Bài giảng Kỹ thuật số

?ch và b? nh????u ???c ?ng d?ng trong l?u tr? d? li?u, trong ?ó thanh ghi do kh?
??ng l?u tr? c?a nó có h?n nên ch?????c s? d?ng nh? b? nh? t?m th?i (l?u k?t qu? các phép tính).
Còn b? nh? có kh? n?ng l?u tr? các bit d? li?u khá l?n, v? m?c c?u t?o b? nh?????c xây d?ng trên
?? s? các thanh ghi (Nhi?u thanh ghi h?p thành b? nh?)
5.3.2. Thanh ghi d?ch chuy?n
1. Khái ni?m
Thanh ghi ???c xây d?ng trên c? s? các DFF (ho?c các FF khác th?c hi?n ch?c n?ng c?a DFF)
và trong ?ó m?i DFF s? l?u tr? 1 bit d? li?u.
Ck
Q1
Q2
1 1 1 10 0 0 0
0 0 00 01
0
1 1
1
0 0
0
1 2 3 4 5 7 8 9 106
100 00000
1
Q3
0 0 0 0 0 1 1 1 1 0Q4
Hình 5.14. Gi?n ?? th?i gian ??m 5 song song ghép 2 n?i ti?p
Bài gi?ng K? THU?T S? Trang 116
?? t?o thanh ghi nhi?u bit, ng??i ta ghép nhi?u DFF l?i v?i nhau theo qui lu?t nh? sau:
- Ngõ ra c?a DFF ??ng tr??c ???c n?i v?i ngõ vào DATA c?a DFF sau (Di+1 = Qi) ( thanh
ghi có kh? n?ng d?ch ph?i.
- Ho?c ngõ ra c?a DFF ??ng sau ???c n?i v?i ngõ vào DATA c?a DFF ??ng tr??c (Di =
Qi+1) ( thanh ghi có kh? n?ng d?ch trái.
2. Phân lo?i
Phân lo?i theo s? bit d? li?u l?u tr?: 4 bit, 5 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit. ??i v?i thanh ghi l?n 8 bit,
ng??i ta không dùng h? TTL mà dùng h? CMOS.
Phân lo?i theo h??ng d?ch chuy?n d? li?u trong thanh ghi:
- Thanh ghi d?ch trái.
- Thanh ghi d?ch ph?i.
- Thanh ghi v?a d?i ph?i v?a d?i trái.
Phân lo?i theo ngõ vào d? li?u:
 - Ngõ vào d? li?u n?i ti?p.
- Ngõ vào d? li?u song song: Song song không ??ng b?, song song ??ng b?.
Phân lo?i theo ngõ ra:
- Ngõ ra n?i ti?p.
- Ngõ ra song song.
- Ngõ ra v?a n?i ti?p v?a song song.
3. Nh?p d? li?u vào FF
Nh?p d? li?u vào FF b?ng chân Preset (Pr): (xem hình 5.15)
- Khi Load = 0 : C?ng NAND 3 và 2 khóa ® ngõ vào Pr = Clr = 1
® FF t? do ® d? li?u A không nh?p vào ???c FF.
- Khi Load = 1 : C?ng NAND 2 và 3 m?, ta có: Pr = A , Clr = A.
??u A = 0 ® Pr = 1, Clr = 0 ® Q = A = 0.
??u A = 1 ® Pr = 0, Clr = 1 ® Q = A = 1.
??y Q = A® d? li?u A ???c nh?p vào FF.
Tuy nhiên, cách này ph?i dùng nhi?u c?ng logic không kinh t? và ph?i
dùng chân Clr là chân xóa nên ph?i thi?t k? xóa ??ng b?.
?? kh?c ph?c nh?ng nh??c ???m ?ó dùng m?ch nh? trên hình 5.16 :
- Chân Clr ?? tr?ng t??ng ???ng v?i m?c logic 1.
- Khi Load = 0 : c?ng NAND khóa ® Pr = Clr =1 ® FF t? do. D?
li?u không ???c nh?p vào FF.
- Khi Load = 1 : c?ng NAND m?® Pr = A .
