Bài giảng Điện tử số - Nguyễn Trung Hiếu

Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 
BÀI GIẢNG MÔN
ĐIỆN TỬ SỐ
Giảng viên: KS. Nguyễn Trung Hiếu
Điện thoại/E-mail: 0916566268; trunghieutq@gmail.com
Bộ môn: Kỹ thuật điện tử - Khoa KTDT1
Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ 1/2009-2010
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 2
Tài liệu tham khảo
ƒ Giáo trình Kỹ thuật số - Trần Văn Minh, NXB Bưu điện 2002. 
ƒ Cơ sở kỹ thuật điện tử số, Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh, NXB Giáo dục 1996.
ƒ Kỹ thuật số, Nguyễn Thúy Vân, NXB Khoa học và kỹ thuật 1994.
ƒ Lý thuyết mạch logic và Kỹ thuật số, Nguyễn Xuân Quỳnh, NXB Bưu điện 1984.
ƒ Fundamentals of logic design, fourth edition, Charles H. Roth, Prentice Hall 
1991.
ƒ Digital engineering design, Richard F.Tinder, Prentice Hall 1991.
ƒ Digital design principles and practices, John F.Wakerly, Prentice Hall 1990.
ƒ VHDL for Programmable Logic by Kevin Skahill, Addison Wesley, 1996
ƒ The Designer's Guide to VHDL by Peter Ashenden, Morgan Kaufmann, 1996.
ƒ Analysis and Design of Digital Systems with VHDL by Dewey A., PWS 
Publishing, 1993.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 3
Nội dung
ƒ Chương 1: Hệ đếm
Chương 2: Đại số Boole và các phương pháp biểu diễn hàm
Chương 3: Cổng logic
Chương 4: Mạch logic tổ hợp
Chương 5: Mạch logic tuần tự
Chương 6: Mạch phát xung và tạo dạng xung
Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 4
Hệ đếm
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 5
Nội dung
ƒ Khái niệm chung
ƒ Biểu diễn số
Chuyển đổi giữa các hệ đếm
Số nhị phân có dấu
Dấu phẩy động
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 6
Biểu diễn số (1)
ƒ Nguyên tắc chung
ƒ Dùng một số hữu hạn các ký hiệu ghép với nhau theo qui ước về vị trí. 
Các ký hiệu này thường được gọi là chữ số. Do đó, người ta còn gọi hệ
đếm là hệ thống số. Số ký hiệu được dùng là cơ số của hệ ký hiệu là r.
ƒ Giá trị biểu diễn của các chữ khác nhau được phân biệt thông qua trọng
số của hệ. Trọng số của một hệ đếm bất kỳ sẽ bằng ri, với i là số nguyên
dương hoặc âm. 
ƒ Tên gọi, số ký hiệu và cơ số của một vài hệ đếm thông dụng
Chú ý: Người ta cũng có thể gọi hệ đếm theo cơ số của chúng. Ví dụ: Hệ nhị phân = 
Hệ cơ số 2, Hệ thập phân = Hệ cơ số 10...
Tên hệ đếm Số ký hiệu Cơ số (r)
Hệ nhị phân (Binary)
Hệ bát phân (Octal)
Hệ thập phân (Decimal)
Hệ thập lục phân (Hexadecimal)
0, 1
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
2
8
10
16
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 7
Biểu diễn số (2)
ƒ Biểu diễn số tổng quát:
ƒ Trong một số trường hợp, ta phải thêm chỉ số để tránh
nhầm lẫn giữa biểu diễn của các hệ.
Ví dụ:
n 1 1 0 1 m
n 1 1 0 1 m
m
i
i
n 1
N a r ... a r a r a r ... a r
a r
− − −− − −
−
−
= × + + × + × + × + + ×
= ×∑
10 8 1636 , 36 , 36
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 8
Hệ thập phân (1)
ƒ Biểu diễn tổng quát:
Trong đó:
ƒ : biểu diễn bất kì theo hệ 10,
ƒ d : các hệ số nhân (ký hiệu bất kì của hệ),
ƒ n : số chữ số ở phần nguyên,
ƒ m : số chữ số ở phần phân số. 
ƒ Giá trị biểu diễn của một số trong hệ thập phân sẽ bằng tổng các tích của
ký hiệu (có trong biểu diễn) với trọng số tương ứng
ƒ Ví dụ: 1265.34 là biểu diễn số trong hệ thập phân:
n 1 1 0 1 m
10 n 1 1 0 1 m
m
i
i
n 1
N d 10 ... d 10 d 10 d 10 ... d 10
d 10
− − −− − −
−
−
= × + + × + × + × + + ×
= ×∑
10N
3 2 1 0 1 21265.34 1 10 2 10 6 10 5 10 3 10 4 10− −= × + × + × + × + × + ×
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 9
Hệ thập phân (2)
ƒ Ưu điểm của hệ thập phân:
ƒ Tính truyền thống đối với con người. Đây là hệ mà con người dễ nhận
biết nhất.
ƒ Ngoài ra, nhờ có nhiều ký hiệu nên khả năng biểu diễn của hệ rất lớn, 
cách biểu diễn gọn, tốn ít thời gian viết và đọc. 
ƒ Nhược điểm:
ƒ Do có nhiều ký hiệu nên việc thể hiện bằng thiết bị kỹ thuật sẽ khó khăn
và phức tạp. 
