để giữ trạng thái của mạch lật D

@IT Mạch lật D: (Data) (tt)

- Mạch lật D thuận tiện là chỉ có một ngõ vào nhưng bất tiện là không có điều kiện không đổi Q(t+1) = Q(t)

- Điều kiện không đổi có thể lấy bằng cách vô hiệu tín hiệu đồng hồ hoặc cho ngõ ra trở lại ngõ vào, khi đó thì xung đồng hồ sẽ giữ trạng thái mạch lật không đổi

@IT Mạch lật JK :

Là một cải tiến của mạch lật SR trong đó điều kiện không xác định của SR được định nghĩa trong JK

Ngõ vào J, K hoạt động giống như S, R để đặt và xóa mạch lật

Khi J, K đều bằng 1, một chuyển tiếp đồng

hồ sẽ chuyển ngõ ra mạch lật sang trạng thái bù

@IT Mạch lật JK:

Tương đương với mạch SR Thay vì không xác định, mạch lật JK có điều kiện bù

Q(t + 1) = Q’(t) khi J = K = 1

@IT Mạch lật T:

 Mạch lật T là mạch xuất phát từ mạch lật JK với 2 ngõ vào được kết nối thành một ngõ vào T

 Vì vậy mạch lật T chỉ có hai điều kiện:

- Khi T = 0 (J=K=0), một chuyển tiếp đồng

hồ không thay đổi trạng thái của mạch lật

- Khi T = 1 (J=K=1), một chuyển tiếp đồng

hồ làm bù trạng thái mạch lật

Các điều kiện này có thể biểu diễn bằng phương trình thuộc tính:

@IT Mạch lật T:

 Trong loại mạch này, các chuyển tiếp xuất xảy ra tại một mức xung đồng hồ xác định.

 Khi mức nhập xung quá ngưỡng này, các ngõ nhập bị khoá lại sao cho mạch lật không đáp ứng với các thay đổi ở ngõ nhập sau đó, cho đến khi xung đồng hồ trở về 0 và một xung khác đến.

@IT Mạch lật lề:

 Một số mạch lật lề tạo chuyển tiếp ở lề lên của tín hiệu đồng hồ (chuyển tiếp lề dương –

Postive edge transition)

 Và một số khác tạo chuyển tiếp ở lề xuống của tín hiệu đồng hồ (chuyển tiếp lề âm –

Negative edge transition)

@IT Mạch lật lề:

 Tín hiệu xung trong mạch lật D lề dương

 Trị ngõ nhập D chuyển sang ngõ xuất Q khi đồng hồ tạo chuyển tiếp dương

 Ngõ xuất không thể thay đổi khi đồng hồ ở mức 1, mức 0 hoặc chuyển tiếp từ mức 1 xuống 0

@IT Mạch lật lề:

 Chuyển tiếp đồng hồ dương bao gồm:

- Thời gian tối thiểu gọi là thời định (setup time)

- Trong đó ngõ nhập D phải duy trì một hằng trị trước khi chuyển và một thời gian hưu hạn gọi là thời lưu (hold time)

- Trong đó ngõ nhập D không thay đổi chuyển tiếp dương

- Chuyển tiếp dương có hiệu lực thường là một phần rất nhỏ trong tổng chu kỳ xung đồng hồ

@IT Mạch lật lề:

@IT MẠCH TUẦN TỰ

 Mạch tuần tự là một kết nối các mạch lật với các cổng

 Bản thân các cổng tạo thành mạch tổ hợp, nhưng khi gộp vào với các mạch lật, toàn bộ mạch được sắp vào loại mạch tuần tự

 Khối mạch tổ hợp nhận tín hiệu nhị phân từ các ngõ nhập ngoài và đi vào mạch lật

 Các cổng trong mạch tổ hợp xác định trị nhị phân lưu vào mạch lật sau mỗi chuyển tiếp đồng hồ

- Các kết nối giữa các cổng trong mạch tổ hợp

có thể xác định qua các biểu thức boolean

lật được mô tả qua các biểu thức boolean gọi

- Mạch tuần tự được xác định qua bảng trạng thái liên kết các ngõ ra và trạng thái kế như là một hàm của các ngõ nhập và trạng thái hiện hành.

- Mạch tuần tự có đồng hồ, chuyển tiếp từ trạng thái hiện hành sang trạng thái kế được kích hoạt bởi một tín hiệu đồng hồ

@IT MẠCH TUẦN TỰ (tt)

- Thông tin trong bảng trạng thái có thể biểu diễn dưới dạng hình ảnh trong lược đồ trạng thái

- Trạng thái được biểu diễn bằng một vòng tròn và chuyển tiếp giữa các trạng thái được ghi nhận bằng các đường nối các vòng

- Các đường nối được ghi bằng hai số nhị phân được ghi cách nhau bằng dấu (/)

- Số phía trước là trị hiện tại; số sau là trị xuất trong trạng thái hiện hành

Một đường nối vòng tròn với chính nó cho biết

@IT MẠCH TUẦN TỰ (tt)

@IT MẠCH TUẦN TỰ (tt)

- Chuyển đặc tả sang lược đồ trạng thái

- Chuyển lược đồ trạng thái sang bảng trạng thái

- Từ bảng trạng thái ta nhận được thông tin cho việc xây dựng lược đồ mạch luận lý

@IT MẠCH TUẦN TỰ (tt)

Thiết kế mạch tuần tự có đồng hồ đi qua một dãy trạng thái nhị phân 00, 01, 10, 11 Khi ngõ nhập ngoài x có giá trị 1

Trạng thái mạch không đổi khi x = 0

Loại mạch này là mạch đếm nhị phân 2bit

Vì dãy trạng thái đồng nhất với dãy số đếm hai

ký số nhị phân

Ngõ nhập x là biến điều khiển thao tác đếm

@IT MẠCH TUẦN TỰ (tt)

Lược đồ trạng thái mạch đếm nhị phân