Bài giảng Kỹ thuật xung số - Chương 1: Hệ thống số

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật xung số - Chương 1: Hệ thống số

1. Chương 1: 1. Hệ thống số 1. Số thập phân 2. Số nhị phân 3. Số bát phân 4. Số thập lục phân 5. Số BCD 6. Biến đổi giữa các hệ thống số 7. Bài tập áp dụng
2. 1.1 Số thập phân( hệ cơ số 10, Decimal system) Hệ thống thập phân (cơ số 10) tập hợp này gồm 10 ký hiệu rất quen thuộc, đó là các con số từ 0 đến 9: S10 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} Khi một số gồm nhiều số mã được viết, giá trị của các số mã tùy thuộc vị trí của nó trong số đó. Giá trị này được gọi là trọng số của số mã. Thí dụ số 1998 trong hệ thập phân có giá trị xác định bởi triển khai theo đa thức của 10: 199810 = 1x103 + 9x102 +9x101 + 9x100 = 1000 + 900 + 90 + 8
3. 1.1 Số thập phân( hệ cơ số 10, Decimal system) 199810 = 1x103 + 9x102 +9x101 + 9x100 = 1000 + 900 + 90 + 8 Trong triển khai, số mũ của đa thức chỉ vị trí của một ký hiệu trong một số với qui ước vị trí của hàng đơn vị là 0, các vị trí liên tiếp về phía trái là 1, 2, 3, . Nếu có phần lẻ, vị trí đầu tiên sau dấu phẩy là -1, các vị trí liên tiếp về phía phải là -2, -3, . Ta thấy, số 9 đầu tiên (sau số 1) có trọng số là 900 trong khi số 9 thứ hai chỉ là 90. Có thể nhận xét là với 2 ký hiệu giống nhau trong hệ 10, ký hiệu đứng trước có trọng số gấp 10 lần ký hiệu đứng ngay sau nó.
4. 1.1 Số thập phân( hệ cơ số 10, Decimal system) Tổng quát, một hệ thống số được gọi là hệ b sẽ gồm b ký hiệu trong một tập hợp: Sb = {S0, S1, S2, . . ., Sb-1} Một số N được viết: N = (anan-1an-2. . .ai . . .a0 , a-1a-2 . . .a-m)b với ai ∈ Sb Sẽ có giá trị: n n-1 n-2 i 0 -1 -2 -m N = an b + an-1b + an-2b + . . .+ aib +. . . + a0b + a-1 b + a-2 b +. . .+ a-mb . i aib chính là trọng số của một ký hiệu trong Sb ở vị trí thứ i.
5. 1.2 Số nhị phân ( Hệ cơ số 2, Binary system) Hệ nhị phân gồm hai số mã trong tập hợp S2 = {0, 1} Mỗi số mã trong một số nhị phân được gọi là một bit (viết tắt của binary digit). Số N trong hệ nhị phân: N = (anan-1an-2. . .ai . . .a0 , a-1a-2 . . .a-m)2 (với ai∈ S2) Có giá trị là: n n-1 i 0 -1 -2 -m N = an 2 + an-12 + . . .+ ai2 +. . . + a02 + a-1 2 + a-2 2 + . . .+ a-m2 an là bit có trọng số lớn nhất, được gọi là bit MSB (Most significant bit) (Bit đầu tiên bên trái) a-m là bit có trọng số nhỏ nhất, gọi là bit LSB ( Least significant bit ). (Bit tận cùng bên phải)
6. 1.2 Số nhị phân ( Hệ cơ số 2, Binary system) 3 2 1 0 -1 Ví dụ: N = 1010,12 = 1x2 + 0x2 + 1x2 + 0x2 + 1x2 = 10,510 Số nhị phân có 8 bit được gọi là 1 byte số nhị phân có 4 bit được gọi là 1 nipple. Một số nhị phân nói chung được gọi là một word (từ) nhưng thường được dùng để chỉ số có 16 bit. Số nhị phân có 32 bit được gọi là doubleword. Hoặc gọi 32 bit là word, 16 bit là halfword, 64 bit là doubleword.
