kỹ thuật số sử dụng các mạch vi điện tử lôgic mức độ tổng hợp nhỏ và vừa (SSI, MSI)

giúp bạn có thể sử dụng các mạch vi điện tử lôgic mức độ tổng hợp nhỏ và vừa (SSI, MSI) để thiết kế các khối chức năng dùng trong kỹ thuật số

"VIÊN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

NGUYÊN GIA HIỂU

re ToT

S00 )90) (0 12

'HẢ NỘI - 2006

NGUYEN GIA HIỂU

Chị tách nhậm xuất bản

(Cat Vin Thành

“Tác gả: Nguyễn Gia Hiểu

Bin tap kỹ thuật Phạm Thị Hếu

"Trh ty ipzftnpyymtøtfifefifliiiNoa

Ín 1000 cuốn khổ 145 x 205 tạ: Nhà in Khoa học và Công nghệ 'GPXB số: 18-2008/CX8.76-89/TK 7 tháng 6 nam 2006 đo Nhà xuất bản Thông kê cắp ngày nong và lưu chiều tháng 6 năm 2006

Hiện nay cc thd Bj sb va die biệt là máy th ngờy căng được

si đụng rộng rãi để giải quyết v số các vấn đề thua lọc và kÿ

“huật co thời đại chúng ta

CCặc thất bị s và mấy tính là những hệ thồng có đổ tin cấy cau, c3 xây đăng, sử đụng và có hiệu quả cao, Nổ đã mở ra những tả

“ông vỗ cùng o lớn rae thud hiện đại

Các thit bị số và my tỉnh là những hệ thẳng có cấu tao pie

‘ap, nhưng SỐ các phản tử cơ Bộn đ tạo Hành t tương đổ Nghĩa là rong số các vẫn để cấu rác mấy việc tế ẻ các đơ vị chiêm i hot gion Nhung mt loa edi vie haan toàn thác đi

hỏi nhiều thời gian hơn đó là thiết kế logic hệ thống

Thất k lgte hy còn gọi là ỹ Thuật S là công cụ đắc lực giáp

ta thế lệ ti nhà các Hit nh dl Bn se loại động đ ai in hn at

rh

“Người ta chia ede logic thin 2 loa

1 loge tb hap (Conbinsiona) và Hệ log Kế ấp sequal),

"Đặc điềm của hệ lạte tỏ hợp là giả trị lofe ð đâu ra ti một tôi

“êm bắ kì chỉ phụ uộc vào à hợp giả tị loie của cóc đâu vào của bệ tại ti điễm đó

“Ngược lại ở các hệ logfe k nắp giá trị logic ở đầu ra ai một thời

“iệm bái Kỳ không những phụ thuộc vào các giá tị logic tại thời điềm đi mà càn phụ thuộc vào các giả tị đầy vào trước đó

lá là hệ logic lẻ tp có trí nhữ hạ có tính lễ Ihữa các trung Tải vào của hệ tước đó

“Để xây dưng các tắt ị số ngưài tac th dig loge mee yc

“định (ạtc eable) nghĩ là đừng các phản từ gi cơ bản AND, NOT OR, NOR và các phần từ nhứ

'Các bước thiết kế hệ thông số

inva phần tử nhớ) ne bàng va Lai “Tập trình =

co nôn Kỹ uất số

_Nội sung cuỗn sách gầm 8 chương"

Chương Ï à chương 2 tình bày các ơ sở sổ lọc và logic để xô: cheng che loi.

¬ ii Cương 3 và chương 4 tinh by ech xy dng hi logic 1 hap

và các logic RE dp gu ee ing gid ti th irae table) va

ng trang hi “State Table” i tit Ré ttc quae teu ham Boole, út gọn bảng trạng thi và mổ hóa trang ths

Chương Š và chương 6 giới thiệu sẽ đụng các vị Mạch cỡ trưng

vd in (MSI, LSI) tron việc xây dụng các hệ tổ bợp và lế tp

He thing sf dom gin hơm so với các vi mạch cỡ nhỏ (XS) Chương 6 rình bảy thất kể lo cho các hệ hông lớn và phác đạp được sày đhng với MSUEST qua tut ton leu dé ccs Ba