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 10
Hệ nhị phân (1)
ƒ Biểu diễn tổng quát:
Trong đó:
ƒ : biểu diễn bất kì theo hệ 2,
ƒ b : là hệ số nhân lấy các giá trị 0 hoặc 1,
ƒ n : số chữ số ở phần nguyên,
ƒ m : số chữ số ở phần phân số. 
ƒ Hệ nhị phân (Binary number system) còn gọi là hệ cơ số hai, gồm chỉ
hai ký hiệu 0 và 1, cơ số của hệ là 2, trọng số của hệ là 2n.
ƒ Ví dụ: 1010.012 là biểu diễn số trong hệ nhị phân.
2N
n 1 1 0 1 m
2 n 1 1 0 1 m
m
i
i
n 1
N b 2 ... b 2 b 2 b 2 ... b 2
b 2
− − −
− − −
−
−
= × + + × + × + × + + ×
= ×∑
3 2 1 0 1 2
21010.01 1 2 0 2 1 2 0 0 0 2 1 2
− −= × + × + × + × + × + ×
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 11
Hệ nhị phân (2)
ƒ Ưu điểm:
ƒ Chỉ có hai ký hiệu nên rất dễ thể hiện bằng các thiết bị cơ, điện. 
ƒ Hệ nhị phân được xem là ngôn ngữ của các mạch logic, các thiết bị tính toán hiện
đại - ngôn ngữ máy.
ƒ Nhược điểm:
ƒ Biểu diễn dài, mất nhiều thời gian viết, đọc.
ƒ Các phép tính:
ƒ Phép cộng:
0 + 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 10
ƒ Phép trừ:
0 - 0 = 0 ; 1 - 1 = 0 ; 1 - 0 = 1 ; 10 - 1 = 1 (mượn 1)
ƒ Phép nhân: (thực hiện giống hệ thập phân)
0 x 0 = 0 , 0 x 1 = 0 , 1 x 0 = 0 , 1 x 1 = 1
Chú ý : Phép nhân có thể thay bằng phép dịch và cộng liên tiếp. 
ƒ Phép chia: Tương tự phép chia 2 số thập phân
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 12
Hệ bát phân (1)
ƒ Biểu diễn tổng quát:
Trong đó:
ƒ : biểu diễn bất kì theo hệ 8,
ƒ O : các hệ số nhân (ký hiệu bất kì của hệ),
ƒ n : số chữ số ở phần nguyên,
ƒ m : số chữ số ở phần phân số. 
ƒ Hệ này gồm 8 ký hiệu : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7. Cơ số của hệ là 8. Việc lựa chọn cơ
số 8 là xuất phát từ chỗ 8 = 23. Do đó, mỗi chữ số bát phân có thể thay thế cho 3 
bit nhị phân.
ƒ Ví dụ: 1265.348 là biểu diễn số trong bát phân.
n 1 0 1 m
8 n 1 0 1 m
m
i
i
n 1
N O 8 ... O 8 O 8 ... O 8
O 8
− − −
− − −
−
−
= × + + × + × + + ×
= ×∑
8N
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 13
Hệ bát phân (2)
ƒ Phép cộng
ƒ Phép cộng trong hệ bát phân được thực hiện tương tự như trong hệ thập phân.
ƒ Tuy nhiên, khi kết quả của việc cộng hai hoặc nhiều chữ số cùng trọng số lớn hơn
hoặc bằng 8 phải nhớ lên chữ số có trọng số lớn hơn kế tiếp.
ƒ Phép trừ
ƒ Phép trừ cũng được tiến hành như trong hệ thâp phân.
ƒ Chú ý rằng khi mượn 1 ở chữ số có trọng số lớn hơn thì chỉ cần cộng thêm 8 chứ
không phải cộng thêm 10.
ƒ Chú ý: Các phép tính trong hệ bát phân ít được sử dụng.
: 3 6 9 1 8( 1 1 )
253
:5 1 2 8 0 8 ( 0 1 )
126
: 2 1 1 4 (1 )
401
donvi viet nho lenhang chuc
chuc viet nho lenhang tram
tram la nhotu hang chuc
+ = = +
+ + + = = +
+ + =
253 :3 6 8 3 6 5( 1 )
126 :5 1 2 2 (1 )
125
donvi no hang chuc
chuc la chohang donvi vay
< → + − =− − − =
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 14
Hệ thập lục phân (1)
ƒ Biểu diễn tổng quát:
Trong đó:
ƒ : biểu diễn bất kì theo hệ 16,
ƒ d : các hệ số nhân (ký hiệu bất kì của hệ),
ƒ n : số chữ số ở phần nguyên,
ƒ m : số chữ số ở phần phân số. 
ƒ Hệ thập lục phân (hay hệ Hexadecimal, hệ cơ số 16).
ƒ Hệ gồm 16 ký hiệu là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F.
ƒ Trong đó, A = 1010 , B = 1110 , C = 1210 , D = 1310 , E = 1410 , F = 1510 .
