Bài giảng Kiến trúc máy tính và mạng máy tính: Chương 1 - Lương Minh Huấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

PHẦN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
CHƯƠNG 1: CƠ BẢN VỀ LOGIC SỐ
GV: Lương Minh Huấn


NỘI DUNG
Kiến trúc máy tính là gì?
Các hệ đếm cơ bản

. Đại số Boolean

. Hệ tổ hợp
Hệ dãy


I. KIẾN TRÚC MÁY TÍNH LÀ GÌ?

Trong kỹ thuật máy tính, kiến trúc máy tính là thiết kế khái n
và cấu trúc hoạt động căn bản của một hệ thống máy tính.

Nó là một bản thiết kế (blueprint) mô tả các tính chất, chức n
về các yêu cầu và sự thi hành thiết kế cho những bộ phận
nhau của một máy tính.


I. KIẾN TRÚC MÁY TÍNH LÀ GÌ?

Kiến trúc máy tính bao gồm ít nhất ba phạm trù con chính:

 Kiến trúc tập lệnh (Instruction set architecture, ISA).

 Vi kiến trúc (Microarchitecture).

 Thiết kế hệ thống (System Design)


II. CÁC HỆ ĐẾM CƠ BẢN

Hệ thập phân (Decimal System): con người sử dụng

Hệ nhị phân (Binary System): máy tính sử dụng

Hệ thập lục phân (Hexadecimal System): dùng biểu diễn rút n
số học nhị phân

Hệ bát phân (Octal Number System)


II.1. HỆ THẬP PHÂN

Cơ số 10

Bộ ký tự cơ sở gồm 10 số: 0…9

Dạng tổng quát: an-1an-2an-3…a1a0,a-1 a-2…a-m

Dùng n chữ số thập phân có thể biểu diễn được 10n giá trị khác
nhau:

 00...000 = 0

 99...999 = 10n - 1


II.1. HỆ THẬP PHÂN
2 1 0 -1 -2

 472.38 = 4x102 + 7x101 + 2x100 + 3x10-1 +
8x10-2

 Các chữ số của phần nguyên:
 472 : 10 = 47 dư 2
 47 : 10 = 4 dư 7
 4 : 10 = 0 dư 4

472

 Các chữ số của phần lẻ:
 0.38 x 10 = 3.8 phần nguyên = 3
 0.8 x 10 = 8.0 phần nguyên = 8

38


II.2. HỆ NHỊ PHÂN

Cơ số 2

 2 chữ số nhị phân: 0 và 1

Chữ số nhị phân gọi là bit (binary digit)

 Bit là đơn vị thông tin nhỏ nhất

Dùng n bit có thể biểu diễn được 2n giá trị khác nhau:

 00...000 = 0

 11...111 = 2n-1


II.2. HỆ NHỊ PHÂN
Có một số nhị phân A như sau:
A = anan-1...a1a0.a-1...a-m

Giá trị của A được tính như sau:
A = an2n + an-12n-1 +...+ a020 + a-12-1 +...+ a-m2-m

Ví dụ: 6 5 4 3 2 1 0-1 -2-3-4
1 1 0 1 0 0 1.1 0 1 1(2)
= 26 + 25 + 23 + 20 + 2-1 + 2-3 + 2-4
= 64 + 32 + 8 + 1 + 0.5 + 0.125 + 0.0625
= 105.6875(10)


II.3. HỆ THẬP LỤC PHÂN

Cơ số: 16

 16 chữ số: 0,1, …, 9, A, B, C, D, E, F (chữ hoa và chữ thường nh
nhau).

 Ví dụ: 1A24E

Hệ thống thập lục phân hiện dùng, được công ty IBM giới thiệu
với thế giới điện toán vào năm 1963


II.3. HỆ BÁT PHÂN

Cơ số: 8

 Các chữ số đi từ: 0, 2, …, 7

 Ví dụ: 1034


II.4. CHUYỂN ĐỔI GIỮA CÁC HỆ CƠ SỐ

Để chuyển đổi giữa các hệ cơ số, ta có thể thực hiện bằng cách

 Dùng phép chia.

