Bài Giảng Bộ Môn Kỹ Thuật Máy Tính

Trang 1

TP.HCM

2009

Khoa Khoa KH & KTMT KH & KTMT Bộ

Bộ môn môn Kỹ Kỹ Thuật Thuật Máy Máy Tính Tính

Biên soạn tài liệu:

Phạm Tường Hải

Phan Đình Thế Duy

Nguyễn Trần Hữu Nguyên

2009

dce

Tài li ệ u tham kh ả o

• “Digital Systems”, 5th Edition, R.J Tocci,

Prentice Hall, 2001

• “Digital Logic Design Principles”, N

Balabanian & B Carlson – John Wiley &

Sons Inc., 2004

Trang 2

TP.HCM

2009

Biểu diễn số đếm, mã

và biến đổi mã

2009

dce

H ệ s ố và h ệ t ươ ng t ự

• Hệsố(Digital system) làđối tượng khảo sát chính của môn

học

• Hệsố đang dần dần thay thếcác hệtương tự (Analog

system) vốn tồn tại trướcđây

• Hệsốxuất hiện trong nhiều lĩnh vực của công nghệhiệnđại

• Các h ệ th ố ng đ i ề u khi ể n quá

trình

Tín hi ệ u giao thông

Dòng hóa ch ấ t

Nhi ệ độ

Độ ng c ơ xe h ơ i

Ki ể m tra th ờ i gian

• Máy phân ph ố i, ki ể m soát

• Thi ế t b ị đ i ệ n t ử âm thanh, video

• Máy y t ế

• M ạ ng đ i ệ n tho ạ i

• H ệ đ i ề u khi ể n không l ư u, x ử lý tín hi ệ u radar

• D ụ ng c ụ đ i ệ n t ử : dao độ ng ký (oscilloscope) s ố , máy phân tích

lu ậ n lý (logic analyzer)

Trang 3

H ệ s ố và h ệ t ươ ng t ự …

• Trong khoa học và kỹthuật những quá trìnhđịnh lượng trong

tựnhiên (áp suất, vận tốc, điện áp, …) được biểu diễn qua

trung gian các biến

• Quan hệgiữa các biếnđược diễn tảbởi cácđịnh luật, công

thức

• Trong hệthống, các biếnđược hiện thực dưới dạng các tín

hiệu (signal) vật lýởđầu vào vàđầu ra

• Theo thực nghiệm, các tín hiệu vật lý dường nhưbiếnđổi một

cách liên tục (continously), TD nhiệtđộtrong ngày, dòng

điện, v.v…

• Hệtương tựlà hệmàởđó các tín hiệu thayđổi theo cách

liên tục (tín hiệu tương tự - analog signal)

5

2009

dce

H ệ s ố và h ệ t ươ ng t ự …

• Hình v ẽ bên minh h ọ a vi ệ c x ấ p

x ỉ m ộ đườ ng cong liên t ụ c b ấ

k b ằ ng m ộ t hàm bao g ồ m nhi ề u

b c thang r ờ i r ạ c (discrete)

• Tín hi ệ u liên t ụ c c ũ ng có th ể

đượ c r ờ i r ạ c hóa (discretized)

hay l ượ ng t ử hóa (digitized)

tín hi ệ u s ố (digital signal)

• Có th ể chuy ể n đổ i gi ữ a tín hi ệ u

s ố và tín hi ệ u t ươ ng t ự

Hệ sốlà 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

Trang 4

Ư u đ i ể m c ủ a h ệ s ố

• D ễ thi ế t k ế (Design)

• Thông tin đượ c l ư u d ễ dàng (Information

storage)

• Độ chính xác cao (Accuracy and presicion)

• Các ho ạ t độ ng có th ể đượ c l ậ p trình

(Programmed)

• Ít b ị ả nh h ưở ng nhi ễ u (Noise)

• Có nhi ề u m ạ ch s ố đượ c ch ế t ạ o thành chip

chuyên d ụ ng(IC).