ƒ Ví dụ: 1FFA là biểu diễn số trong hệ thập lục phân
16N
n 1 0 1 m
16 n 1 0 1 m
m
i
i
n 1
N H 16 .... H 16 H 16 .... H 16
H 16
− − −− − −
−
−
= × + + × + × + + ×
= ×∑
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 15
Hệ thập lục phân (2)
ƒ Phép cộng
ƒ Khi tổng hai chữ số lớn hơn 15, ta lấy tổng chia cho 16. 
Số dư được viết xuống chữ số tổng và số thương được
nhớ lên chữ số kế tiếp. Nếu các chữ số là A, B, C, D, E, 
F thì trước hết, ta phải đổi chúng về giá trị thập phân
tương ứng rồi mới cộng.
ƒ Phép trừ
ƒ Khi trừ một số bé hơn cho một số lớn hơn ta cũng mượn
1 ở cột kế tiếp bên trái, nghĩa là cộng thêm 16 rồi mới
trừ. 
ƒ Phép nhân
ƒ Muốn thực hiện phép nhân trong hệ 16 ta phải đổi các số
trong mỗi thừa số về thập phân, nhân hai số với nhau. 
Sau đó, đổi kết quả về hệ 16. 
1 6 9
2 5 8
3 C 1
+
2 5 8
1 6 9
0 E F
−
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 16
Nội dung
Biểu diễn số
ƒ Chuyển đổi cơ số giữa các hệ đếm
Số nhị phân có dấu
Dấu phẩy động
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 17
Chuyển đổi từ hệ cơ số 10 sang các hệ khác
Ví dụ: Đổi số 22.12510, 83.8710 sang số nhị phân
ƒ Đối với phần nguyên:
ƒ Chia liên tiếp phần nguyên của số thập phân cho cơ số của hệ cần chuyển
đến, số dư sau mỗi lần chia viết đảo ngược trật tự là kết quả cần tìm.
ƒ Phép chia dừng lại khi kết quả lần chia cuối cùng bằng 0.
ƒ Đối với phần phân số:
ƒ Nhân liên tiếp phần phân số của số thập phân với cơ số của hệ cần
chuyển đến, phần nguyên thu được sau mỗi lần nhân, viết tuần tự là kết
quả cần tìm.
ƒ Phép nhân dừng lại khi phần phân số triệt tiêu.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 18
Đổi số 22.12510 sang số nhị phân
ƒ Đối với phần nguyên:
Bước Chia Được Dư
1 22/2 11 0 LSB
2 11/2 5 1
3 5/2 2 1
4 2/2 1 0
5 1/2 0 1 MSB
ƒ Đối với phần phân số:
Bước Nhân Kếtquả
Phần
nguyên
1 0.125 x 2 0.25 0
2 0.25 x 2 0.5 0
3 0.5 x 2 1 1
4 0 x 2 0 0
ƒ Kết quả biểu diễn nhị phân: 10110.001
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 19
Đổi số 83.8710 sang số nhị phân
ƒ Đối với phần nguyên:
Bước Chia Được Dư
1 83/2 41 1 LSB
2 41/2 20 1
3 20/2 10 0
4 10/2 5 0
5 5/2 2 1
6 2/2 1 0
7 1/2 0 1 MSB
ƒ Đối với phần phân số:
Bước Nhân Kếtquả
Phần
nguyên
1 0.87 x 2 1.74 1
2 0.74 x 2 1.48 1
3 0.48 x 2 0.96 0
4 0.96 x 2 1.92 1
5 0.92 x 2 1.84 1
6 0.84 x 2 1.68 1
7 0.68 x 2 1.36 1
8 0.36 x 2 0.72 0
ƒ Kết quả biểu diễn nhị phân: 1010011.11011110
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 20
Đổi một biểu diễn trong hệ bất kì sang hệ 10
ƒ Công thức chuyển đổi:
ƒ Thực hiện lấy tổng vế phải sẽ có kết quả cần tìm. Trong biểu thức trên, ai và r là
hệ số và cơ số hệ có biểu diễn.
ƒ Ví dụ: Chuyển 1101110.102 sang hệ thập phân
n 1 n 2 0 1 m
10 n 1 n 2 0 1 mN a r a r .... a r a r .... a r
− − − −− − − −= × + × + × + × + + ×
6 5 4 3 2 1 0 1 2
10N 1 2 1 2 0 2 1 2 1 2 1 2 0 2 1 2 0 2
64 32 0 8 4 2 0 0.5 0 110.5
− −= × + × + × + × + × + × + × + × + ×
= + + + + + + + + =
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 21
Đổi các số từ hệ nhị phân sang hệ cơ số 8, 16
ƒ Quy tắc:
ƒ Vì 8 = 23 và 16 = 24 nên ta chỉ cần dùng một số nhị phân 3 bit là đủ ghi 8 ký hiệu
của hệ cơ số 8 và từ nhị phân 4 bit cho hệ cơ số 16.
ƒ Do đó, muốn đổi một số nhị phân sang hệ cơ số 8 và 16 ta chia số nhị phân cần
đổi, kể từ dấu phân số sang trái và phải thành từng nhóm 3 bit hoặc 4 bit. Sau đó
thay các nhóm bit đã phân bằng ký hiệu tương ứng của hệ cần đổi tới.