Gi? s? ban ??u : Q = 0.
??u A = 0 ® Pr = 1, Clr = 1 Þ Q = Q0 = 0.
??u A = 1 ® Pr = 0, Clr = 1 Þ Q = 1.
??y Q = A ® D? li?u A ???c nh?p vào FF.
Chú ý: Ph??ng pháp này ?òi h?i tr??c khi nh?p ph?i xóa FF v? 0.
Pr Clr
A
Load
Hình 5.16
Pr Clr
A
Load
1
23
Hình 5.15
Ch??ng 5. H? tu?n t? Trang 117
Ví d?: Xét m?t thanh 4 bit có kh? n?ng d?i ph?i (hình 5.17).
Trong ?ó:
- DSR (Data Shift Right): Ngõ vào Data n?i ti?p (ngõ vào d?ch ph?i).
- Q1, Q2,Q3, Q4 : các ngõ ra song song.
?? gi?i thích ho?t ??ng c?a m?ch, ta d?a vào b?ng tr?ng thái c?a DFF.
Gi? s? ban ??u : Ngõ vào nh?p Load = 1 ® A, B, C, D ???c nh?p vào thanh ghi d?ch:
Q1 = A, Q2 = B, Q3 = C, Q4 = D.
Ho?t ??ng d?ch ph?i c?a thanh ghi:
- Xét FF1: D = DSR1, Q1 = A.
??u DSR1 = 0 ® Q = 0 ; n?u DSR1 = 1 ® Q = 1.
??t lu?n: Sau m?t xung Ck tác ??ng s??n xu?ng thì Q1 = DSR1.
- Lúc ?ó FF2, FF3,FF4 : Q2 = A, Q3 = B, Q4 = C.
??c là sau khi Ck tác ??ng s??n xu?ng thì n?i dung trong thanh ghi ???c d?i sang ph?i 1 bit.
Sau 4 xung, d? li?u trong thanh ghi ???c xu?t ra ngoài và n?i dung DFF ???c thay th? b?ng các d?
li?u t? ngõ vào DATA n?i ti?p DSR1, DSR2, DSR3, DSR4.
Ta có b?ng tr?ng thái ho?t ??ng c?a m?ch:
Tr?ng thái hi?n t?i Tr?ng thái k?Xung
vào Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4
1 A B C D DSR1 A B C
2 DSR1 A B C DSR2 DSR1 A B
3 DSR2 DSR1 A B DSR3 DSR2 DSR1 A
4 DSR3 DSR2 DSR1 A DSR4 DSR3 DSR2 DSR1
Tr??ng h?p ngõ ra Q ????c n?i v?i ngõ vào d? li?u n?i ti?p DSR (hình 5.18).
Ck1
Q1
1Q
J1
K1
Ck2
Q2
2Q
J2
K2
Ck3
Q3
3Q
J3
K3
Load
Q2Q1
Ck
Clr
Ck4
Q4
4Q
J4
K4
Q3 Q4
A B C D
DSR
Hình 5.17. Thanh ghi d?ch ph?i
Bài gi?ng K? THU?T S? Trang 118
Ta có b?ng tr?ng thái ho?t ??ng c?a m?ch hình 5.18:
Tr?ng thái hi?n t?i Tr?ng thái k?Xung
vào Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4
1 0 0 0 0 1 0 0 0
2 1 0 0 0 1 1 0 0
3 1 1 0 0 1 1 1 0
4 1 1 1 0 1 1 1 1
5 1 1 1 1 0 1 1 1
6 0 1 1 1 0 0 1 1
7 0 0 1 1 0 0 0 1
8 0 0 0 1 0 0 0 0
?ây là m?ch ???c ?ng d?ng nhi?u trong th?c t?.
5.3.3. B? nh?
1. Các khái ni?m
- ?? bào nh? (Memory cell)
?ó là thi?t b? hay m?ch ???n t? dùng ?? l?u tr? 1 bit.
Ví d?: FF ?? l?u tr? 1 bit, t?????n khi n?p ???n thì l?u tr? 1 bit, ho?c m?t ???m trên b?ng t?.
