Microsoft PowerPoint - Thiết kế luận lý .chương 1:

Chia sẻ: Nguyen Thi Ngoc Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

121
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 Nhiệt độ Động cơ xe hơi Kiểm tra thời gian

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Microsoft PowerPoint - Thiết kế luận lý .chương 1:

Khoa CNTT Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính Phaïm Töôøng Haûi Ñoaøn Minh Vöõng Phan Ñình Theá Duy
Tài liệu tham khảo “Digital Logic Design Principles”, N. Balabanian & B. Carlson – John Wiley & Sons Inc., 2004 “Digital Design”, 3rd Edition, J.F. Wakerly, Prentice Hall, 2001 “Digital Systems”, 5th Edition, R.J. Tocci, Prentice Hall, 1991 Logic Design 1
Chương 1. Logic Design 1 - Chapter 1 3
Hệ số và hệ tương tự 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 • Các hệ thống điều khiển • Thiết bị điện tử âm thanh, video quá trình • Máy y tế Tín hiệu giao thông • Mạng điện thoại Dòng hóa chất • Hệ điều khiển không lưu, xử lý Nhiệt độ tín hiệu radar Động cơ xe hơi • Dụng cụ điện tử: dao động ký Kiểm tra thời gian (oscilloscope) số, máy phân tích • Máy phân phối, kiểm soát luận lý (logic analyzer) Logic Design 1 - Chapter 1 4
Hệ số và hệ tương tự … Trong khoa học và kỹ thuật những quá trình định lượng trong tự nhiên (áp suất, vận tốc, điện áp, …) 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), TD. 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) Logic Design 1 - Chapter 1 5
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 rạt các giải thuật xấp xỉ gần đúng Logic Design 1 - Chapter 1 6
Hardware – Software – Firmware Hardware (phần cứng) ám chỉ các đối tượng vật lý, linh kiện, mạch và các cụm lắp ráp được kết nối lại với nhau về mặt vật lý và về mặt điện hình thành nên các hệ thống số lớn/nhỏ Software (phần mềm) bao hàm các chỉ thị định ra những công việc mà phần cứng phải thực hiện Phần mềm được xếp thành 2 nhóm chính • Hệ điều hành (operating system) đảm nhiệm việc thực hiện các chức năng cơ bản trong hoạt động của một hệ thống phần cứng • Phần mềm ứng dụng (application program) thực hiện các công việc mang tính đặc thù Firmware (hay còn gọi là hard-wire) là phần mềm được gắn liền một cách thường trực với phần cứng ngay từ trong quá trình sản xuất phần cứng Logic Design 1 - Chapter 1 7
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 MSD LSD 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) Tổng quát hóa cho hệ đếm cơ số (base) b Nb = an-1 x bn-1 + an-2 x bn-2 + … + a0 x b0 + a-1 x b-1 + … + a-m x b-m Các hệ thống số sử dụng hệ đếm cơ số 2 (hệ nhị phân) Logic Design 1 - Chapter 1 8
Hệ nhị phân và các hệ đếm khác Mỗi ký số trong hệ nhị phân Các hệ đếm thông dụng (binary number system) gọi là Decimal Binary Octal Hexa bit (binary digit) vận chuyển một 0 0000 00 0 thông tin tối thiểu, 1 0001 01 1 Td. sáng/tối, tắt/mở, … 2 0010 02 2 3 0011 03 3 Msb (most significant bit) là bit 4 0100 04 4 có trọng số lớn nhất 5 0101 05 5 Lsb (least significant bit) là bit 6 0110 06 6 có trọng số nhỏ nhất 7 0111 07 7 Các hệ đếm khác được sử dụng 8 1000 10 8 9 1001 11 9 trong những hệ thống số là 10 1010 12 A • Hệ bát phân (Octal system): cơ 11 1011 13 B số 8 12 1100 14 C • Hệ thập lục phân (Hexadecimal 13 1101 15 D system): cơ số 16 14 1110 16 E 15 1111 17 F Logic Design 1 - Chapter 1 9