7. 1.2 Số nhị phân ( Hệ cơ số 2, Binary system) 210 = 1024 được gọi tắt là 1K (Kilo). 210 = 1K. 211 = 21 . 210 = 2K. 212 = 22 . 210 = 4K. 220 = 210 . 210 = 1K . 1K = 1M (Mega) = 1048576. 222 = 22 . 220 = 4 . 1M = 4M. 230 = 210 . 220 = 1K . 1M =1G (Gita) = 1073741824. 232 = 22 . 230 = 4 . 1G = 4G. 264 = 232 . 232 = 16G2.
8. 1.2 Số nhị phân ( Hệ cơ số 2, Binary system)  Ý nghĩa: Hai con số 0 và 1 của hệ nhị phân đại diện cho hai mức lôgic trong kỹ thuật số. Máy tính dùng hệ nhị phân để điều khiển dữ liệu nhờ tính đơn giản của nó. Mạch điện hoạt động với 2 mức điện áp, việc thiết kế mạch sẽ dễ dàng hơn nhiều. Nếu dùng hệ thập phân điều khiển dữ liệu, mạch điện được thiết kế để cộng và trừ dùng 10 mức điện áp khác nhau sẽ phức tạp hơn so với hệ nhị phân.
9. 1.2 Số nhị phân ( Hệ cơ số 2, Binary system) Sự tương đương giữa hệ nhị phân và hệ thập phân 0000 = 0 2 10 10012 = 910 0001 = 1 2 10 10102 = 1010 0010 = 2 2 10 10112 = 1110 0011 = 3 2 10 11002 = 1210 0100 = 4 2 10 11012 = 1310 0101 = 5 2 10 11102 = 1410 01102 = 610 11112 = 1510 01112 = 710 10002 = 810
10. 1.3 Số bát phân (hệ cơ số 8 ,Octal system) Hệ bát phân gồm tám số trong tập hợp S8 = {0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}. Số N trong hệ bát phân: N = (anan-1an-2. . .ai . . .a0 , a-1a-2 . . .a-m)8 (với ai ∈ S8) Có giá trị là: N = an 8n + an-18n-1 + an-28n-2 +. . + ai8i . . .+a080 + a-1 8-1 + a-2 8-2 +. . .+ a-m8-m Ví dụ: 3 2 1 0 -1 N = 1307,18 = 1x8 + 3x8 + 0x8 + 7x8 + 1x8 = 711,12510
11. 1.4 Số thập lục phân (Hệ cơ số 16, Hexadecimal system) Hệ thập lục phân được dùng rất thuận tiện để con người giao tiếp với máy tính, hệ này gồm mười sáu số trong tập hợp S16 ={0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F } (A tương đương với 1010 , B =1110 , . . . . . . , F=1510). Số N trong hệ thập lục phân: N = (anan-1an-2. . .ai . . .a0 , a-1a-2 . . .a-m)16 (với ai∈ S16) Có giá trị là: N = an 16n + an-116n-1 + an-216n-2 +. . + ai16i . . .+a0160+ a-1 16-1 + a-2 16-2 +. . .+ a-m16-m Người ta thường dùng chữ H (hay h) sau con số để chỉ số thập lục phân. 3 2 1 0 -1 Thí dụ: N = 20EA,8H = 20EA,816 = 2x16 + 0x16 + 14x16 + 10x16 + 8x16 = 4330,510
12. 1.4 Số thập lục phân (Hệ cơ số 16, Hexadecimal system) Hệ hex được dùng như một phương tiện ghi nhanh các con số lớn. Máy tính sử dụng số nhị phân bên trong và số hex chỉ được người điều hành sử dụng bên ngoài.