- T? nh? (Memory word )
Là nhóm các bit ? trong m?t b? nh?.
Ví d?: M?t thanh ghi g?m 8 DFF có th? l?u tr? t? nh? là 8 bit.
Trong th?c t?, kích th??c c?a t? nh? có th? thay ??i trong các lo?i máy tính t? 4 ( 64 bit.
- Byte:
??t nhóm t? nh? 8 bit.
- Dung l??ng b? nh?
Ch? kh? n?ng l?u tr? c?a b? nh?.
Ví d?: 1K = 210 ; 2K = 211; 4K = 212 ; 1M = 220.
- ??a ch?
Dùng ?? xác ??nh các vùng c?a các t? trong b? nh?.
Xét b? nh? g?m 16 ng?n nh? t??ng ???ng 16 t?, ta c?n dùng 4 ???ng ??a ch? (24 = 16 ® có 4
???ng ??a ch?). Nh? v?y có m?i quan h? gi?a ??a ch? và dung l??ng b? nh?.
Ck1
Q1
1Q
J1
K1
Ck2
Q2
2Q
J2
K2
Ck3
Q3
3Q
J3
K3
PrPr
Ck
Clr
Ck4
Q4
4Q
J4
K4
Pr Pr
DSR
Hình 5.18.
Ch??ng 5. H? tu?n t? Trang 119
Ví d? : ?? qu?n lý ???c b? nh? có dung l??ng là 8 Kbytes thì c?n 13 ???ng ??a ch?.
- Ho?t ??ng ??c (READ)
??c là xu?t d? li?u t? b? nh? ra ngoài.
?????c n?i dung m?t ô nh? c?n th?c hi?n:
+ ??a ??a ch? t??ng ?ng vào các ???ng ??a ch? A.
+ Khi tín hi?u ???u khi?n ??c tác ??ng thì lúc b?y gi? d? li?u ch?a trong các ng?n nh? t??ng
?ng v?i vùng ??a ch? xác ??nh ? trên s?????c xu?t ra ngoài.
- Ho?t ??ng vi?t (WRITE)
Vi?t là ghi d? li?u t? bên ngoài vào bên trong b? nh?.
Mu?n vi?t ph?i th?c hi?n:
+ ??t các ??a ch? t??ng ?ng lên các ???ng ??a ch?.
+ ??t d? li?u c?n vi?t vào b? nh? lên các ???ng d? li?u.
 + Tích c?c tín hi?u ???u khi?n ghi.
Khi ghi d? li?u t? bên ngoài vào bên trong b? nh? thì d? li?u c? s? m?t ?i và ???c thay th? b?ng
?? li?u m?i.
- B? nh? không bay h?i
Ch? lo?i b? nh? mà d? li?u không m?t ?i khi m?t ngu?n ???n.
- B? nh? bay h?i
Ch? lo?i b? nh? l?u tr? d? li?u khi còn ngu?n ???n và khi m?t ngu?n ???n thì d? li?u s? b? m?t.
- RAM (Random Access Memory)
??ü nh? truy xu?t ng?u nhiên, ??c vi?t tùy ý, còn ???c g?i là RWM (Read/Write Memory). ?ây
là lo?i b? nh? cho phép ??c d? li?u ch?a bên trong ra ngoài và cho phép nh?p d? li?u t? bên
ngoài vào trong.
- ROM (Read Only Memory)
?? nh? ch????c. Ch? cho phép ??c d? li?u trong ROM ra ngoài mà không cho phép d? li?u ghi
?? li?u t? bên ngoài vào trong b? nh?.
- SM (Static Memory)
?? nh? t?nh là lo?i b? nh? l?u tr? d? li?u cho ??n khi m?t ???n áp cung c?p mà không c?n làm
???i d? li?u bên trong. Ví d?: SRAM.
- DM (Dynamic Memory)
?? nh????ng là lo?i b? nh? có th? m?t d? li?u khi ???n áp cung c?p ch?a b? m?t, vì v?y c?n có c?
ch? làm t??i d? li?u. ?u ???m c?a lo?i b? nh? này là t?c ?? truy xu?t nhanh, giá thành h?. Ví d?:
DRAM.