Một số vấn đề khác Chuyển đổi giữa các hệ đếm • Chuyển đổi các hệ khác sang hệ thập phân • Chuyển đổi từ hệ thập phân sang các hệ khác • Chuyển đổi từ hệ bát phân hay thập lục phân sang hệ nhị phân Số học nhị phân • Cộng nhị phân • Trừ nhị phân • Nhân nhị phân • Chia nhị phân Bù 1 (1’s complement) và bù 2 (2’s complement) • Khái niệm bù 1 và bù 2 • Biểu diễn các số nguyên nhị phân • Cộng/trừ các số nguyên nhị phân Logic Design 1 - Chapter 1 10
Mã & biến đổi 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) 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 ≤ 2b Logic Design 1 - Chapter 1 11
Mã BCD (Binary-Coded Decimal) Mặc dù tất cả các hệ thống số Decimal BCD đều hoạt động với hệ nhị phân. 0 0000 Tuy nhiên việc hiển thị kết quả 1 0001 tính toán dưới dạng thập phân là 2 0010 không thể tránh khỏi 3 0011 Người ta nhận thấy rằng giá trị 4 0100 thập phân về thực chất là chuỗi 5 0101 của 10 ký số thập phân 6 0110 7 0111 Nếu xây dựng các từ mã cho 8 1000 từng ký số thập phân thì có thể 9 1001 biểu diễn giá trị thập phân dưới dạng chuỗi các từ mã trên Độ dài mỗi từ mã là 4 bit bộ mã BCD trong số 16 từ mã, chỉ có 10 Bộ mã BCD có tất cả 10 từ mã từ mã là hợp lệ (valid) Mã có trọng số là 8 4 2 1 Logic Design 1 - Chapter 1 12
Một số mã khác Mã có trọng số 1 bit 2 bit 3 bit 4 bit • 8421 (BCD) • 2421 0 00 000 0000 • 84-2-1 • Excess-3 1 01 001 0001 11 011 0011 Mã vòng (cyclic) là mã mà 2 từ 10 010 0010 mã kế tiếp nhau chỉ khác nhau 110 0110 1 bit 111 0111 • Mã Gray 101 0101 Mã chữ số (alphanumeric 100 0100 code) 1100 • Mã ASCII 1101 Mã 7-đoạn (seven-segment 1111 code) a 1110 1010 f g b 1011 e d c 1001 1000 Logic Design 1 - Chapter 1 13
Phát hiện sai – Sửa sai 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 !). Logic Design 1 - Chapter 1 14
Mã phát hiện sai (Error-Detecting Codes) Xét mã BCD • Truyền đi từ mã 0 0 0 1, giả sử xảy ra sai ở 1 bit. Thông tin nhận được sẽ là 1 trong các từ mã 1 0 0 1, 0 1 0 1, 0 0 1 1, 0 0 0 0 • Phía thu không có khả năng phát hiện sai Mã BCD không phải là mã phát hiện sai Bộ mã nào khi xảy ra sai ở một bit bất kỳ trong từ mã làm biến đổi từ mã từ hợp lệ thành không hợp lệ thì gọi là mã phát hiện sai Bit chẵn lẻ (parity bit) Khoảng cách (distance) giữa 2 từ mã được định nghĩa là số bit khác biệt giữa 2 từ mã trên • Khoảng cách tối thiểu (minimum distance) của 1 bộ mã • Bộ mã có khoảng cách tối thiểu càng lớn (m) thì khả năng phát hiện sai càng cao (m-1) Logic Design 1 - Chapter 1 15
Mã sửa sai (Error-Correcting Codes) Bộ mã có khả năng phục hồi từ mã đúng (hợp lệ) từ một từ mã sai (không hợp lệ) được gọi là mã sửa sai Message Từ Mã Xét bộ mã ở hình vẽ bên gồm M1 11111 4 từ mã M2 00100 Bộ mã có khoảng cách tối M3 11000 thiểu là 3 M4 00011 Khi phát đi từ mã M4 , giả sử xảy ra sai 1 bit, các từ mã nhận được có thể là: 1 0 0 1 1 , 0 1 0 1 1, 0 0 1 1 1 , 0 0 0 0 1 hay 0 0 0 1 0 Mã Hamming Đây là mã phát hiện sai 2 bit và là mã sửa sai 1 bit Logic Design 1 - Chapter 1 16
Bài tập Problem 1.3 Problem 1.4 Problem 1.6 Problem 1.8 Problem 1.12 Problem 1.15 Thầy Phan Đình Thế Duy duypdt@cse.hcmut.edu.vn Logic Design 1 - Chapter 1 17