Bài giảng môn Cấu trúc máy tính - Thanh ghi bộ nhớ

THANH GHIBỘ NHỚ THANH GHI Thanh ghi là nhóm mạch lật, mỗi mạch lật lưu một bit dữ liệu. Ngoài mạch lật, thanh ghi còn có thể có các cổng tổ hợp để thực hiện một số tác vụ xử lý dữ liệu nào đó. Định nghĩa tổng quát: Thanh ghi gồm một nhóm các mạch lật và các cổng tác động đến chuyển tiếp của nó. THANH GHI (tt) Các mạch lật lưu thông tin nhị phân và các cổng điều khiển khi nào và cách thức chuyển thông tin mới vào thanh ghi. Thanh ghi đơn giản nhất là loại chỉ có mạch lật và không có cổng ngoài. Ngõ nhập đồng hồ chung, khởi động cả 4 mạch lật ở cạnh lên của mỗi xung và dữ liệu tại 4 ngõ vào được chuyển vào thanh ghi. THANH GHI (tt) Khi ngõ nhập xóa (clear input) = 0, cả 4 mạch lật được khởi động cùng lúc (đồng bộ). Ngõ nhập này phải giữ mức 1 khi mạch hoạt động bình thường và độc lập với đồng hồ. Chuyển thông tin mới vào thanh ghi gọi là nạp THANH GHI NẠP SONG SONG Khi các bit của thanh ghi được nạp đồng thời với một chuyển tiếp xung đồng hồ, ta nói việc nạp được thực hiện song song. Hầu hết các hệ thống số có một mạch tạo đồng hồ chính cung cấp liên tục dãy xung đồng hồ. Các xung đồng hồ được áp vào tất cả các mạch lật và thanh ghi trong hệ thống. Phải có một tín hiệu điều khiển riêng để xác định xung đồng hồ nào tác động đến thanh ghi nào. THANH GHI NẠP SONG SONG Là thanh ghi 4bit có một ngõ nhập điều khiển nạp hướng trực tiếp vào các cổng và vào các ngõ nhập D. Các ngõ nhập nhận xung đồng hồ từ mọi lúc. Cổng đệm ở ngõ nhập đồng hồ làm giảm bớt xung lượng cần thiết từ mạch tạo đồng hồ vì nối với 4 ngõ vào sẽ tốn hơn nối với 1. THANH GHI NẠP SONG SONG (tt) Ngõ nhập nạp xác định hành động tại mỗi xung đồng hồ. Khi là 1, dữ liệu tại 4 ngõ nhập được chuyển vào thanh ghi với chuyển tiếp dương kế của xung đồng hồ. Khi là 0, dữ liệu nhập bị cấm và các ngõ vào D nối với ngõ xuất. Kết nối phản hồi nối xuất với nhập là cần thiết vì mạch lật D không có điều kiện “không đổi”. Tại mỗi xung, ngõ nhập D xác định trạng thái của ngõ xuất. Để ngõ ra không đổi, phải cho ngõ vào bằng trị hiện hành ngõ ra. THANH GHI DỊCH Thanh ghi có khả năng dịch thông tin nhị phân theo một hoặc cả hai hướng được gọi là thanh ghi dịch. Thanh ghi dịch gồm một dãy các mạch lật nối với nhau, ngõ ra mạch lật này là ngõ vào mạch lật kia. Các mạch lật nhận chung xuân đồng hồ để khởi động thao tác dịch từ trạng thái này qua trạng thái kế. THANH GHI DỊCH 2 CHIỀU NẠP SONG SONG Thanh ghi dịch chỉ theo một hướng gọi là thanh ghi dịch một chiều. Thanh ghi dịch theo cả hai hướng gọi là thanh ghi dịch hai chiều. Thanh ghi có các khả năng: - Một ngõ nhập cho các xung đồng hồ để đồng bộ các tác vụ. - Một tác vụ dịch – phải và một đường nhập dãy liên kết với dịch phải. - Một tác vụ dịch – trái và một đường nhập dãy liên kết với dịch trái. THANH GHI DỊCH 2 CHIỀU NẠP SONG SONG Một tác vụ nạp song song và n đường nhập liên kết với chuyển tiếp song song. n đường ra song song. Một trạng thái điều khiển giữ thông tin trong thanh ghi không đổi bất chấp các xung đồng hồ áp vào liên tục. MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN Thanh ghi đi qua một dãy trạng thái định trước theo các xung nhập gọi là