ƒ Ví dụ: Chuyển 1101110.102 sang hệ cơ số 8 và 16
Tính từ dấu phân số, chia số
đã cho thành các nhóm 3 bit 
001 101 110 . 100
↓ ↓ ↓ ↓
1 5 6 4
Kết quả: 1101110.102 = 156.4
Tính từ dấu phân số, chia số
đã cho thành các nhóm 4 bit
0110 1110 . 1000
↓ ↓ ↓
6 E 8
Kết quả: 1101110.102 = 6E.8
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 22
Nội dung
Biểu diễn số
Chuyển đổi cơ số giữa các hệ đếm
ƒ Số nhị phân có dấu
Dấu phẩy động
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 23
3 phương pháp biểu diễn số nhị phân có dấu
ƒ Sử dụng một bit dấu.
ƒ Trong phương pháp này ta dùng một bit phụ, đứng trước các bit trị số để biểu
diễn dấu, ‘0’ chỉ dấu dương (+), ‘1’ chỉ dấu âm (-).
ƒ Ví dụ: số 6: 00000110, số -6: 10000110.
ƒ Sử dụng phép bù 1.
ƒ Giữ nguyên bit dấu và lấy bù 1 các bit trị số (bù 1 bằng đảo của các bit cần được
lấy bù).
ƒ Ví dụ: số 4: 00000100, số -4: 111111011.
ƒ Sử dụng phép bù 2
ƒ Là phương pháp phổ biến nhất. Số dương thể hiện bằng số nhị phân không bù
(bit dấu bằng 0), còn số âm được biểu diễn qua bù 2 (bit dấu bằng 1). Bù 2 bằng
bù 1 cộng 1.
ƒ Có thể biểu diễn số âm theo phương pháp bù 2 xen kẽ: bắt đầu từ bit LSB, dịch
về bên trái, giữ nguyên các bit cho đến gặp bit 1 đầu tiên và lấy bù các bit còn
lại. Bit dấu giữ nguyên.
ƒ Ví dụ: số 4: 00000100, số -4: 111111100.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 24
Cộng và trừ các số theo biểu diễn bit dấu
ƒ Phép cộng
ƒ Hai số cùng dấu: cộng hai phần trị số với nhau, còn dấu là dấu chung. 
ƒ Hai số khác dấu và số dương lớn hơn: cộng trị số của số dương với bù 1 của số
âm. Bit tràn được cộng thêm vào kết quả trung gian. Dấu là dấu dương.
ƒ Hai số khác dấu và số dương lớn hơn: cộng trị số của số dương với bù 1 của số
âm. Lấy bù 1 của tổng trung gian. Dấu là dấu âm. 
ƒ Phép trừ.
ƒ Nếu lưu ý rằng, - (-) = + thì trình tự thực hiện phép trừ trong trường hợp này
cũng giống phép cộng.
ƒ Ví dụ:
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 25
Cộng và trừ các số theo biểu diễn bù 1
ƒ Phép cộng
ƒ Hai số dương: cộng như cộng nhị phân thông thường, kể cả bit dấu. 
ƒ Hai số âm: biểu diễn chúng ở dạng bù 1 và cộng như cộng nhị phân, kể cả bit 
dấu. Bit tràn cộng vào kết quả. Chú ý, kết quả được viết dưới dạng bù 1.
ƒ Hai số khác dấu và số dương lớn hơn: cộng số dương với bù 1 của số âm. Bit 
tràn được cộng vào kết quả.
ƒ Hai số khác dấu và số âm lớn hơn: cộng số dương với bù 1 của số âm. Kết quả
không có bit tràn và ở dạng bù 1.
ƒ Phép trừ
ƒ Để thực hiện phép trừ, ta lấy bù 1 của số trừ, sau đó thực hiện các bước như
phép cộng.
ƒ Ví dụ:
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 26
Cộng các số theo biểu diễn bù 1: Ví dụ
ƒ Hai số dương: cộng như cộng nhị phân thông thường, kể cả bit dấu.
ƒ Hai số âm: biểu diễn chúng ở dạng bù 1 và cộng như cộng nhị phân, kể cả
bit dấu. Bit tràn cộng vào kết quả. Chú ý, kết quả được viết dưới dạng bù 1
0 0 0 0 0 1 0 12 (510)
+ 0 0 0 0 0 1 1 12 (710)
0 0 0 0 1 1 0 02 (1210)
(-12)1 1 1 1 0 0 1 12
Bít tràn→ 1
↓ +
1 1 1 1 1 0 1 02 (-510)
+ 1 1 1 1 1 0 0 02 (-710)
1 1 1 1 1 0 0 1 02
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 27
Cộng các số theo biểu diễn bù 1: Ví dụ
ƒ Hai số khác dấu và số dương lớn hơn: cộng số dương với bù 1 của số âm. 
Bit tràn được cộng vào kết quả.
ƒ Hai số khác dấu và số âm lớn hơn: cộng số dương với bù 1 của số âm. Kết
quả không có bit tràn và ở dạng bù 1.
1 1 1 1 0 1 0 12 (-1010)
+ 0 0 0 0 0 1 0 12 (+510)
1 1 1 1 1 0 1 02 (-510)
(+510)0 0 0 0 0 1 0 12
Bít tràn→ 1
↓ +
0 0 0 0 1 0 1 02 (+1010)
+ 1 1 1 1 1 0 1 02 (-510)
1 0 0 0 0 0 1 0 02
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 28
Cộng và trừ các số theo biểu diễn bù 2
ƒ Phép cộng
ƒ Hai số dương: cộng như cộng nhị phân thông thường. Kết quả là dương.