13. 1.4 Số thập lục phân (Hệ cơ số 16, Hexadecimal system) Bảng tương đương các hệ thống số Hex Thập phân Nhị phân 0 0 0000 1 1 0001 2 2 0010 3 3 0011 4 4 0100 5 5 0101 6 6 0110 7 7 0111 8 8 1000 9 9 1001 A 10 1010 B 11 1011 C 12 1100 D 13 1101 E 14 1110 F 15 1111 10 16 10000
14. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  1. Chuyển đổi số nhị phân sang số thập phân: Khai triển theo vị trí trọng số, cơ số 2 Trọng số 28 27 26 25 24 23 22 21 20 2-1 2-2 Giá trị 256 128 64 32 16 8 4 2 1 0.5 0.25 3 1 Ví dụ: (1011)2 = 2 +2 + 1 = 8 + 0 + 2 + 1 = (11)10. 5 4 1 (110011)2 = 2 +2 +2 + 1 = 32 + 16+ 2 + 1 = (51)10. 3 2 -1 (1101,1)2 = 2 + 2 + 1 + 2 = 8+ 4 + 1+ 0.5 = (13.5)10 5 -1 -2 (100001,11)2 = 2 + 1 + 2 + 2 = 32+1+ 0.5 + 0.25 = (33.75)10
15. Bài tập: 1. Biến đổi các số nhị phân sau đây thành thập phân: a. 1001 b. 1011.1112 c. 10101.112 d. 1010.012 e. 11110101 f. 1001101 g. 10010 h. 11101
16. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số nhị phân: Đối với số nguyên, dùng phép chia 2 liên tiếp lấy các số dư, số dư sinh ra đầu tiên là số LSB, khi kết quả phép chia bằng 0 số dư sinh ra cuối cùng là số MSB. Đối với số thập phân, phần nguyên làm giống số nguyên, phần thập phân dùng phép nhân 2 liên tiếp, lấy các số nguyên được sinh ra. Số nguyên sinh ra trước có trọng số lớn hơn số nguyên sinh ra sau. Kết quả là tổng của phần nguyên và phần thập phân.
17. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số nhị phân: Ví dụ 1: Chuyển đổi (21)10 sang số nhị phân: 2110/2=10 dư=1. 1010/2=5 dư=0. 510/2 = 2 dư=1. 210/2 = 1 dư=0. 110/2 = 0 dư=1. Do đó 2110=101012.
18. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số nhị phân: Ví dụ 2: Chuyển đổi (50)10 sang số nhị phân: 5010/2=25 dư=0. 2510/2 = 12 dư=1. 1210/2 = 6 dư=0. 610/2 = 3 dư=0. 310/2 = 1 dư=1. 110/2 = 0 dư=1. Do đó 5010 =1100102.
19. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số nhị phân:  Đối với phần nguyên, ta có thể phân tích số thập phân thành tổng các lũy thừa cơ số 2 theo bảng.  Theo cách này, ví dụ 2 được chuyển đổi như sau: 50>32→50=32+18 = 25 +18. 18>16→18=16+2 = 24 +21. Do đó: 50 = 32 + 16 + 2 = 25+24 +21. Hay: 50 = 25+24 +0x23+0x22+21+0x20. Suy ra: 5010 = 1100102.
20. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số nhị phân: Ví dụ 3: Chuyển đổi (50.65625)10 sang số nhị phân: Ta có 5010 =1100102 (theo ví dụ 2). 0.65625 0.3125 0.625 0.25 0.5 x 2 x 2 x 2 x 2 x2 1.31250 0.6250 1.25 0.5 1.0 (0.65625)10 = (0.10101)2 Do đó (50.65625)10 = (110010.10101)2.
21. Bài tập: Biến đổi các số thập phân sau đây thành hình thức nhị phân a. 1310. b. 1710. c. 2010. d. 9710. e. 6710. f. 2410.
22. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số nhị phân sang số Hex: Ta có 24 = 2x2x2x2 = 16. Do đó 4 bít của một số nhị phân có thể biểu thị cho 1 chữ số hex. Chuyển một số nhị phân sang số hex, trước tiên tách chúng thành các nhóm 4 bít, bắt đầu với bit có trọng số nhỏ nhất (có thể thêm các con số 0 vào phía trước nếu cần). Chuyển mỗi nhóm 4 bít thành các số hex tương đương của nó.
23. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số nhị phân sang số Hex: Ví dụ 1: Số nhị phân 001000012 có thể tách thành 2 nhóm 4 bít: 0010 00012 2 116 Do đó, 001000012 = 2116. Ví dụ 2: Chuyển đổi 101011011012 sang số hex. Khi có 11 bít, ta thêm 1 số 0 phía trước để có 3 nhóm 4 bít. 0101 0110 11012 5 6 D16 Do đó, 101011011012 = 56D16
24. Bài tập: Biến đổi các số nhị phân sau đây thành số hex: a. 1110010012. b. 1010100102. c. 100000112. d. 11001100112.
25. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số Hex sang số nhị phân: Chuyển một số hex sang số nhị phân, mỗi chữ số hex được chuyển thành 4 bít nhị phân tương đương của nó. Ví dụ 1: Số hex A3716 có thể chuyển thành số nhị phân 12 bít: A 3 716 1010 00112 01112 Do đó, A3716 = 1010001101112 Ví dụ 2: Chuyển đổi 45C816 sang số nhị phân. 4 5 C 816 0100 01012 11002 10002 Do đó, 45C816 = 01000101110010002.
26. Bài tập: Biến đổi các số hex sau đây thành nhị phân: a. 1016. b. 2116. c. 7A016. d. B1816.
27. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số Hex sang số thập phân: Khai triển số hex theo vị trí trọng số, cơ số 16: Ví dụ: 0 516 = 5x16 = 510. 0 0 A16 = Ax16 = 10x16 = 1010. 1 0 5616 = 5x16 + 6x16 = 80 + 6 = 8610. 2 1 0 2AF16 = 2x16 + 10x16 + 15x16 = 512 + 160 + 15 = 68710.
28. Bài tập: Biến đổi các số hex sau đây thành thập phân: a. 1016. b. 2116. c. 7A016. d. B1816.
29. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số Hex: Đối với số nguyên, dùng phép chia 16 liên tiếp lấy các số dư, số dư sinh ra đầu tiên là số có trọng số nhỏ nhất, khi kết quả phép chia bằng 0 số dư sinh ra cuối cùng là số có trọng số lớn nhất. Đối với số thập phân, phần nguyên làm giống số nguyên, phần thập phân dùng phép nhân 16 liên tiếp, lấy các số nguyên được sinh ra. Số nguyên sinh ra trước có trọng số lớn hơn số nguyên sinh ra sau. Kết quả là tổng của phần nguyên và phần thập phân.
30. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số Hex: Ví dụ 1: Chuyển đổi (687)10 sang số hex: 68710/16=4210 dư =1510 (hay F trong hệ hex). 4210/16=2 dư =1010 (hay A trong hệ hex). 2/16=0 dư =2. Do đó, 68710=2AF16.
31. 1.6 Biến đổi giữa các hệ thống số  Chuyển đổi số thập phân sang số Hex: Ví dụ 2: Chuyển đổi (687.625)10 sang số hex: Ta có, 68710=2AF16 (theo ví dụ 1). 0.625 x 16 10 (0,625)10 =(0.A)16 Do đó, 68710=2AF.A16.
32. Bài tập: Biến đổi các số thập phân sau đây thành số hex: a. 3210. b. 4110. c.1810. d. 298910.
33. 1.5 Mã BCD (Binary Coded Decimal) Mã BCD dùng số nhị phân 4 bit có giá trị tương đương thay thế cho từng số hạng trong số thập phân. Ví dụ: Số 62510 có mã BCD là 0110 0010 0101. Mã BCD dùng rất thuận lợi : mạch điện tử đọc các số BCD và hiển thị ra bằng đèn bảy đoạn (led hoặc LCD) hoàn toàn giống như con người đọc và viết ra số thập phân.
34. Bài tập: Biến đổi các số thập phân sau đây thành hình thức BCD: a. 1310. b. 1710. c. 2010. d. 9710.
35. THE END