计算机组成原理 讲义（第三版）备课课件 2_5.ppt

2.5 定点运算器的组成n2.5.1 逻辑运算n2.5.2 多功能算术逻辑运算单元n2.5.3 内部总线n2.5.4 定点运算器的基本结构2.5.1 逻辑运算n逻辑非（求反）n逻辑或（逻辑加）n逻辑与（逻辑乘）n逻辑异（按位加）2.5.2 多功能算术/逻辑运算单元n加法/减法器存在的问题n串行进位，运算时间较长n只能完成算术运算，不能完成逻辑运算n全加器的表达式为： Si = Ai Bi Ci Ci+1 = AiBi + BiCi + AiCin一位全加器内部逻辑图BCSiCi+1ABCAAiBiCi图2-2 行波进位补码加法/减法器FAFAFAFAFAS0S1Sn-3Bn-1An-1Bn-2An-2Cn-1CnSn-2Sn-1Bn-3An-3Cn-2Cn-3B1A1B0A0C1C2C0溢出M方式控制M=1 减M=0 加Ci+1 = AiBi + BiCi + AiCi= AiBi + (Bi+Ai)Ci =Gi+PiCi其中Gi= AiBi ，称为进位发生输出Pi=Ai +Bi ，称为进位传送输出n串行进位方式以四位为例，i=1,2,3,4C1 =G0+P0C0C2 =G1+P1C1C3 =G2+P2C2C4 =G3+P3C3n并行进位方式C1 =G0+P0C0C2 =G1+P1C1=G1+P1(G0+P0C0)=G1+P1G0+P1P0C0C3 =G2+P2C2 =G2+P2(G1+P1G0+P1P0C0) =G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C0C4 =G3+P3C3 =G3+P3(G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C0) = G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0先行进位发生器(CLA)C1C2C3C4P3G3P2G2Gi+C0PiP1G1G0P0nALU逻辑结构原理框图将Ai和Bi先组合成由控制参数S0,S1,S2,S3控制的组合函数Xi和Yi,然后再将Xi,Yi和下一位进位数通过全加器进行全加。

这样,不同的控制参数可以得到不同的组合函数,因而能够实现多种算术运算和逻辑运算nXi,Yi与控制参数和输入量的关系S0S1YiS2S3Xi000010101101011011XiYi=YiY Y0 0X X0 0C1C1M=0：对进位没影响，进行算术运算M=1：封锁进位输出，进行逻辑运算组内先行进位及组间行波进位C16C15C14C2(C0)C1C3C4C5C7C6C8C9C11C12C10C13G50G74G118G1512P30P74P118P1512第3组先行进位加法器第2组先行进位加法器第1组先行进位加法器第0组先行进位加法器C4 =G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0 =G0+P0C0C8 =G7+P7G6+P7P6G5+P7P6P5G4+P7P6P5P4C4 =G1+P1C4C12 =G11+P11G10+P11P10G9+P11P10P9G8 +P11P10P9P8C8=G2+P2C8C16 =G15+P15G14+P15P14G13+P15P14P13G12 +P15P14P13P12C12=G3+P3C12Gi,Pi分别表示第i组的先行发生进位和先行传送进位，此处的含义等同于课本P55中的Gi,PiC4 =G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0 =G0+P0C0C8=G1+P1C4=G1+G0P1+P0P1C0C12=G2+P2C8=G2+G1P2+G0P1P2+P0P1P2C0C16=G3+P3C12=G3+G2P3+G1P1P2+G0P1P2P3+P0P1P2P3C0n两级先行进位的ALU74181ALU设置了P和G两个本组先行进位输出端。

如果将四片74181的P,G输出端送入到74182先行进位部件（CLA），又可实现第二级的先行进位，即组与组之间的先行进位Cn+x=G0+P0CnCn+y=G1+P1Cn+x=G1+G0P1+P0P1CnCn+z=G2+P2Cn+y=G2+G1P2+G0P1P2+P0P1P2CnCn+4=G3+P3Cn+z =G3+G2P3+G1P1P2+G0P1P2P3+P0P1P2P3Cn =G*+P*CnnG*=G3+G2P3+G1P1P2+G0P1P2P3 ：成组进位发生输出nP*=P0P1P2P3 ：成组进位传送输出成组先行进位部件CLA的逻辑电路图8个74181+2个74182构成的32位ALU对一个16位来说，CLA部件构成了第二级的先行进位逻辑，即实现四个小组（位片）之间的先行进位2.5.3 内部总线n根据总线所在位置，总线分为内部总线和外部总线两类n内部总线是指CPU内各部件的连线n外部总线是指系统总线，即CPU与存储器、I/O系统之间的连线n按总线的逻辑结构来说，总线可分为单向传送总线和双向传送总线n所谓单向总线，就是信息只能向一个方向传送n所谓双向总线，就是信息可以分两个方向传送，既可以发送数据，也可以接收数据。

2.5.4 定点运算器的基本结构n运算器包括ALU、阵列乘除器、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑部件n运算器的设计，主要是围绕ALU和寄存器同数据总线之间如何传送操作数和运算结果进行的n在决定方案时，需要考虑数据传送的方便性和操作速度，在微型机和单片机中还要考虑在硅片上制作总线的工艺n运算器的三种总线结构形式动态演示n单总线结构的运算器n双总线结构的运算器n三总线结构的运算器。