21520223 nguyenphuhao baocaothlab02

Báo cáo thực
hành Lab02

Nguyễn Phú Hào


BÁO CÁO LAB02
1. Lý thuyết
2. Thực hành
2.1 Mơ phỏng ALU

Hình 2.1: Cấu tạo ALU
ALU được thiết kế với AU gồm phép cộng và phép trừ , LU gồm phép AND và NAND
Opcode[1:0]

Opcode

Phép tốn

00

A+B

01

A-B

10

AB

11

¬(A B)

A
B

Opcode[2]

8
8

AU

0

8

R

1

LU

Bảng 2.1: Bảng bảng hoạt động và cấu tạo ALU
a. Như tên gọi của nó, ALU là một mạch tổ hợp có chức năng thực hiện các phép tốn số
học và luận lý
b. Dựa theo tín hiệu điều khiển Opcode mà ALU sẽ thực hiện thao tác tương tứng theo như
bảng hoạt động 2.1.
c. 2 thao tác đầu là số học và 2 thao tác sau là luận lý, nên có thể chia ALU thành 2 mạch con

là AU và LU như hình bên phải
d. Việc lựa chọn giữa kết quả số học (AU) hay luận lý (LU) sẽ được quyết định bởi bộ chọn
Mux4.
*Nguyên lý hoạt động: bao gồm 2 thao tác chính: nhập dữ liệu đầu vào và thao tác với bộ
điều khiển Opcode. Với từng tính hiệu điều khiển khác nhau thì mạch ALU sẽ cho kết quả dựa
trên phép toán tương ứng( chi tiết xem bảng 2.1).


2.2 Mơ phỏng Register File 4 thanh ghi 8 bit

EN
0
0
1
1

Hình 2. 2: Register File 4 thanh ghi 8 bit
Clock
0
1
0
1
Bảng 2.2: Bảng chân trị Register File

F*
F*
F*
F*
A

Vì 4 thanh ghi nên ta dùng bộ chọn Mux4 để lựa chọn 1 trong 4 thanh ghi để gửi dữ liệu tới
ngõ ra dựa vào ngõ vào điều khiển.
*Nguyên

lý hoạt động:

Để lưu trữ dữ liệu tạm vào 4 thanh ghi ta chọn mạch Decoder để phân từ các ngõ vào tới từng
ngõ ra:
•

Khi cổng EN bằng 0 thì tất cả ngõ ra sẽ khơng thích cực, nghĩa là Decoder sẽ không
phân chia dữ liệu vào từng thanh ghi

•

Khi cổng EN bằng 1 thì Decoder sẽ hoạt động bình thường, phân chia dữ liệu tại từng
thời điểm vào 1 thanh ghi

3. Bài tập


3.1 Cải tiến ALU với các phép toán: A+B, A+1, A-B, A-1, A AND B, A OR B, NOT A, A
XOR B

Hình 3. 1: ALU với các phép tốn : A+B, A+1, A-B, A-1, A AND B, A OR B, NOT A, A
XOR B
• ALU được cải tiến với Mux6 – Opcode 3 bits để chọn 6 phép tốn.
OPCODE
PHÉP TỐN
000

A+1
001
A-1
010
A+B
011
A-B
100
A AND B
101
A OR B
110
A XOR B
111
NOT A
Bảng 3. 1: Bảng chân trị ALU 6 phép toán trên

3.2 Thiết kế và mô phỏng lại Register Files với địa chỉ xuất riêng
với địa chỉ ghi


Hình 3. 2: Register Files với địa chỉ xuất riêng với địa chỉ ghi
Tương tự với Register Files ở phần 2.2. Tuy nhiên, ta sẽ tách bộ Decode và Mux ra để điều
khiển bằng 2-bit riêng biệt để chọn địa chỉ ghi và địa chỉ xuất cho các thanh ghi.

3.3 Thiết kế mạch tổ hợp có chức năng chuyển đổi số thành MSSV?
* Ý tưởng: chúng ta sẽ thiết kế bộ chuyển đổi binary2Student dựa trên mã hóa ký số theo thứ
tự từ 0 đến 7 thành MSSV.
Các bước thực hiện:
Bước 1: xác định số ngõ vào và ngõ ra:

+ Ngõ vào ln là 3 ngõ: vì các ký số từ 0 đến 7 nên 3 ngõ phù hợp.
+ Ngõ ra có thể 3 (hoặc 4): do MSSV cần chuyển đổi là 21520223 ký số lớn nhất là 5 nên nằm
trong phạm vi biểu diễn của 3 ngõ (nếu dùng 4 ngõ thì mạch khơng tối ưu). Trường hợp
MSSV có ký số lớn nhất là 8 hoặc 9 chuyển sang bit nhị phân là 1000 hoặc 1001 nên 3 ngõ
không thể biểu diễn được mà phải là 4 ngõ.
Bước 2: Lập bảng chân trị

Bước 3: tối ưu luận lý, viết hàm

Bước 4: vẽ mạch tổ hợp