ƒ Hai số âm: lấy bù 2 cả hai số hạng và cộng, kết quả ở dạng bù 2.
ƒ Hai số khác dấu và số dương lớn hơn: lấy số ... oài lớp cách điện đó nữa. Chúng sẽ được giữ ở đây trong một thời
gian rất dài (ít nhất là 10 năm).
ƒ Để xoá các thông tin, tức là làm mất các điện tích điện tử trong vùng cửa nổi, 
phải chiếu ánh sáng tử ngoại UV vào chíp nhớ. Lúc này, những điện tử hấp
thụ đượ năng lượng và sẽ nhảy lên các mức năng lượng cao và rời khỏi cửa
nổi giống như cách mà chúng đã thâm nhập vào. Trong chip EPROM có một
cửa sổ làm bằng thuỷ tinh thạch anh chỉ để cho ánh sáng tử ngoại đi qua khi
cần xoá số liệu trong bộ nhớ. 
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 216
Bộ nhớ bán cố định - EEPROM (Electrically Erasable 
PROM)
ƒ Cửa sổ thạch anh có giá thành khá đắt và không tiện lợi nên những năm gần đây xuất hiện các chip 
PROM có thể xoá số liệu bằng phương pháp điện. Cấu trúc của ô nhớ giống như hình 7-8.
ƒ Việc nạp các điện tử cho cửa nổi được thực hiện như cách ở EPROM. Bằng một xung điện tương
đối dài, các điện tích mang năng lượng cao được phát ra trong đế sẽ thấm qua lớp cửa ôxit và tích
tụ trong cửa nổi. Để xoá EEPROM, một lớp kênh màng mỏng ôxit giữa vùng cửa nổi trải xuống
dưới đế và cực máng giữ vai trò quan trọng. Các lớp cách điện không thể là lý tưởng được, các điện
tích có thể thấm qua lớp phân cách với một xác suất thấp. Xác suất này tăng lên khi bề dày của lớp
giảm đi và điện thế giữa hai điện cực ở hai mặt lớp cách điện tăng lên. Muốn phóng các điện tích
trong vùng cửa nổi một điện thế (-20 V) được đặt vào cực cửa điều khiển và cực máng. Lúc này các
điện tử âm trong cửa nổi được chảy về cực máng qua kênh màng mỏng ôxit và số liệu lưu giữ được
xoá đi. Điều lưu ý là phải làm sao cho dòng điện tích này chảy không quá lâu vì nếu không vùng cửa
nổi này lại trở nên tích điện dương làm cho hoạt động của transistor không được trạng thái bình
thường (mức nhớ 1)
Lớp ôxit
n- Nguồn n- Máng
Đế bán dẫn loại p
Lớp ôxit
Nguồn MángCửa
- - -
- - -
Cửa nổi
Cửa điều khiển
-
-- -
Đường hầm ôxít
Lớp ôxit
Hình 7-8. Cấu trúc của một EEPROM
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
RAM
ƒ RAM có khả năng cho phép ghi lưu trữ dữ liệu thông tin 
tam thời trong một thời gian, sau đó lại đọc thông tin đó để
tiếp tục xử lý khi cần thiết nên nó có tên là bộ nhớ đọc/viết. 
ƒ Một đặc tính quan trọng khác của RAM là các dữ liệu trong
RAM chỉ có tính chất tạm thời, dễ bị xóa khi mất nguồn
năng lượng cấp
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
Cấu trúc khối của RAM 
ƒ RAM cũng có 4 phần chính như mô tả trên hình 7-17. Điểm
khác biệt là:
ƒ + Mạch điều khiển của RAM phải có thêm đầu vào R/W điều khiển hai
quá trình cơ bản trong thao tác của RAM: ghi dữ liệu thông tin vào nó và
quá trình xuất (đọc) thông tin đã ghi.
ƒ + Mạch đầu ra có khả năng kiểm soát hai chiều trước khi cho phép giao
tiếp với kênh dữ liệu. Quá trình này tuân theo nguyên tắc: (đồng bộ với
việc điều khiển R/W) khi bộ nhớ đang đọc thì không được ghi và ngược
lại; trạng thái thứ ba có thể chờ quyết định.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
Cấu trúc RAM
ƒ Cấu trúc 4 khối của một RAM có 8 bit dữ liệu và 8 bit địa
chỉ
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
Mạch vào ra
B
u
s
d
ữ
l
i
ệ
u
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
Mạch điều khiển
ƒ + Khi ở chế độ đọc, xung R/W ở mức logic 1. Đồng thời các tín hiệu cho phép chọn
CE1, CE2 được kích hoạt ở mức 1 nên lúc này RE = 1, tức là chế độ đọc được thiết
lập. Khi đó tín hiệu = 0 nên tín hiệu cho phép ghi WE = 0 (cấm ghi).
ƒ + Khi ở chế độ ghi, xung R/W ở mức logic 0, = 1, đồng thời các tín hiệu cho phép
chọn CE1, CE2 được kích hoạt ở mức 1 nên lúc này WE = 1, tức là nó ở chế độ ghi. 