- B? nh? tu?n t?
Ví d?: ??a m?m, ??a c?ng, b?ng t?.
2.ROM (Read Only Memory)
- MROM (Mask ROM): ???c l?p trình b?i nhà s?n xu?t.
?u và nh??c ???m: Ch? có tính kinh t? khi s?n xu?t hàng lo?t nh?ng l?i không ph?c h?i ???c khi
ch??ng trình b? sai h?ng.
- PROM (Programmable ROM): ?ây là lo?i ROM cho phép l?p trình b?i nhà s?n xu?t. Nh??c
???m: N?u h?ng không ph?c h?i ???c.
- EPROM (Erasable PROM): ?ó là lo?i PROM có th? xóa và l?p trình l?i. Có hai lo?i
EPROM: EPROM ???c xóa b?ng tia c?c tím (Ultralviolet EPROM) và EPROM xóa b?ng xung
???n (Electrical EPROM). Tu?i th? c?a EPROM ph? thu?c vào th?i gian xóa.
Bài gi?ng K? THU?T S? Trang 120
?ng d?ng c?a ROM: Ch?a ch??ng trình ???u khi?n vào ra c?a máy tính, PC, mP, mC, ROM BIOS
(ROM Basic Input/Output System). Dùng ?? ch?a ký t?: ROM ký t?. Dùng ?? ch?a các bi?n ??i
hàm.
3.RAM (Random Access Memory)
DRAM: RAM ??ng, làm vi?c theo hai pha. M?t pha ch?n ??a ch? hàng, m?t pha ch?n ??a ch? c?t.
Do ?ó, s? chân ??a ch? th?c hi?n trên IC nh? h?n m?t n?a so v?i RAM ho?c ROM.
 SRAM : RAM t?nh, có t?c ?? truy xu?t nhanh h?n DRAM, do ?ó giá thành ch? t?o ??t h?n.
4.T? ch?c b? nh?
Gi? s? CPU hay mP có 16 ???ng ??a ch? và 8 ???ng d? li?u. N?u dùng ?? qu?n lý b? nh? thì
qu?n lý ???c dung l??ng b? nh? t?i ?a là 64 KBytes (216 = 64K).
Gi? s? 64 KBytes phân thành các lo?i sau: 1 ROM 8K, và 7 RAM 8K.
?? ch?n l?n l??t t?ng b? nh???? xu?t d? li?u và vì còn th?a 3 d??ng ??a ch? là A13, A14, A15 nên
ta dùng m?ch gi?i mã t? 3 ® 8.
Trên hình 5.21 là s???? m?ch gi?i mã ??a ch? dùng IC 74138.
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
A1
A2
A3
A4
CS
ROM
16 x 8
Hình 5.19. S???? kh?i c?a ROM 16x8 = 128 bit
cs
138
8
ROM
13
cs
138
8
RAM1
13
cs
138
8
RAM2
13
cs
138
8
RAM3
13
cs
13 8
RAM4
cs
13 8
RAM5
cs
13 8
RAM6
cs
13 8
RAM7
8
16
Hình 5.20. T? ch?c b? nh?
Ch??ng 5. H? tu?n t? Trang 121
Y0 (CS / ROM )
Y1 (CS / RAM1 )
Y2 (CS / RAM2 )
Y3 (CS / RAM3 )
Y4 (CS / RAM4 )
Y5 (CS / RAM5 )
Y6 (CS / RAM6 )
Y7 (CS / RAM7 )
A13
A14
A15
IC 74138
3 ® 8
Hình 5.21. M?ch gi?i mã ??a ch?
??n ?? b? nh? c?a h? th?ng:
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 ??a ch? Hex
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F F F H
R
O
M
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 H
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 F F F H
R
A
M
1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 H
0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 F F F H
R
A
M
2
0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 H
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 F F F H
R
A
M
3
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 H
1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 F F F H
R
A
M
4
1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A 0 0 0 H
1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B F F F H
R
A
M
5
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 0 0 0 H
1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D F F F H
R
A
M
6
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 E 0 0 0 H
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F F F F H
R
A
M
7