 Đổi sang nhị phân.


số nguyên từ hệ thập phân N(10) sang hệ số b bất kỳ M(b)
 Qui tắc: lấy số nguyên thập phân N(10) lần lượt chia
cho b cho đến khi thương số bằng 0. Kết quả số

chuyển đổi M(b) là các số dư trong phép chia được viết
ra theo thứ tự ngược lại.
Ví dụ đổi số 20(10) sang hệ thập lục phân và hệ nhị
phân

20(10) = 10100(2)
20(10) = 14(16)

13


i phần lẻ từ hệ thập phân N(10) sang hệ số b bất kỳ M(b)
 Qui tắc: lấy phần thập phân (sau dau phay) N(10) lần lượt
nhân với b cho đến khi phần thập phân của tích số bằng 0.
Kết quả số chuyển đối M(b) là các số phần nguyên trong
phép nhân được viết ra theo thứ tự phép tính.
 Ví dụ: 0.6875(10) = ?(2) = ?(16)
0.6875 x 2 = 1 .375
0.375 x 2 = 0 .75
0.75 x 2 = 1 .5
0.5

0.6875 x 16 = 11 .0

x 2 = 1 .0

 Kết quả: 0.6875(10) = 0.1011(2) = 0.B(16)

14

III. ĐẠI SỐ BOOLEAN

Đại số Boole là một cấu trúc đại số có các tính chất cơ bản củ
các phép toán trên tập hợp và các phép toán logic.

Cụ thể, các phép toán trên tập hợp được quan tâm là p
giao,
phép
hợp,
phép
bù;
và
các
p
oán logic là Và, Hoặc, Không.

Đại số Boole được đặt tên theo George Boole (1815–1864),
nhà toán học người Anh.


III. ĐẠI SỐ BOOLEAN

Đại số Boole làm việc với các đại lượng chỉ nhận giá trị Đúng
hoặc Sai và có thể thể hiện hệ thống số nhị phân, hoặc các mức
điện thế trong mạch điện logic.

Do đó đại số Boole có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện và k
học máy tính, cũng như trong logic toán học.

NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN

Sử dụng hệ cơ số nhị phân.

Các phép toán:

 Phép cộng luận lý (+ hay OR).

 Phép nhân luận lý ( . hay AND).

 Phép bù (NOT).

Độ ưu tiên của phép toán


ĐỊNH LÝ CỦA ĐẠI SỐ BOOLEAN


HÀM BOOLEAN

Một hàm Boolean là một biểu thức được tạo ra từ:

 Các biến nhị phân.

 Các phép toán hai ngôi AND, OR hay các phép toán một ngôi N

 Các cặp dấu ngoặc đơn và dấu bằng.

Với các giá trị cho trước, giá tri của hàm chỉ có thể là 0 hoặc 1.


ỨNG DỤNG CỦA ĐẠI SỐ BOOLEAN

Các định lý Boole giúp đơn giản các biểu thức logic. Việc đơn
giản là cần thiết để mạch thiết kế thực hiện đơn giản và kinh tế
hơn.

Ngoài việc rút gọn biểu thức logic bằng đại số boole, còn sử dụ
đại số boole để đơn giản mạch logic. Để đơn giản mạch logic t
àm các bước sau:

 Từ mạch logic xác định biểu thức cho ngõ ra của mạch

 Sau khi xác định được hàm ngõ ra, tiến hành rút gọn biểu thức
bằng cách dùng các định lý của đại số boole.

 Sau khi được biểu thức mới, chúng ta có được mạch logic mới
tương đương với mạch logic đã cho.


Ví dụ: đơn giản mạch


Trước tiên ta viết biểu thức logic cho ngõ ra:

Rút gọn biểu thức ta được:

Từ đó, ta có mạch đơn giản.


IV. HỆ TỔ HỢP

Hệ tổ hợp là hệ mà tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào tín hiệu và
hời điểm hiện tại.

Hệ tổ hợp còn được gọi là hệ không có nhớ.

Hệ tổ hợp chỉ cần thực hiện bằng những phần tử logic cơ bản.