Khi đó tín hiệu R/W = 0 nên tín hiệu cho phép đọc RE = 0 (cấm đọc). 
ƒ + Tín hiệu tích cực đồng thời CE1 = CE2 = 1 ở cả hai chế độ đọc và ghi phải được
chuyển cùng lúc tới mảng ô nhớ nhằm thông báo việc xuất (khi đọc) hay việc nhập
(khi ghi) dữ liệu tới địa chỉ ô nhớ đã được mạch giải mã chọn.
ƒ + Khi tín hiệu CE1 . CE2 = 0 (có ít nhất một tín hiệu CE ở trạng thái không tích cực) 
thì mạch điều khiển ở hình 7-19 sẽ chuyển bộ nhớ sang chế độ chờ (Standby) bất chấp
tín hiệu R/W có tích cực hay không, lúc này RE = 0 và WE = 0.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 222
DRAM
ƒ Các ô nhớ được xắp xếp theo hàng và cột trong một ma trận nhớ. Địa chỉ ô nhớ được
chia thành hai phần: địa chỉ hàng và cột. Hai địa chỉ này được đọc vào bộ đệm một
cách lần lượt. Xử lý kiểu này được gọi là hợp kênh, lý do là để giảm kích thước bộ
giải mã, tức là giảm kích thước và giá thành vi mạch. Quá trình dồn kênh địa chỉ này
được điều khiển bởi các tín hiệu RAS (Row Access Strobe) và CAS (Column Access 
Strobe).
ƒ Nếu ở mức tích cực thấp thì DRAM nhận được địa chỉ đặt vào nó và sử dụng
như địa chỉ hàng.
ƒ Nếu ở mức tích cực thấp thì DRAM nhận được địa chỉ đặt vào nó và sử dụng
như địa chỉ cột.
RAS
CAS
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
DRAM
ƒ Một ô nhớ của DRAM gồm có một transistor trường MOS có trở lối vào rất
lớn và một tụ điện C là linh kiện lưu trữ một bit thông tin tương ứng với hai
trạng thái có hoặc không có điện tích trên tụ.
ƒ Transistor hoạt động như một công tắc, cho phép nạp hay phóng điện tích của
tụ khi thực hiện phép đọc hay viết. Cực cửa (Gate) của transistor được nối với
dây hàng (còn gọi là dây từ-WL-Word Line) và cực máng (Drain) được nối
với dây cột (còn được gọi là dây bit BL-Bit Line), cực nguồn (Source) được
nối với tụ điện. Điện áp nạp trên tụ tương đối nhỏ, vì thế cần sử dụng khuếch
đại nhạy trong mạch nhớ. 
ƒ Do dòng rò của transistor nên ô nhớ cần được nạp lại trước khi điện áp trên tụ
thấp hơn một ngưỡng nào đó. Quá trình này được thực hiện nhờ một chu kỳ
“làm tươi” (refresh), khi đó điện áp trên tụ được xác định (ở trạng thái 0 hay 
1) và mức điện áp logic này được viết lại vào ô nhớ.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 224
SRAM
ƒ Một ô nhớ của SRAM giữ thông tin bởi trạng thái của mạch trigơ. Thuật ngữ
“tĩnh” chỉ ra rằng khi nguồn nuôi chưa bị cắt thì thông tin của ô nhớ vẫn được
giữ nguyên. Khác với ô nhớ DRAM, ở đây ô nhớ trigơ cung cấp một tín hiệu số
mạnh hơn nhiều vì đã có các transistor trong các ô nhớ, chúng có khả năng
khuếch đại tín hiệu và do đó có thể cấp trực tiếp cho các đường bit. Trong
DRAM, sự khuếch đại tín hiệu trong các bộ khuếch đại cần nhiều thời gian và
do đó thời gian truy nhập dài hơn. Khi định địa chỉ trong các trigơ ở SRAM, 
các transistor bổ sung cho các trigơ, các bộ giải mã địa chỉcũng được đòi hỏi
như ở DRAM.