mạch đếm. Xung nhập có thể là xung đồng hồ hoặc có thể từ nguồn bên ngoài. Chúng có thể xuất hiện đều đặn hoặc bất kỳ. Mạch đếm được dùng trong hầu hết các thiết bị họ luận lý số. Chúng được dùng để đếm số lần xuất hiện các biến cố và tạo các tín hiệu định thời để điều khiển các tác vụ trong máy tính số. Trường hợp số đếm nhị phân là đơn giản nhất và mạch đếm này được gọi là mạch đềm nhị phân. MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN (tt) Mạch đếm nhị phân n-bit là thanh ghi n mạch lật cùng với các cổng theo một dãy trạng thái tương ứng với số đếm nhị phân n-bit từ 0 đến 2n – 1. Thiết kế mạch đếm nhị phân có thể thực hiện theo quy trình thiết kế mạch tuần tự. Một phương pháp khác là xem xét dãy trạng thái mà thanh ghi phải đi qua để nhận được số đếm nhị phân. MẠCH ĐẾM NHỊ PHÂN NẠP SONG SONG Là mạch đếm dùng trong các hệ thống số thường cần có khả năng chuyển một số nhị phân đến trước tác vụ đếm BỘ NHỚ Là tập các ô nhớ cùng với mạch giúp chuyển dữ liệu vào ra các ô nhớ. Bộ nhớ lưu thông tin nhị phân trong nhóm bit gọi là từ và là một đơn vị di chuyyển vào ra bộ nhớ. Từ có thể biểu diễn một số, mã lệnh, một hoặc nhiều ký tự hoặc bất kỳ thông tin nào. Byte là nhóm 8 bit. Hầu hết các máy có từ với số bit là bội số của 8. BỘ NHỚ (tt) Cấu trúc bên trong bộ nhớ xác định bởi số từ nó có và số bit trong mỗi từ. Đường địa chỉ là các đường nhập dùng để xác định một từ. Mỗi từ được gán một số gọi là địa chỉ đi từ 0 đến 2k – 1; với k là số đường địa chỉ. BỘ NHỚ (tt) Chọn một từ trong bộ nhớ được thực hiện bằng cách đưa địa chỉ nhị phân k-bit lên đường địa chỉ. Một mạch giải mã trong bộ nhớ nhận địa chỉ này và mở đường để nhận các bit trong từ đã chọn. Số từ (thường byte) trong bộ nhớ thường tính theo đơn vị K (kilô; 1K = 210byte) Có 2 loại bộ nhớ chính: RAM và ROM BỘ NHỚ (tt) RAM (Random-Access-Memory) -Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên. - Trong RAM, quy trình định vị các từ là như nhau và cùng thời gian, bất chấp vị trí vật lý. - Truyền thông giữa bộ nhớ và xung quanh thông qua các đường nhập xuất dữ liệu, đường chọn địa chỉ và và các đường điều khiển xác định hướng truyền. - Có thể thực hiện 2 tác vụ trên RAM * Tác vụ ghi: xác định tác vụ chuyển vào. * Tác vụ đọc: xác định tác vụ chuyển ra. BỘ NHỚ (tt) Tác vụ ghi: gồm 3 bước 1. Đưa địa chỉ của từ lên đường địa chỉ. 2. Đưa các bit dữ liệu vào đường nhập dữ liệu. 3. Kích hoạt tín hiệu ghi. Tác vụ đọc: gồm 2 bước 1. Đưa địa chỉ của từ lên đường địa chỉ. 2. Kích hoạt tín hiệu BỘ NHỚ (tt) BỘ NHỚ (tt) ROM (Read-Only-Memory)- Bộ nhớ chỉ đọc. - ROM có tác vụ chỉ đọc, không có tác vụ ghi. - Nội dung trong ROM là vĩnh viễn, không thay đổi. - ROM m x n là mảng ô nhớ gồm m từ, mỗi từ có n bit BỘ NHỚ (tt) ROM không cần đường điều khiển đọc vì các đường xuất tự động n bit của từ theo địa chỉ đã chọn. Vì các ngõ ra chỉ là hàm của các ngõ vào (đường địa chỉ) nên ROM được xếp vào loại mạch tổ hợp. ROM được tạo ra từ các mạch giải mã và cổng OR BỘ NHỚ (tt) ROM có nhiều ứng dụng khác nhau. - ROM cho một quan hệ nhập xuất qua bảng chân trị. - Nó có thể tạo một mạch tổ hợp bất kỳ có k nhập, n xuất. - ROM lưu các chương trình và hằng trị không thay đổi.