Chương 7 giới thiệu một phương pháp mdi cho vite t90 ede tin liệu đễu khiên cho các hệ thông sỐ dựa tê hy đỗ thớt toàn hương pháp cho phép xôy đựng các hệ thẳng số phíc tạp không hat qua ede bước cực nâu hòm, rú gọn bông trợng di và nã

‘nba tame thái ulated et”

Chao 8 ii tig iy cheng 28 6 cB vie Với logic lap tình hệ thông có nhiễu chúc năng dễ đàng mở rộng phát tiên hệ hông

Ty song rằng cuỗn sách này sẽ đơn tới những thông tt Bồ Ích và thiér hực cho bạn đạc Thợ nhiên do han chi vé thot gian và kì nghiệm, cuẩn sách không thể tránh thỏi những (hiếu sắt nhất định

Tác giả mong nhộn được ý Kiến đồng gốp của bạn đc dễ cuẩn sách được hoàn chỉnh hơn trong lên xi hỏn sau

The gop ý xin gửi về: Trung tam Thing tin Te lif Viện Khoa Inge vo Cing nghệ Vit Name 18 Hoang Oude Việt Cu Gr Hà Nội

Tác giả

1 Biểu diễn thông tin trong may tinh dig tử

1 Mã hóa các thông tin không số

1

1

2 Ma ha efe tin te sb i 3 II.Các neh sb ng ong my th tn tr 5

1 Các hệ hồng số 5

2 Chuyển đôi giữa các hệ cơ số khác nhau, 6

3 Số học nh The 1 THỊ Mô tà các số trọng máy tính s 8 1.MMô tả các số trong máy tính số 82607881018

2 Mã hộa các số có đầu 10 {W Thực hện các phép nh số học ong my tinh 6 10

1 Cộng và trừ trong máy dẫu phẩy cổ định l0 2.COng va tri trong máy dẫu phẩy di động u

3 Nhân tong, máy đầu phẫy cổ định và đi động, ụ

4 Chia rong máy dẫu phẩy cổ định và di động 218

V Bai tip “

“Chương I Cơ sở logïe của máy tính điện từ: “

1 Ác định lý cơ bản của đại số Boole 19

1 Dinh nga minterm (vi maxterm (M") 2B

2 Dạng chỉnh tắc tuyển và dạng chính tắc isos 2A

IV Cue tga him Boole

1 Phương pháp đại s

2 Phuong phép bing Karnaugh

3 Phương pháp Quine- Cluskey

` Mạng logic nhiều đầu ra

1 Vi dy exe tiéu ofc him,

2.Vidy

VI, Bài tập,

Chương IỊI Tổng hợp các hệ logic ổ hợp 4!

1 Dạng tín hiệu và các phân từ logie cơ bân 41

1.Khải niệm chang về mạch và điện ts,

2 M6ts phi logic TTL/ SSI thường sáp

tá

vụ ——

“Chương V Thiết kế các bệ logic đăng MSI, LSL Ì27

1 dn kénh (MUX- Multiplexer) dé tgo cic ham logic 127

2 Sir dung MUX dể tạo các hàm logic isis Va 1-H pin én (DEMUX- Demusiplee) vd iim 133 Decoder

Bộ phn Ken gia Đenohipkesa) ir 18

2 Sir yng DEMUX để thực hiện các hàm logic Bs

Ul, Ding ROM để tiết kể mạch ổ hợp 136

1 Mạch ROM/ PItftnptpuatfiiheTgfioxnm 16 2.Sử dụng ROMUPROM để thự hig eéchim ogi 138

IV Ming lí lập thử: ŒLA- hopwmmabk lgle 141 Am)