CCV
Tra Tra
TrsTrs
WL
BLBL
Tra
WL
BL BL
C
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
SRAM
ƒ Như trong DRAM, cực cửa của transistor được nối với
đường từ và cực máng nối với cặp đường bit. Nếu số liệu
được đọc từ ô nhớ, khi đó bộ giải mã hàng kích hoạt đường
dây từWL tương ứng. Hai transistor T dẫn và nối trigơ nhớ
với cặp dây bit. Như vậy hai lối ra Q và Q_ được nối với các
đường bit và các tín hiệu được truyền tới bộ khuếch đại ở
cuối đường dây này. Vì điện thế chênh lệch lớn nên xử lý
khuếch đại như vậy sẽ nhanh hơn trong DRAM (cỡ 10 ns 
hoặc ngắn hơn), do đó chip SRAM cần địa chỉ cột sớm hơn
nếu thời gian truy nhập không được giảm. Như vậy SRAM 
không cần thực hiện phân kênh các địa chỉ hàng và cột. Sau
khi số liệu ổn định, bộ giải mã cột chọn cột phù hợp và cho
ra tín hiệu số liệu tới bộ đệm số liệu ra và tới mạch ra.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn
SRAM
ƒ Viết số liệu được thực hiện theo cách ngược lại. Qua bộ đệm
vào và bộ giải mã cột, số liệu viết được đặt vào bộ khuếch đại
phù hợp. Cùng lúc đó bộ giải mã hàng kích hoạt đường dây
từ và làm transistor T dẫn. Trigơ đưa số liệu được lưu trữ
vào cặp dây bit. Tuy vậy, bộ khuếch đại nhạy hơn các
transistor nên nó sẽ cấp cho các đường bit một tín hiệu phù
hợp với số liệu viết. Do đó, trigơ sẽ chuyển trạng thái phù
hợp với số liệu mới hoặc giữ giá trị đã được lưu trữ phụ
thuộc vào việc số liệu viết trùng với số liệu đã lưu trữ hay 
không.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 227
Bộ nhớ bán cố định - Bộ nhớ FLASH
ƒ Trong những năm gần đây, một loại bộ nhớ không bay hơi mới đã xuất hiện
trên thị trường, thường được sử dụng thay thế cho các ổ đĩa mềm và cứng
trong những máy tính. Đó là bộ nhớ flash. Cấu trúc của chúng cơ bản như
EEPROM, chỉ có lớp kênh ôxit ở các ô nhớ mỏng hơn. Do vậy chỉ cần điện
thế cỡ 12 V là có thể cho phép thực hiện 10 000 chu trình xoá và lập trình. Bộ
nhớ flash có thể hoạt động gần mềm dẻo như DRAM và SRAM nhưng lại
không bị mất số liệu khi bị cắt điện. Hình 7- 9 chỉ ra sơ đồ khối của nó.
ƒ Phần chính là mạng nhớ bao gồm các ô nhớ FAMOST như được mô tả ở mục
trên. Giống như SRAM, bộ nhớ flash không dồn phân kênh địa chỉ. Các bộ
giải mã hàng và cột chọn một đường từ và một hoặc nhiều cặp đường bit. Số
liệu đọc được đưa ra ngoài bộ đệm số liệu I/O hoặc được viết vào ô nhớ đã
được định địa chỉ bởi bộ đệm này qua cổng I/O. Xử lý đọc được thực hiện với
điện thếMOS thông thường là 5V. Để lập trình một ô nhớ, đơn vị điều khiển
flash đặt một xung điện thế ngắn cỡ 10 μs và 12 V gây nên một sự chọc
thủng thác lũ vào transistor nhớ để nạp vào cửa nổi. Một chip nhớ flash 1 Mb 
có thể được lập trình trong khoảng 2 sec, nhưng khác với EEPROM việc xoá
được thực hiện từng chip một. Thời gian xoá cho toàn bộ bộ nhớ flash 
khoảng 1 sec. Xử lý đọc, lập trình và xoá được điều khiển bởi các lệnh có độ
dài 2 byte được bộ xử lý viết vào các thanh ghi lệnh của mạch điều khiển
flash. 
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 228
Bộ nhớ bán cố định - Bộ nhớ FLASH
ƒ Mục đích sử dụng chính của bộ nhớ
flash là để thay thế cho các ổ đĩa mềm
và ổ đĩa cứng dung lượng nhỏ. Do nó là
mạch tích hợp nên có ưu điểm là kích
thước nhỏ và tiêu thụ năng lượng thấp, 
không bị ảnh hưởng của va đập. Các
đĩa cứng chất rắn dựa trên cơ sở các bộ
nhớ flash có lợi thế về công suất tiêu
thụ cũng như giá thành có dung lượng
tới vài Mbyte. Các card nhớ loại này có
ưu điểm là không gặp phải vấn đề mất
thông tin như trường hợp RAM CMOS 
khi pin Ni-Cd bị hỏng. Thời gian lưu
trữ thông tin trong bộ nhớ flash ít nhất
là 10 năm, thông thường là 100 năm, 
với khoảng thời gian này thì các đĩa
mềm và cứng đã bị hỏng rồi.
ƒ Nhược điểm của bộ nhớ flash là chỉ có
thể xoá theo kiểu lần lượt từng chip 
hoặc lần lượt từng trang.
PPV
WE
CE
OE
Hình 7-9. Sơ đồ bộ nhớ FLASH 
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 229
Bộ nhớ bán cố định - EPROM (Erasable PROM)
ƒ Việc nạp các điện tử vào vùng cửa nổi, tức là tạo ra các ô nhớ mang giá trị 0 
được thực hiện bởi xung điện có độ dài cỡ 50 ms và độ lớn + 20 V đặt giữa
cực cửa va cực máng. Lúc đó những điện tích mang năng lượng lớn sẽ đi qua 
lớp cách điện giữa đế và cửa nổi. Chúng tích tụ trong vùng cửa nổi và được
giữ ở đây sau khi xung lập trình tắt. Đó là do cửa nổi được cách điện cao với
xung quanh và các điện tử không còn đủ năng lượng sau khi lạnh đi, để có thể
vượt ra ngoài lớp cách điện đó nữa. Chúng sẽ được giữ ở đây trong một thời
gian rất dài (ít nhất là 10 năm).
ƒ Để xoá các thông tin, tức là làm mất các điện tích điện tử trong vùng cửa nổi, 
phải chiếu ánh sáng tử ngoại UV vào chíp nhớ. Lúc này, những điện tử hấp
thụ đượ năng lượng và sẽ nhảy lên các mức năng lượng cao và rời khỏi cửa
nổi giống như cách mà chúng đã thâm nhập vào. Trong chip EPROM có một
cửa sổ làm bằng thuỷ tinh thạch anh chỉ để cho ánh sáng tử ngoại đi qua khi
cần xoá số liệu trong bộ nhớ. 
