bài giảng môn học cấu trúc máy tính bài 6 thanh ghi bộ nhớ

THANH GHI
THANH GHI
BỘ NHỚ
BỘ NHỚ

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT

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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT

@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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
2
n
– 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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT
@IT
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 2
k
– 1; với k là số đường địa chỉ.

@IT
@IT
@IT
@IT
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 = 2
10
byte)

Có 2 loại bộ nhớ chính: RAM và ROM

@IT
@IT
@IT
@IT
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.

@IT
@IT
@IT

@IT
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

@IT
@IT
@IT
@IT
BỘ NHỚ (tt)
Memory unit
2
k
words
n bit per word
n Data input lines
k address lines
Read
Write
n Data output lines
Lược đồ khối RAM

@IT
@IT
@IT
@IT
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

@IT
@IT
@IT
@IT

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

@IT
@IT
@IT
@IT
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.
m x n ROM
(m = 2
k
)
n address output lines
K address input lines
Lược đồ khối ROM