计算机组成原理与汇编语言程序设计31.ppt

计算机组成原理与汇编语言程序设计 （第2版）;第2篇 计算机系统分层结构;第3章 微体系结构层——CPU 组织; 中央处理器CPU的主要功能是从主存储器中取出指令、分析指令和执行指令，即按指令控制计算机各部件操作，并对数据进行处理。 ;3.1.1 CPU的组成;1．ALU部件与寄存器;（2）寄存器;③ 寄存器IR（Instruction Register） ;2．总线;3．CPU内部数据通路; CPU数据通路结构只采用一组内总线，它是双向总线。通用寄存器组、其他寄存器和ALU均连在这组内总线上。 ;3.1.2 指令执行过程;2．指令之间的衔接方式;1．同步控制方式;（2）多级时序信号之间的关系;（3）时序系统的组成;为获得进一步的加速，流水线可以分成更多的阶段。 ;第二节 算术逻辑部件ALU和运算方法;1．全加器 ;2．并行加法器与进位链结构;可以看出C 由两部分组成： ;（2）并行加法器的串行进位;3．并行进位（先行进位、同时进位）;4．ALU举例;SN74181的一位单元 ;工作方式选择S3S2S1S0 ;（4）用SN74181构成16位并行进位ALU;3.2.2 定点数运算方法; ③ 补码运算规则 根据以上讨论，可将补码加减规则归纳如下： ? 参加运算的操作数用补码表示。 ? 符号位参加运算。 ? 若指令操作码为加，则两数直接相加；若操作码为减，则将减数连同符号位一起变反加1后再与被减数相加。 ? 运算结果用补码表示。;（3）溢出判别;0 0011111 0 0001101;① 采用一个符号位判断;2．移位;3．定点数乘除运算; 右图是无符号整数一位乘的算法流程图。图中使用了3个寄存器A、B和C。 B用来存放被乘数； C存放乘数； A初值为0，然后存放部分积，最后存放乘积高位。 由于乘数每乘一位该位代码就不再使用，因此用A和C寄存器联合右移以存放逐次增加的部分积，并且使每次操作依据的乘数位始终在C的最低位。乘法完成时，A与C存放的是最后乘积，其中C的内容是乘积的低位部分。 ;实现无符号整数一位乘法的硬件原理框图如下图所示。 ;【例3-10】 1101 1011的运算过程如图所示。;（2）无符号整数一位除法;通过分析恢复余数法可以发现： 当余数A为正时，上商1，下一步A左移一位再减除数B，相当于执行2A-B的运算； 若余数A为负，上商0，并加除数以恢复余数即A+B，下一步左移一位减去除数B，这实际相当于执行 2（A+B）- B = 2A+B 故在出现不够减时，并不需要恢复余数，只是下一步要进行2A+B的操作，因此称为不恢复余数法或加减交替法。其算法流程如右图所示。 图中使用3个寄存器A、B和C。运算开始时，n位除数存放在B中，2n位被除数存放在A和C寄存器中。除法完成后商放在C寄存器中，余数放在A寄存器中。 从图中可以看出，在重复n-1次操作后，如果A中的余数为负，需要恢复余数做A+B。这一步是必需的，因为最后的寄存器A中应获得正确的正余数。 ;【例3-11】 用不恢复余数法计0011。;3.2.3 浮点数运算方法; 下面举一个浮点加的实例。 【例3-12】 设有两个浮点数X=2 ?0.1101012，Y=2 ?(-0.101011)2。;2．浮点数乘除运算;3.2.4 十进制数加减运算