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 230
Bộ nhớ bán cố định - Bộ nhớ CACHE
ƒ Giữa CPU và bộ nhớ chính bằng DRAM, người ta xen vào một bộ nhớ
SRAM nhanh có dung lượng nhỏ bằng 1/10 hoặc 1/100 lần bộ nhớ chính gọi
là cache; dưới sự điều khiển của mạch điều khiển cache, bộ nhớ này sẽ lưu
trữ tạm thời các số liệu thường được gọi và cung cấp nó cho CPU trong thời
gian ngắn.
ƒ Cache chứa các thông tin mới vừa được CPU sử dụng gần đây nhất. Khi CPU 
đọc số liệu nó sẽ đưa ra một địa chỉ tới bộ điều khiển cache. Sau đó một trong
hai quá trình sau sẽ xảy ra:
ƒ Cache hit: nếu địa chỉ đó đã có sẵn trong RAM cache.
ƒ Cache miss: ngược lại, nếu địa chỉ đó không có sẵn trong RAM cache.
CPU
Bộ điều khiển CACHE
DRAM trong bộ 
nhớ chính
SRAM Cache
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 231
Mở rộng dung lượng bộ nhớ
ƒ Các vi mạch nhớ bán dẫn chỉ có dung lượng xác định. Muốn
có bộ nhớ có dung lượng lớn hơn, ta tìm cách ghép nhiều vi 
mạch nhớ nhằm một trong ba mục đích sau:
ƒ Tăng độ dài nhớ, nhưng không làm tăng số lượng từ nhớ.
ƒ Tăng số lượng từ nhớ nhưng không làm tăng độ dài từ nhớ.
ƒ Tăng cả số lượng và độ dài từ nhớ.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 232
Mở rộng độ dài từ
ƒ Trên một chíp nhớ, có thể có
được 1 đến một số hữu hạn
lối ra, thường là 4 hoặc 8 bit. 
Muốn có độ dài từ lớn hơn, 
chẳng hạn từ 4 lên 8 hoặc 16 
bit, ta tiến hành ghép nhiều
chíp nhớ như chỉ ở hình 7-10 
đối với RAM. Đối với ROM 
cách làm cũng tương tự, chỉ
khác trong trường hợp này, có
thể không có lối vào R/⎯W. D0
Dn-1
RAM
I 
° °
BUS địa chỉ
A0
An-1
RAM
II 
BUS dữ liệu
BUS dữ liệu
Hình 7-10. Sơ đồ mở rộng độ dài từ.
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 233
Mở rộng dung lượng (1)
ƒ Muốn mở rộng dung lượng, ta cũng ghép nhiều chíp lại với nhau. Như
đã biết, dung lượng có liên quan đến số lối vào địa chỉ (C = 2N x độ dài
từ, với N là số lối vào địa chỉ). Cứ tăng 1 chíp thì cần có thêm một lối vào
địa chỉ. 
ƒ Khác với trường hợp mở rộng độ dài từ, khi mở rộng dung lượng các lối
vào/ra dữ liệu D và R/ được nối song song. Một phần dung lượng được
trữ vào mỗi chíp. Sự phân chia này dựa trên cơ sở tổ hợp địa chỉ vào và
lối vào điều khiển. Hình 7-11 là một sơ đồ ví dụ.
A0
A11
A12
A13
Bộ giải
mã vào
2 ra 4
Hình 7-11. Phương pháp mở rộng dung lượng.
IC 1
A0
A11 2k
IC 2
A0
A11 2k
IC 3
A0
A11 2k
IC 4
A0
A11 2k
Bài giảng Điện tử số
KS. Nguyễn Trung Hiếu, Bộ môn KTĐTwww.ptit.edu.vn 234
Mở rộng dung lượng (2)
ƒ Để thực hiện phép mở
rộng ta phải sử dụng một
số lối vào địa chỉ dành
riêng cho bộ giải mã
(thường là các địa chỉ có
trọng số cao). Ở sơ đồ
trên ta chọn 2 địa chỉ A12 
và A13 để giải mã. Do đó
ta có thể nhận được 4 giá
trị ra tương ứng. Các giá
trị này tác động lên các lối
vào CS để mở tuần tự các
IC nhớ. Các IC nhớ này
có thể làm ROM hoặc
RAM hoặc cả hai là tùy
chọn. Tuần tựmở các IC 
theo A12, A13 như chỉ ra
ở bảng hoạt động sau.
A0
A11
A12
A13
Bộ giải
mã vào
2 ra 4
Hình 7-11. Phương pháp mở rộng dung lượng.
IC 1
A0
A11 2k
IC 2
A0
A11 2k
IC 3
A0
A11 2k
IC 4
A0
A11 2k
A13 A12 _CS IC mở Khoảng địa chỉ
0 0 _CS1 IC I 000016 - 0FFF16
0 1 _CS2 IC II 100016 - 1FFF16
1 0 _CS3 IC III 200016 - 2FFF16
1 1 _CS4 IC IV 300016 - 3FFF16