69
Bài 6: bộ logic và số học
(Arithmetic and Logic Circuits)
A. Phần tóm tắt lý thuyết
Bộ logic và số học (ALU) là một mạch tổ hợp, thực hiện một số thuật toán
logic và số học. Cấu tạo ALU bao gồm 1 bộ hợp kênh có các lối vào là các mạch
thực hiện các thuật toán số học hoặc logic . Các đầu chọn S
0
, S
1
của hợp kênh
làm nhiệm vụ chọn 1 thuật toán nào đó đợc thực hiện và cho kết quả ở lối ra của
hợp kênh .
Dới đây là một ví dụ về ALU 1 bit. Bằng 2 đầu chọn lọc S
0
, S
1
của hợp kênh 4
lối vào ta thực hiện đợc 1 thuật toán số học và 3 thuật toán logic : , Q
1
, Q
2
, Q
3

cho hai số nhị phân 1 bit .


1 1 Q
3
x x x

Q
1

Q
2

Q
3
Q
Q3=AB+AB
Q2=A+B
Q1=A.B
S0
S1
Ci
B
A
74LS153
I3a
I2a
I1a
I0a
S1
S0
I3b
I2b

và B = B
3
B
2
B
1
B
0
).
ở đây kể cả hai thuật toán CLEAR (F = 0000) và PRESET (F = 1111) thì tổng
số thuật toán thực hiện đợc là 8.
C
i
dùng cho phép tổng ,
i
C dùng cho phép hiệu.
C
0
là đầu chuyển đi cho cả bộ ALU này (Carry in = C
i
, Carry out = C
0
).
F




=
=+
=
=
0010.
1011
0111min
1101
BB
BA
BusA
BplusA

Phép toán 8 bit:

Với mỗi ALU 74LS382 ta thực hiện đợc các thuật toán hai số nhị phân
Đầu vào
S
2
S
1
S
0
Chức năng
0 0 0
0 0 1
0 1 0

S2
F3
F2
F1
F0
Co
Over
74LS382

71
4-bit . Muốn thực hiện các thuật toán với hai số nhị phân 8bit.
A = A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1

và B = B
7
B
6

=

C
02
là đầu chuyển ra của tầng thứ hai. Co
F7
F6
F5
F4
F3
F2
F1
F0
SUB/ADD
S0
S1
S2
B7

F0
Co
Over
74LS382
A1
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
Ci
S0
S1
S2
F3
F2
F1
F0
Co
Over
74LS382

72
B. Phần thực nghiệm
1. Nghiên cứu hoạt động của ALU 74LS382
ở phần này ta nghiên cứu hoạt động của bộ logic số học 74ls382. Ngoài ra
sinh viên còn có thể tự nghiên cứu sự hoạt động của ALU 74ls181 ở địa chỉ:
[Digital By Function/Arithmetic/74ls181]. Đây là bộ logic số học có thể thực

A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
Ci
S0
S1
S2
F3
F2
F1
F0
Co
Over Các bớc tiến hành thí nghiệm:
Bớc1:

Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng:
01 ALU 74ls382 [User defined/Macro/74ls382]
12 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)
05 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9)
Bớc 2:

Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào nh sau:
A = 5

1
S
0
Over C
0
F
3
F
2
F
1
F
0
Over C
0
F
3
F
2
F
1
F
0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0

Ci
0V
B3
0V
B2
0V
B1
0V
B0
0V
A3
0V
A2
0V
A1
0V
A0
0V
Co
F7
F6 F5
F3 F2 F1
F0
F4
A0
A1
A2
A3
B0
B1

Over
74LS382

74

Các bớc tiến hành thí nghiệm:
Bớc1:

Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng:
02 ALU 74ls382 [User defined/Macro/74ls382]
20 Logic switch [Switches/Digital/Logic Switch] (s)
09 Logic Display [Displays/Digital/Logic Display] (9)
Bớc 2:

a. Thực hiện phép tổng 2 số nhị phân 8 bit: A = 57
10
, 28
10
.
- Chuyển 2 số A = 57
10
và B = 28
10
sang hệ nhị phân:
A = A
7
A
6
A
5


- Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào A và B
- Tiến hành thí nghiệm, ghi đầy đủ kết quả vào bảng số liệu sau:
S
2
S
1
S
0
C
i1
A
7
A
6
A
5
A
4
A
3
A
2
A
1
A
0
B
7
B

0
0 1 1 0
0 1 1 1
- So sánh kết quả:
F = 57
10
+ 28
10
= ( )
10

F = F
7
F
6
F
5
F
4
F
3
F
2
F
1
F
0
= ( )
2


B
6
B
5
B
4
B
3
B
2
B
1
B
0
= ( )
2

- Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào A và B
- Tiến hành thí nghiệm, ghi đầy đủ kết quả vào bảng số liệu sau:
S
2
S
1
S
0
C
i1
A
7
A

02
F
7
F
6
F
5
F
4
F
3
F
2
F
1
F
0
0 1 0 1
0 0 1 1

75
- Hãy giải thích kết quả trên:
c. Thực hiện thuật toán logic A
B với A = 57
10
, 28
10
.
- Chuyển 2 số A = 57
10

3
B
2
B
1
B
0
= ( )
2

- Thông qua các Logic switch hãy đặt các số liệu đầu vào A và B
- Tiến hành thí nghiệm, ghi đầy đủ kết quả vào bảng số liệu sau:
S
2
S
1
S
0
C
i1
A
7
A
6
A
5
A
4
A
3

F
4
F
3
F
2
F
1
F
0
1 0 0 0
1 0 0 1
- Hãy kiểm tra lại kết quả trên.
3. Kiểm tra kiến thức
Hãy thiết kế mạch có sơ đồ sau:

Chứng minh nó là ALU 4 bit hoạt động theo bảng chân lý sau: 76

S
1
S
0
C
1
F
0 0 0 F = B
1 0 0
78


80
Bài 7: trigơ
(Trigger)
A. Phần tóm tắt lý thuyết
Mạch logic đợc phân làm hai loại : Mạch tổ hợp (Combinational circuits) và
mạch dãy (Sequential circuits).
Mạch logic tổ hợp
là mạch mà đầu ra của nó chỉ phụ thuộc vào giá trị các
đầu vào ở thời điểm hiện tại không phụ thuộc vào giá trị đầu vào ở thời điểm
trớc đó. Các cửa logic cơ bản, các phân kênh - hợp kênh, mạch giải mã, mạch số
học là những mạch logic tổ hợp.
Mạch logic dãy
là mạch mà mỗi đầu ra của nó không những chỉ phụ
thuộc vào các đầu vào hiện tại mà còn phụ thuộc trạng thái quá khứ của các đầu
vào. Nh vậy trong mạch dãy có các phần tử nhớ (memory elements). Trigơ đợc
xếp vào loại mạch dãy. Trigơ có hai trạng thái cân bằng. Khi có tín hiệu tác dụng
vào đầu vào, trigơ sẽ ở một trong hai trạng thái cân bằng này. Điều lý thú ở chỗ,

S
R Q
_
Q