3 Ghép nổi ba khối sổ học và logic

Vii Bai tập rer oa

“Chương VIL Tong hop eae hg thong

3 Tạ tínhiệu điền khiển

3 Vid hệ thống sổ thực hiện nhân 2 ỗ nhỉ phân

TL Các đặng cấu trúc của đơn vị điều khiển

1 Mạch điều khiến đơn giả

3 Đơnvj diều khiến phụ thuộc rạng Đại dom x

3 Đơn điều khiến nh thuộc vào lệnh đơ vo,

157

137 tối

x NgưànGn Hé

IV Mô hình máy nh ố

1 Cu trúc và hot động của máy ứnh sổ

2 Đơn vị điều khiển với mắc dây cố định

3 Đơn vị điều khiển bằng vi chương trình

V Bui tp

Chong VIL Xiy dye tng bint 199

1.Mô phông các hệ logïc tổ hợp

1 Các phân tử logic cơ bản se

2 M6 phdng mach: P= ((X¥)}+ V)® W

3.Mô phông mạch AB'C.D'ÈGH +A’BCD'EFG'H’

-4 Mô phông bộ kiểm ưa chấn lề 8 bịt

II.Mö phòng các ÑNjft9rg2gfBfieoffuanmm

1 Từ đồ tị trạng thá“ến lưu đồ và những lệnh mấy 203

3 Mô phông bộ cộng nhị phân nỗi ế, 208

TL Xây đụng hệ thông ố với bộ vỉ x lý 22

1 iy dmg tit doe ip lệ từ bảng từ vio RAM, 212

và phát đi

2 Xây dựng mạnh đều Kiến ‘at gio thong bg oe 217

3 Xây dụng thiết bị truyền ún giữa hai nút oe)

TV Đính giá các hệ thẳng số được xây đựng vớ P 235 1.Ưu nhược đếm củ hệ thôn sỐđược Dực hận với 295

2 Lựa chọn giữa logic mắc dây cổ định và logic lập 236 chương trình

Chương L

CƠ SỞ SỐ HỌC CUA MAY TÍNH ĐIỆN TU

Mây tính điện từ xử lý thông tín số và chữ, Muễn vậy phải bit: + Cáchbiễu diễn thong tin

+ _ Cách thục hiện các phếp tính

1 Biểu điễn thông tin trong máy tính điện tử

Các thiết bị số, m

được biểu diễn HIỔ

mã

Đổi với thông tin chữ - số ta dùng mã ký tự để biểu diễn các chữ số "0, )”, các ký hiệu phép toán “+”, *c", ** %,*” và sắc bộ chữ abet)

"Để tiễn hanh cde phép tinh sb hg tong máy nh ta dùng mã số như mã nhị phân, mã nh thập phân, mã cơ số 8, mã cơ số l6,

Lin, đó là các dữ liệu

Py higu mata go là

1L Mã hóa các thông tin không số

Hai loi mã phổ cập nhất là ASCH và EBCDIC

a Ma Asc

(American Standard Code for information Inerchage) ding 7 bit

để mã hóa thông tin, còn bit thi 8 la bit kim ta cn

Nan ie 00 1E: ún hiệu điều khiển truyền in, máy Ín, mản hình 30 39: 9 chữ số (0 9)

Sơ [m8 [Me |x [se le fu |e fe

oo ace fom fee vote ody

on fea_ [ere 7 [eum fond

100.|88,|CAN, |4, Bod He Le dm obs

‘oor ns few fy suf epi fy

sen : Toslza foals

Device cane Devoe canta End of Tanai Block noe!

sae Dette ishereiemm (Extended Binary Coded Decimal Inerchange Code) ding cé 8 bit

‘dé ma hoa thông tin Nó được sử dụng rong các máy tính lớn TBM và Burroughs

(Ma BAUDOT: đùng Š bit để mã hóa thông tin Nó được dùng trong bưu điện và một số loại teletype

Norinco te

Cie ố thập phân được biểu diễn dưới dạng mã nhị phân Trong trường hợp khổi lượng số iệu lớn và số phép tính phải thực hiện

i, thye hiện phép tỉnh ngay trên mã nhị thập phân, cần phải hiệu

chỉnh kết quả khi nổ lớn hơn 9

Một vải BCD Code 4 bít như sau:

"Một dạng mã đặc biệt được áp dụng trong các hệ truyền động,

đo tốc độ quay ở các hệ thống đo lường

ic trưng của nó là các đại lượng kế tiếp nhau chỉ si khác nhau bí, do đó độ tin cậy của hệ thông đo lường cao