7

2009

dce

H ạ n ch ế c ủ a h ệ s ố

• Th ế gi ớ i th ự c ph ầ n l ớ n là tu ầ n t ự

• VD: Nhi ệ t độ , áp su ấ t, v ậ n t ố c, t ố c độ dòng

ch ả y,…

• Các b ướ c x ử lý v ấ n 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)

Trang 5

H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n nhi ệ t độ

Thiết bịđo nhiệt độ

Nhi ệ độ

nhi ệ t độ

Analog Digital

Digital

Analog

• ADC : Analog to Digital Converter

• DAC : Digital to Analog Converter

9

2009

dce

H ệ th ố ng s ố đế m

• H ệ th ố ng s ố đế m (h ệ đế m) quen thu ộ c nh ấ t v ớ i con

ng ườ i là h ệ th ậ p phân ( decimal number system )

• H ệ th ậ p phân s ử d ụ ng 10 ký s ố ( digit ) t ừ 0 đế n 9 và bi ể u

di ễ n giá tr ị s ố d ướ i d ạ ng vi ế t t ắ t c ủ a đ a th ứ c c ơ s ố

( base ) 10

3 7 5 6 = 3 x 103 + 7 x 102 + 5 x 101 + 6 x 100

• Giá tr ị s ố đượ c bi ể u di ễ n không ch ỉ ph ụ thu ộ c vào các

ký s ố mà còn ph ụ thu ộ c vào v ị trí xu ấ t hi ệ n c ủ a các ký

s ố

h ệ s ố đế m theo v ị trí ( positional number system )

Trang 6

H ệ th ố ng s ố đế m

• D ạ ng t ổ ng quát c ủ a m ộ t h ệ s ố c ơ s ố b đượ c

bi ể u di ễ n:

an-1an-2 …a2a1a0.a-1a-2a-3…a-m+1a-m trong đ ó 0 <= a < b

• T ổ ng quát hóa cho h ệ đế m c ơ s ố (base) b

N b = a n-1x bn-1 + a n-2x bn-2 + … + a 0x b0 + a -1x b-1+ … + a-mx b-m

•

11

2009

dce

Example

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

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

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

= (528.4)10

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

= (27)10

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

Trang 7

H ệ nh ị phân

• Ch ỉ có 2 kí s ố : 0 và 1

• M ỗ i ký s ố trong h ệ nh ị phân ( binary number

system ) g ọ i là bit ( binary digit ) v ậ n chuy ể n

m ộ t thông tin t ố i thi ể u,

Td sáng/t ố i, t ắ t/m ở , …

• Msb ( most significant bit ) là bit có tr ọ ng s ố

l ớ n nh ấ t

• Lsb ( least significant bit ) là bit có tr ọ ng s ố

nh ỏ nh ấ t

13

2009

dce

H ệ nh ị phân…

4

2 ) 101

11011

2

* 1

2

* 0

2

* 1

2

*

+

1

2

*

1 −

2

*

0 −

2

* −

+

Trang 8

Bi ể u di ễ n đạ i l ượ ng nh ị phân

• Bóng đ èn (sáng và t ắ t)

• Diode (d ẫ n và không d ẫ n)

• Transistor (t ắ t và bão hoà)

15

2009

dce

• Các h ệ đế m khác đượ c s ử d ụ ng

trong nh ữ ng h ệ th ố ng s ố là

– H ệ bát phân (Octal system): c ơ

s ố 8

– H ệ th ậ p l ụ c phân (Hexadecimal

system): c ơ s ố 16

Các Các h h ệ ệ đế đế m m thông thông d d ụ ng ng

0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 0 1 1

2 0 0 1 0 0 2 2

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

Trang 9

Chuy ể n đổ i gi ữ a các h ệ đế m

Số thập phân (Decimal Number)

Số thập

lục phân

(Hexadecimal

Number)

