Bài giảng Kỹ thuật số 2 - Chương 4: Thiết kế hệ thống số

Chương 4 
THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
1 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
1. GIỚI THIỆU 
Trong các thiết kế hệ thống số, người ta thường chia hệ thống thành 2 phần: 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
2 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
1. GIỚI THIỆU (tt) 
Khối datapath : thực hiện các hoạt động xử lý dữ liệu → các mạch tổ hợp, tuần tự (thanh ghi). 
Khối control : xác định trình tự của các hoạt động → FSM. 
Các tín hiệu điều khiển ( control signals ): kích hoạt các hoạt động xử lý dữ liệu khác nhau. 
Các tín hiệu trạng thái ( status signals ): mô tả các trạng thái của datapath. 
Khối datapath và control cũng có thể giao tiếp với các hệ thống khác qua các ngõ data inputs, data outputs, control inputs và control outputs . 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
3 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Ví dụ 1: Thiết kế hệ thống đếm số bit 1 trong một số n-bit 
B 
= 
0 
; 
while 
A 
0 
do 
if 
a 
0 
= 
1 
then 
B 
= 
B 
+ 
1 
; 
End if; 
Right-shift 
A 
; 
End while; 
Pseudo-code for the bit counter 
Done 
B 
B 
1 
+ 
¬ 
B 
0 
¬ 
s 
Load A 
a 
0 
Reset 
S3 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
s 
S1 
S2 
1 
0 
A 
0 
= 
? 
Shift right A 
ASM Chart for the pseudo-code 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
4 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Ví dụ 1 (tt): 
L 
E 
Counter 
si 
L 
E 
Shift 
LB 
EB 
LA 
EA 
0 
Clock 
0 
B 
z 
a 
0 
Data 
n 
A 
n 
log 
2 
n 
log 
2 
n 
Datapath for the ASM chart 
ASM chart for the bit counter control circuit 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
5 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Ví dụ 2: Thiết kế mạch nhân nhị phân song song 2 số n-bit 
An algorithm for multiplication 
P 
= 
0 
; 
for 
i 
= 
0 
to 
n 
1 
do 
if 
b 
i 
= 
1 
then 
P 
= 
P 
+ 
A 
; 
end 
if; 
Left-shift 
A 
; 
end 
for; 
(b) 
Pseudo-code 
– 
(a) 
Manual 
method 
Multiplicand (A) 
1 
1 
Product (P) 
Multiplier (B) 
1 
0 
0 
1 
1 
1 
1 1 0 1 
1 
0 
1 
1 
0 
0 
0 
0 
1 
0 
1 
1 
0 
1 
0 0 1 1 1 1 
´ 
Binary 
13 
11 
´ 
13 
13 
143 
Decimal 
ASM chart for the multiplier 
Shift left A 
, 
Shift right 
 B 
Done 
P 
P 
A 
+ 
¬ 
B 
0 
= 
? 
P 
0 
¬ 
s 
Load A 
b 
0 
Reset 
S3 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
s 
S1 
S2 
1 
0 
Load B 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
6 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Ví dụ 2: (tt) 
Datapath circuit for the multiplier 
E 
L 
E 
L 
E 
0 
DataA 
LA 
EA 
A 
Clock 
P 
DataP 
Register 
EP 
Sum 
0 
z 
B 
b 
0 
DataB 
LB 
EB 
+ 
2n 
n 
n 
Shift-left 
register 
Shift-right 
register 
n 
n 
2n 
2n 
Psel 
1 
0 
2n 
2n 
ASM chart for the multiplier 
Shift left A 
, 
Shift right 
 B 
Done 
P 
P 
A 
+ 
¬ 
B 
0 
= 
? 
P 
0 
¬ 
s 
Load A 
b 
0 
Reset 
S3 
0 
1 
0 
1 
0 
1 
s 
S1 
S2 
1 
0 
Load B 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
7 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Ví dụ 2: (tt) 
ASM chart for the multiplier control circuit 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
8 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Bài tập: Thiết kế mạch chia 2 số n-bit 
R 
= 
0 
; 
for 
i 
= 
0 
to 
n 
1 
do 
Left-shift 
R 
 A 
; 
if 
R 
B then 
q 
i 
= 
1 
; 
R 
= 
R 
B 
; 
else 
q 
i 
= 
0 
; 
end 
if; 
end 
for; 
(c) 
Pseudo-code 
9 
140 
9 
50 
45 
5 
15 
100 
10 
10 
01100 
1001 
00001111 
1001 
001 
01 
10000 
1001 
1110 
1001 
101 
Q 
A 
B 
R 
(a) An example using decimal numbers 
(b) Using binary numbers 
– 
– 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
9 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Bài tập: (tt) 
ASM chart for the divider 
R 
B 
³ 
? 
R 
0 
¬ 
C 
n 
1 
– 
¬ 
, 
s 
0 
1 
S1 
S2 
0 
Load A 
Load B 
Shift left R||A 
C 
C 
1 
- 
¬ 
Shift 0 into Q 
Shift 1 into Q 
R 
R 
B 
– 
¬ 
C 
0 
= 
 ? 
1 
1 
0 
S3 
Reset 
Done 
S4 
0 
1 
s 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
10 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Bài tập :(tt) 
Datapath circuit for the divider 
E 
L 
E 
L 
E 
DataB 
LR 
ER 
EQ 
Clock 
Q 
Register 
EB 
0 
R 
DataA 
LA 
EA 
+ 
E 
c 
out 
c 
in 
1 
B 
w 
Rsel 
n 
Left-shift 
register 
n 
Left-shift 
register 
n 
n 
n 
n 
n 
n 
Left-shift 
register 
a 
n 
1 
- 
A 
w 
0 
1 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
11 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
2. MỘT SỐ VÍ DỤ THIẾT KẾ 
Bài tập :(tt) 
ASM chart for the divider control circuit 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
12 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành 
Q&A 
Bài giảng mơn Kỹ thuật số 2 
13 
Giảng viên: Nguyễn Hữu Chân Thành