Bài giảng môn Cấu trúc máy tính - Số nhị phân, mức logic

BÀI GIẢNG MÔN CẤU TRÚC MÁY TÍNH SỐ NHỊ PHÂN, MỨC LOGIC Hệ thống số thường dùng là hệ thập phân dùng 10 kí số:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Hệ nhị phân chỉ sử dụng 2 kí số là 0 và 1 Trong hệ thống số, logic 1 còn được gọi là HIGH (mức cao) và logic 0 được gọi là LOW (mức thấp) TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ Tín hiệu tương tự chứa đựng dữ liệu mang tính liên tục TÍN HIỆU SỐ Tín hiệu số là tập hợp các giá trị rời rạc. Các giá trị này là giá trị của tín hiệu tương tự tại các thời điểm lấy mẫu khác nhau. VÍ DỤ Một hệ thống sử dụng tín hiệu tương tự (analog) VÍ DỤ Một hệ thống sử dụng tín hiệu số (digital) 0.00 mV 500.00 250.00 750.00 125 375 625 875 250 0 500 750 1000 Analog signal Digital signal TÍN HIỆU SỐ Binary digit: Trong 1 hệ nhị phân, một kí số 1 hay 0 gọi là một bit Trong mạch số, hai mức điện áp khác nhau được dùng để biểu diễn hai bit 1 và 0 Thông thường, điện áp cao biểu diễn bit 1, và điện áp thấp biểu diễn bit 0. Hệ thống như vậy gọi là positive logic (mức dương) Tập hợp các bit được gọi là mã (code), biễu diễn số, kí tự, mã lệnh… MỨC LOGIC Là các thông số điện áp thay đổi tùy theo cấu trúc vi mạch được sử dụng VD: nếu vi mạch được chế tạo theo công nghệ CMOS, mức điện áp LOW trong khoảng từ 0V đến 0.8V, mức HIGH trong khoảng từ 2V đến 3.3V. DIGITAL WAVEFORM(Dạng sóng tín hiệu) Dạng xung lí tưởng Dạng xung thực tế DIGITAL WAVEFORM Chu kỳ sóng CÁC VI MẠCH SỐ CÁC VI MẠCH SỐ CÁC VI MẠCH SỐ  OSCILLOSCOPE (Máy hiện sóng) OSCILLOSCOPE OSCILLOSCOPE LOGIC ANALYZER(Bộ phân tích logic) LOGIC ANALYZER LOGIC ANALYZER SIGNAL GENERATOR(Bộ tạo tín hiệu) POWER SUPPLY(Nguồn cấp điện - Bộ nguồn) MULTI METTER(Bộ chia chuyển tín hiệu đa chức năng) MẠCH SỐ Là mạch điện tử họat động ở hai mức điện áp cao và thấp, còn gọi là mạch 2 trạng thái. (1) trạng thái cao (0) trạng thái thấp MẠCH TÍCH HỢP Nối các linh kiện với nhau thông qua 1 bảng mạch, trên bảng mạch khắc các đường dẫn tín hiệu để nối các linh kiện này. Với sự phát triển của công nghệ điện tử, các mạch thu nhỏ lại gọi là mạch tích hợp (IC – Integrated Circuit) CHIP Chip là thể hiện cụ thể 1 mạch tích hợp. Chip được đóng gói trong 1 vỏ bọc bằng gốm hoặc chất dẻo. Các chân (pin) thông ra bên ngòai Chip nhỏ: Từ 14 pin đến 100 pin Chip lớn: Từ 100 pin trở lên CÁCH ĐÓNG GÓI CHIP Có 3 dạng đóng gói Chip. 1. DIP (Dual Inline Package) là Chip có hai hàng pin ló ra 2 cạnh chip. số pin lọai này không quá 80.  2. PGA (Pin Grid Array) có các pin xoay quanh tâm vuông ở đáy chip.  3. PQFP (Plastic Quad Flat Pack) có các pin phủ ở 4 cạnh. Số pin của PGA và PQFP có thể lớn hơn 100 MỨC TÍCH HỢP Khi công nghệ IC phát triển. Số cổng trong một Chip ngày càng nhiều. Sự khác biệt giữa các chip có ít cổng và chíp có hàng trăm hoặc hàng ngàn cổng thường căn cứ vào mức độ tích hợp của thiết bị mạch. MỨC TÍCH HỢP (tt) Thiết bị tích hợp nhỏ. (SSI- Small Scale Integration) gồm 1 vài cổng trong 1 chip. Các ngõ nhập/xuất nối trực tiếp với các pin trong chip. Số cổng thường nhỏ hơn 10 Thiết bị tích hợp trung. (MSI – Midium Scale Integration) có từ 10 đến 200 cổng trong 1 chip. Thực hiện một số chức năng sơ đẳng: mạch giải mã, mạch cộng và thanh ghi MỨC TÍCH HỢP (tt) Thiết bị tích hợp lớn. (LSI- Large Scale Integration) có từ 200 đến vài ngàn cổng trong 1 chip. Thường là mạch xử lý chip nhớ. Thiết bị tích hợp rất lớn. (VLSI – Very Large Scale Integration) có vài ngàn cổng trong 1 chip. Thường là dãy mạch nhớ lớn và các chip phức tạp trong máy tính HỌ LUẬN LÝ SỐ Các mạch tích hợp số được phân lọai không những từ tác vụ luận lý của mà còn từ công nghệ mạch mà chúng tạo thành. Công nghệ mạch còn gọi là họ luận lý số. Mỗi họ luận lý có mạch điện tử cơ bản riêng từ đó tạo ra các mạch số phức tạp hơn. Mạch cơ bản của mỗi công nghệ gồm cổng NAND, NOR hoặc NOT (cổng đảo) Có nhiều họ luận lý mạch tích hợp, thông dụng nhất là: TTL, ECL, MOS, CMOS. TTL (Transistor-Transistor-Logic) là họ luận lý được dùng phổ biến. Và được xem như là một chuẩn. Có nhiều dạng TTL như: High-Speed-TTL; Low-Power TTL; Schottky TTL; Low – Schottky TTL… Điện áp cung cấp cho mạch TTL là 5volt và hai mức luận lý xấp xỉ 0 và 3.5volt HỌ LUẬN LÝ SỐ HỌ LUẬN LÝ SỐ (tt) ECL (Emitter-Couple Logic) là họ thuận tiện trong các hệ thống cần hoạt động ở tốc độ cao. Các transistor trong cổng ECL hoạt động ở trạng thái không bảo hòa là điều kiện cho phép đạt được các trì hoãn truyền từ 1 đến 2 nano giây. HỌ LUẬN LÝ SỐ (tt) MOS (Metal-Oxide Semiconductor) thích hợp cho các mạch cần mật độ thành phần cao, MOS là transistor đơn cực khác với transistor lưỡng cực dùng trong cổng TTL và ECL. p-chanel MOS gọi là PMOS và n-chanel MOS gọi là NMOS. CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) thích hợp cho hệ thống cần tiết kiệm điện. Công nghệ CMOS dùng cả PMOS và NMOS.