Bài giảng Thiết kế luận lý 1: Chương 1 - Nguyễn Quang Huy

Bài giảng Thiết kế luận lý 1 - Chương 1: Biểu diễn số đếm, mã và biến đổi mã cung cấp cho người học một số kiến thức cơ bản về hệ số và hệ tương tự, số (Digital) và tương tự (Analog), hệ thống điều khiển nhiệt độ, hệ thống số đếm, hệ nhị phân,.... Mời các bạn cùng tham khảo.

Khoa KH & KTMT

Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính

Tài li ệ u tham kh ả o

• “Digital Systems, Principles and Applications”,

11 th Edition, Ronald J Tocci, Neal S Widmer, Gregory L Moss

Gi ớ i thi ệ u

• 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 hi ệ u giao thông Dòng hóa ch ấ t

Nhi ệ t 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 )

S ố (Digital) và t ươ ng t ự (Analog)

©2014, CE Department

• 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)

6

26/02/2014

Digital Analog

• 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

H ệ s ố là h ệ mà ở đ ó các tín hi ệ u thay đổ i theo cách r ờ i

r ạ c ( tín hiệu số ) Các bi ế n đượ c x ử lý trong h ệ s ố đề u ở d ạ ng r ờ i r ạ c các gi ả i thu ậ t x ấ p x ỉ g ầ n đ úng

8

26/02/2014

• 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).

– Chuy ể n đổ i t ừ tín hi ệ u nh ậ p vào t ươ ng t ự

(Analog Input) sang tín hi ệ u s ố (Digital) – X ử lý trên d ữ li ệ u s ố

– Chuy ể n đổ i tín hi ệ u s ố ra tín hi ệ u t ươ ng t ự

(Analog output)

10

26/02/2014

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

Thi ế t b ị đ o nhi ệ t độ

• ADC : Analog to Digital Converter

• DAC : Digital to Analog Converter

Biểu diễn số đếm, mã

và biến đổi mã

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 )

11011 ( = 1 * 2 0 1

2

* 1

2

* 0

2

* 1

2

* 1 +

Các hệ đếm thông dụng Decimal Binary Octal Hexa

Chuy ể n đổ i gi ữ a các h ệ đế m

©2014, CE Department

S ố th ậ p phân (Decimal Number)

Số thập lục phân (Hexadecimal

Number)

Số nhị phân (Binary Number)

H ệ c ơ s ố b (B bases Number)

S ố

bát phân (Octal Number)

20

26/02/2014

T ừ th ậ p phân sang h ệ c ơ s ố b

N 10 = (a n a n-1 a n-2 … a 2 a 1 a 0 ) b

= a n x b n + a n-1 x b n-1 + a n-2 x b n-2 + … + a 0 x b 0

1 1

3 2

2 1

n

n n

4 2

3 1

2 1

n

n n

5 2

4 1

3 2

n

n n

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

©2014, CE Department

• Chuy ể n s ố 41 sang h ệ nh ị phân

20 2

41

= a 0 = 1

10 2

20

= a 1 = 0

5 2

10

= a 2 = 0

2 2

5

= a 3 = 1

1 2

2

= a 4 = 0

0 2

1

= a 5 = 1

22

26/02/2014

Các v ấ n đề khác

• Chuyển đổi từ hệ th ậ p phân sang hệ bát phân

• Chuyển đổi từ hệ th ậ p phân sang hệ th ậ p l ụ c phân

• Chuyển đổi từ hệ nh ị phân sang hệ bát phân

• Chuyển đổi từ hệ bát phân sang hệ nh ị phân

• Chuyển đổi từ hệ nh ị phân sang hệ th ậ p l ụ c phân

• Chuyển đổi từ hệ th ậ p l ụ c phân sang hệ nh ị phân

• S ố h ọ 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

24

26/02/2014

Mã & bi ế n đổ i 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

t ừ mã là h ợ p l ệ ( valid )

• Mã có tr ọ ng s ố là 8 4 2 1

26

26/02/2014

M ộ t s ố mã khác

• Mã có tr ọ ng s ố

– 8421 (BCD) • 2421 – 84-2-1 • Excess-3

– Mã ASCII

• Mã 7- đ o ạ n ( seven-segment code )

1 bit 2 bit 3 bit 4 bit

f g

Phát hi ệ n sai – S ử a sai

©2014, CE Department

• 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 !).

30

26/02/2014

Mã phát hiện sai (Error-Detecting Codes)

• Parity bit

– Bit ph ụ (thêm vào): giá tr ị ph ụ thu ộ c vào s ố bit 1

trong mã truy ề n đ i – Even-parity và odd-parity – Phát hi ệ n sai 1 bit (single-bit error)

©2014, CE Department 32

26/02/2014

T ổ ng k ế t (1)

• Bi ể u di ễ n t ươ ng t ự (analog): đ i ệ n áp, c ườ ng

độ dòng đ i ệ n, d ạ ng bi ể u di ễ n đặ c tr ư ng.

• Bi ể u di ễ n s ố (digital): ký hi ệ u (symbol - digits).

– Thói quen s ố hoá

• H ệ th ố ng s ố : th ậ p phân, nh ị phân, th ậ p l ụ c

phân, bát phân

©2014, CE Department 34

26/02/2014

T ổ ng k ế t (2)

• Bi ể u di ễ n các đạ i l ượ ng nh ị phân

• M ạ ch s ố (digital circuit) / M ạ ch lu ậ n lý (logic

circuit)

• M ạ ch s ố tích h ợ p (digital integrated circuit - IC)

• Truy ề n song song (parallel) và n ố i ti ế p (serial)

• B ộ nh ớ (memory)

©2014, CE Department 36

26/02/2014