Cheng Cob athoe eam Hà định s

TH: Cát hệ thống số đăng trùng máy tính điện từ

He co sé

ta) = (0,1,2,3,4, 5,6,7) 53,13 6" +5 #8143 ® SP 198) + 2982 =421,1875g

He ca sé 16:

fadhio= (0, 1,2.3,4,5,6,7.9,4, B.CD.E,F)

3A7,Cusy= 38168 + 10°16 + 79168 + 12°16" = 938,750)

6 Nevin ciate -3 Chuyẩn đỗi giữ các hệ cơ số Khác nhau:

Xà số nguện

“Chia liên tiếp N và thương nhận được cho cơ số B (biểu diễn theo hệ đếm A) cho đến khi thương số < B, Các số đư cho t đấy

`Nhân liên tếp N và ác phần phân của ích nhận được sau nỗi

hp nhân với eơ B (hẫu đến 8o hề đến A) Các nâu

"hguyên nhận được su mỗi phép nhân cho ta đây số biểu đến số phân N theo hệ cơ số B

~ _ Các phép tính cộng, tr, nhân, chia trong hệ thống nhị phân

%, Ưu điểm của hệ nhị phôn

“Tính toán nhanh vì 0 ~> 1 và Ì =x 0 xây ra nhanh

“Thiết bị có độ tin cậy cao vì chỉ có 2 trạng thái (1 hoặc 0)

TIL.Mô tả các s trong máy tnh số

1 Mồ tả các sổ trong máy đầu phẩy cổ định và dẫu phẩy di động got việc tạo các số rong các hệ hồng ta cằn Xét

+ Dẫu của ác số được mô tả như th nào

+ Vitel cia cfc du phy thập phân hay nhị phân đạt ở đâu.

` 9

la Mư là đắc

Du cĩ thể được th hiện như sau:

+» Dyật-t=I CCịn vị tí đẫu phẩy a phải gi quyết bằng hai cách: cổ định hoặc đi động

6 Mộ tá dấu phẩy cổ định:

Dầu phẩy sẽ phân chia chuỗi chữ số thành phần nguyên và phần

phân số, Ví dụ viết vào ngăn nhớ 2 số nhị phần

+1010,1101 va -1011,1010 lifpftystruetfbfteroÏt em - Nội chúng dẫu phẩy đạt ngay sau ð dẫu nghĩa là số được gÌ

~_ Đối với số âm thị

A O,11001 = (A= 1.11001 (du <= 1)

(manger) > (A3 = 100110 (bài)

(ma bi) (Ay = 1,00111 (ba 1 sau đô thêm 1 vào ô cuối cũng)

—" ‘ooteot cer

Ong obs de my ci " + _ Kết quả sẽ cổ ng theo mã thuận nếu tổng đó là dương và theo mã ngược hay bù nêu tông đổ là âm

+ hi ding mã ngược th nÊ cô 1 đơn vị nhớ sang cột dẫu bì

phải cộng đơn vị đó vào cột số bé nhất của tổng Trong trường

fap ma bith bd qua

2 Cong và trừ trong máy dấu phẩy đi động

~- Trước hết cần làm bằng nhau các phần đặc tính Phần đặc ính nhỏ hơn được làm lớn lên bằng cách dịch phần định tr củ số

đồ về bên phải tương ứng

+ _ Sau đố đặc tính của tổng bằng đặc tính chung Còn phẳn định tị ến hành cộng lại hư ở dẫu phẫy cổ định,

+ _ Cuối cùng chuẩn hóa kết quả

_— —

9.10100" 10 TN Tớ fo [ar y=0.10110° 10"

3 Nhan: Trong phép nhân ta dùng mã thuận

«a Nh rong máy dâu phẩy cổ định

« _ Xác định đẫu của tích bằng cách cộng modul 2 của 2 dấu,

« _ Xác định trị số của tích bao gằm các phép tính cộng và dịch phải

2 Nee Gods Bit 6 nbn = 0 thi chi dich phi

Bịt số nhân = 1 thi cng va dich

%, Nhân tong máy dâu phủy di động:

+ _ Xắc định dẫu như rên

hong! Cơ le dam Tà te B

4 Chia: Bé the hin phép chia ta cing dàng mã thuận

(Chia trong miy du phy eb dink

+ _ Xác định dẫu của thương bằng phép cộng modulo 2 cia 2.0 đấu

~ _ Xác định ị số của thương bao gôm các php tính r và dich

6 Cha trong máy đấu phẩy đi động

XXác định dẫu của (hương,

+ Xác định phần đặc tính của thương bằng phép trữ

“ Nee ciate + Chia phin dni tri

+ Chudin tie kt qua

Vid

X=0/1111.1028 'Y ~0,1100.,107 X/¥=1,0100 10" =0,1010 10°"

Chon Costs so my rà đen "

phép nh su rong hệ cơ 36 16: J4AF qu, thực hiện các

257265625 £.0,1 Biểu diễn các số trên trong dạng dầu phẩy động có dạng:

a

(G6 đlu phẫy ph tị-M)

Cnet Cob the tomy oh in m 1Á Cho các số dấu c6 dạng như trên được thể hi

1 82480000 4 8500000 b.7FC80000 e TIFE0000

“Chương II

CƠ SỞ LOGIC CỦA MAY TÍNH ĐIỆN TỪ

Đại số Boole à công cụ toắn học quan trọng trong thiết kế máy

tính điện tứ, Trong đại số Boole, các biển số lấy giátrị nhị phân

à thực hiện các phép tính logic AND, OR, NOT

3, Luật phối hợp

A+(Œ€)=(A +B)(A +©) A(B+C)=(0.8)*(A©)

4, Tên tại các hằng 0, 1 sao cho

h nhị nguyên, nghĩa là đổi n phép,

"0" va “1” ta ẽ được phần hai của

đường Co lợp ch mg kháng 2

TH Hàm Boele và bảng giá trị thật

1 Hàm Boole

Tầm Boole f của các biển số A, B được kí hiệu £(A, B) trong đó

‘A và B lấy các giá tr nhị phân

"Nếu fị và là các hàm Boole thi ff fi + fy i eng Ha cfc him Boole

“Các tính chất của đại số Boole có thể được dùng để ching mình sự tương đương của các hàm Boole

Him yụ = f(Gi, X, xu) sẽ có 2° tổ hợp tín hiệu vào; nếu ý, được xác định với mọi tô hợp tín hiệu vào ta bảo đó là hàm

APD, không dược xác định ta bão đố là bảm Boole không được xác định hoàn toàn

2, Bang gid ti that (Truth table)

“Ta ing o6 thé cho him Boole dui dang bing

đứng với những tổ hợp giá tị khác nhau của các biên

Một danh sách đầy đủ các gi tị của hằm Boole gọi là bảng

gi tị thật is bảm,

Hai hàm Boole tương đương với nhau nấu chúng có cùng bảng giáị thật như nha

Từ một hàm Boole ta viếtra được bảng gia +8

trị thật của nó, Ngược lạ tr bing gid wi“

thật ta có th viết ra hàm Boole của nó

Cho him Boole 2 biển f(A,B) = AB+AB

ta sẽ có bảng giá trị thật như hình bên

Từ đậy, f=(A +B)(Ä +Ê)

.Hầm này cũng trồng với hàm trên vì công từ một bằng:

“Từ quan điểm sử đạng ta dùng một trong bốn công thức, cái

“ảo cho mạch điện đơn giản

TIL Dang chink tic eda him Boole

'Ngoài bằng giá tỉ thật, ta cô thế dùng dạng chính tắc của hàm TBoole để kiêm tra các hàm Boole tương đương với nhau

Dạng chính tc của hàm Boolelà dang dy dete bi ob cia hàm trong các nhân tổ tích (ích logic) hoặc các nhân tổ tổng (tông logi©)

Ong Costner ah dia 2

1 Định nghĩa minterm (mỊƒ) và masterm (1) vi : chỉ số:

số biến số

‘minterm (nhân tổ tích: m7) là tich logie của n biến số tong tích nay các biển số chỉ đồng vai trò một lần hoặc đúng hoặc s

.masderm (nhỏn tổ lỗng MẸ) là tổng logic của n biển sổ trong tổng này các biến số chỉ đông vai trò một lần hoặc đúng hoặc

24 Nain

2 Dang chink tic tuyén va deng chink the hpi

4 Dong chinh tic tn cia him logic

1A ông của các tích dạng minem F, = Š am?