Số

nhị phân (Binary Number)

Hệ cơ số b

(B bases Number)

Số bát phân (Octal Number)

17

2009

dce

T ừ th ậ p phân sang h ệ c ơ s ố b

N 10 = (a n a n-1 a n-2 …a2a1 a 0 ) b

= a nx bn + a n-1x bn-1 + a n-2 x bn-2 + … + a 0x b0

1 1 3

2 2 1 1

*

*b a b a b a Q a

b

n n n n

−

0

a

2 2

4 2

3 1 2

1 a * b a * b a * b a Q

b

n

n n

n

−

1

a

3 3

5 2

4 1 3

2 a * b a * b a * b a Q

b

n

n n

n

−

2

a

Trang 10

T ừ th ậ p phân chuy ể n qua nh ị phân

• Chuy ể n s ố 41 sang h ệ nh ị phân

20 2

41 = a0 = 1

10 2

20

= a1 = 0

5 2

10

= a2 = 0

2 2

5

= a3 = 1

1 2

2 = a4 = 0

0 2

1

= a5 = 1

19

2009

dce

Các v ấ n đề khác

• Chuyển đổi từ hệth ậ p phânsang hệbát phân

• Chuyển đổi từ hệth ậ p phânsang hệth ậ p l ụ c phân

• Chuyển đổi từ hệnh ị phânsang hệbát phân

• Chuyển đổi từ hệbát phânsang hệnh ị phân

• Chuyển đổi từ hệnh ị phânsang hệth ậ p l ụ c phân

• Chuyển đổi từ hệth ậ p l ụ c phânsang hệnh ị phân

Trang 11

M ộ t s ố v ấ n đề khác

• Chuy ể đổ i gi ữ a các h ệ đế m

– Chuy ể đổ i các h ệ khác sang h ệ th ậ p phân

– Chuy ể đổ i t ừ h th ậ p phân sang các h ệ khác

– Chuy ể đổ i t ừ h bát phân hay th ậ p l ụ c phân sang h ệ nh ị phân

• S ố h c nh ị phân

– C ộ ng nh ị phân

– Tr ừ nh ị phân

– Nhân nh ị phân

– Chia nh ị phân

• Bù 1 (1’s complement) và bù 2 (2’s complement)

– Khái ni ệ m bù 1 và bù 2

– Bi ể u di ễ n các s ố nguyên nh ị phân

– C ộ ng/tr ừ các s ố nguyên nh ị phân

21

2009

dce

Mã & bi ế n đổ i mã

• Thông tin con người traođổi với nhauđược diễn tảqua

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 chữcái từA

đếnZ Đểtạo ra 1 từtrong tiếng Anh, chỉcần ghép các

chữcái trong bảng mẫu tựlại với nhau

• Tiếng Anh có thể được xem như1 bộmã (code) và mỗi

từcủa tiếng Anhđược xem là 1 từmã (code word)

• Mã Morse – sửdụng dấu chấm (.) và dấu (-)

• Hệnhịphân có thể được sửdụng như1 bảng mẫu tự

với 2 chữcái (nói chính xác hơn là con số-digit) 0và1

• Sốlượng bit bdùng trong mỗi từmã phụthuộc vào tổng

sốtừmãNcần diễnđạt N ≤ 2 b

Trang 12

Mã BCD (Binary-Coded Decimal)

• M ặ c dù t ấ t c ả các h ệ th ố ng s ố

đề u ho ạ độ ng v ớ i h ệ nh ị phân

Tuy nhiên vi ệ c hi ể n th ị k ế t qu ả

tính toán d ướ i d ạ ng th ậ p phân là

không th ể tránh kh ỏ i

• Vi ệ c chuy ể n đổ i gi ữ a s ố nh ị phân

và th ậ p phân s ẽ ph ứ c t ạ p và m ấ

th ờ i gian v ớ i nh ữ ng s ố l ớ n.