‘Vi œự là giá trị số đặc tính phụ thuộc mối quan hệ hàni bằng

ony!

= 00 =O nén inter ương 6n với nó được bồ đi

.Vĩdụ: Viết dạng chính tắc tuyển của hàm 3 biến số

FÍA.B,C)=qymŠ saml caymộ + tam)

‘V6i ụ là giá tị số đặc trưng của hàm bằng 0 hoặc Ì

Khi j, = Ì vì 1 + A = 1 nên maxtemn tương ứng với nó được bedi

Vid

RABiGiŸ 3A0 -IÄ234)

Cneng Cos epe cn maya Sta 25

F ABC + ABC+ ABC + ABC

F=(A+B+T\A+B+CKAsB 4 CXA+B+0)

“Ta có thể nhận các dạng chính tắc của các hàm Boole bing cách áp dụng các định lý Boole

“Từ hàm Boole biểu diễn dưới dạng tổng của các tích hay tích

“của các tổng nên hàm Boole có thé được thực hiện bing mach điện 2 mức với các phần từ AND, OR, NOT hoặc NAND hoặc NOR,

\B+C + Ð( theo BL hip thu)

Phương pháp đại số đòi hỏi sự vận dụng khéo léo và không thuận lợi khi hầm có nhiều biển,

+ Him n biển sẽ có 2t ô vuông, mỗi 6 ly giá tr 1, 0,4 (don’t

are) tùy theogrppilệthŸftœrfbfneffeiimn

~_ Cách sắp xếp các phần từ tên bằng sao cho 2 lân cận chỉ Khác nhau Í biển ỗ để áp dụng được các định lý:

y Vidu: Cée bang 2,3, 4 bién

8Ó lo ch

xo [ow

2 1000) [xeon |aom [ nor

f te [te [to [erro

Biểu diễn him tren bing Kamaugh

Tạo nhóm ô vuông chứa 1" và “đ" kể nhau thành khối vuông hạy chữ nhật chứa 2” vuông

chọn

“SỐ lượng nhóm sao cho ít nhất và lớn nhất

“ông các ích tương đương với các nhôm đã chọn chính là dang t5 thi cs him Boole đã cho

Vid: Cvs tu him F(A,B,C) = 3°(056.7)

Cag Có ag meh ”

c3 Phương pháp Quine - Cluskey

Dựa trên cơ sở Xy + Xỹ =X

3.1 Định nghĩa Implicant vas Prim Impicana

~- Impieant của bảm fà một nhân tích bao phủ nhất một điểm *I” của hàm f và không bao phủ điễm *0”

+ Prim Implant à một inpliean có tồn tại điểm *1” mà các Implieant khác hông bao phủ nó,

+ Dạng cực tiêu của hàm f phải nằm trong số các Prim Tnplleant của hàm

32 Cực tiểu hàm với dạng tông của các tích

ister dạng chính ắc

“Xác định các Pảm implieans của bảm đã cho bằng áp dụng

Xy+Xy=X

+ Chon trong số các Prim implicants 6 dang cys tidy eda hm

bg bang Prim Implicants

Vidk Cục tiêu hàm F = Ÿ)(02/6281012141541)

“Xác định các Prim implicants

DE áp dụng Äy+Xy=X một cách thuận lợi, ta nhóm các

"minterm theo số các số 1, viết nó kế tiếp nhau trong 1 cột Trong, mỗi nhóm sắp sắp theo thứ tự tăng dẫn, nhôm nọ cích nhóm kia

"bằng đường ngang

_Chỉ 2 nhóm kế tiếp nhau mới có khả năng kết nối với nhau, nghĩa là các nhân tổ tích chỉ khác nhau 1 biến số hay hiệu 2 chữ