• b mã BCD

• B ộ mã BCD có t ấ t c ả 10 t ừ mã

0 0 0 0 0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 0 1 1

4 0 1 0 0

5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1

8 1 0 0 0

9 1 0 0 1

• Độ dài m ỗ i t ừ mã là 4 bit

trong s ố 16 t ừ mã, ch ỉ có 10

t ừ mã là h ợ p l ệ (valid)

• Mã có tr ọ ng s ố là 8 4 2 1

23

2009

dce

S ố th ậ p phân

S ố BCD

5 7 3

0101 0111 0011

S ố th ậ p phân

S ố BCD

9 8 4

1001 1000 0100

0 0 0 0 0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 0 1 1

4 0 1 0 0

5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1

8 1 0 0 0

9 1 0 0 1

Trang 13

Cho s ố BCD:

11001011000

0110 0101 1000

6 5 8

Cho s ố BCD:

011111001000

0111 1100 1000

7 E 8

0 0 0 0 0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 0 1 1

4 0 1 0 0

5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1

8 1 0 0 0

9 1 0 0 1

25

2009

dce

M ộ t s ố mã khác

• Mã có tr ọ ng s ố

– 8421 (BCD) • 2421

– 84-2-1 • Excess-3

• Mã vòng (cyclic) là mã mà 2 t ừ

mã k ế ti ế p nhau ch ỉ khác nhau

1 bit

– Mã Gray

• Mã ch ữ s ố (alphanumeric

code)

– Mã ASCII

• Mã 7- đ ạ n (seven-segment

code)

1 bit 2 bit 3 bit 4 bit

0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 0 0 0 1

1 0 1 1 0 0 1 1

1 0 1 0 0 0 1 0

1 1 0 0 1 1 0

1 1 1 0 1 1 1

1 0 1 0 1 0 1

1 0 0 0 1 0 0

1 1 0 0

1 1 0 1

1 1 1 1

1 1 1 0

1 0 1 0

1 0 1 1

1 0 0 1

1 0 0 0

a b c d e

f g

Trang 14

Phát hi ệ n sai – S ử a sai

• Quá trình sinh ra các từmã nhằm biểu diễn thông tin gọi

là quá trình mã hóa (codinghay encoding)

• Các thông tin mã hóađược truyền/nhận thông qua các

kênh truyền (transmission channel), trong quá trình lưu

trữ, truy xuất, v.v…

• Xuất hiện khảnăng tín hiệu bịthayđổi do nhiễu, giao thoa

với các tín hiệu khác, mạchđiện hoạtđộng sai, v.v…

• Đối với tín hiệu số(digital signal), sai xảy ra khi một hay

nhiều bit bịthayđổi giá trị(0thành1hay 1thành0)

• Măc dù xác suấtđểxảy ra saiở 1 bit là rất thấp, nhưng

xác suất này là lớn hơn 0 (xác suấtđể2 hay nhiều bit sai

đồng thời lại càng nhỏhơn !)

27

2009

dce

• Xét mã BCD

0 1 , 0 1 0 1 , 0 0 1 1 , 0 0 0 0

Mã BCD không ph ả i là mã phát hi ệ n sai

• B ộ mã nào khi x ả y ra sai ở m ộ t bit b ấ t k ỳ

trong t ừ mã làm bi ế n đổ i t ừ mã t ừ h ợ p l ệ

thành không h ợ p l ệ thì g ọ i là mã phát hi ệ n

sai

• Bit ch ẵ n l ẻ ( parity bit )

Trang 15

• Ph ầ n 1.6, 1.7, 1.8 và 2.7, 2.8, 2.9, 2.10 trong

sách Digital System c ủ a Ronal Tocci

2009

dce

Bài t ậ p

• T ấ t c ả bài t ậ p trong sách

Th ầ y Nguy ễ n Tr ầ n H ữ u Nguyên

nthnguyen@cse.hcmut.edu.vn

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	279,57 KB