计算机组成原理课件第2章运算方法和运算器幻灯片.ppt

利用混合加法器构成的构成的直接乘法阵列如下： 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 2 a1b0 a4b0 a3b0 a2b0 a0b0 a4b4 a4b3 a4b2 a4b1 0 0 0 0 a0b1 a1b1 a1b2 a0b2 a3b1 a2b1 a1b3 a0b3 a3b2 a2b2 a3b3 a2b3 a0b4 a0b4 a0b4 a0b4 0 p0 p4 p3 p2 p1 p7 p6 p5 p8 (p9) 2 符号位 2.5 定点运算器的组成 运算器是数据处理的部件，同时是CPU的重要组成部分，它应该能完成： －算术运算 －逻辑运算 运算器至少包含以下几部分： －算术/逻辑运算部件 －乘除法阵列 －数据缓冲寄存器 －通用寄存器 －内部总线 逻辑运算 运算器除了能完成基本算术运算外,还可对两个或一个逻辑数进行逻辑运算。所谓逻辑数,是指不带符号的二进制数。计算机中的逻辑运算,主要是指逻辑非、逻辑加、逻辑乘、逻辑异四种基本运算。 -逻辑非运算 逻辑非也称求反。对某数进行逻辑非运算,就是按位求它的反,常用变量上方加一横来表示。 例: ｘ1ｘ1 ｘ2ｘ2 算术运算 运算器的核心部件是全加器，利用补码加法、减法公式以及定点数的乘除法运算，运算器能完成基本算术运算。 逻辑加运算 对两个数进行逻辑加,就是按位求它们的“或”,所以逻辑加又称逻辑或,常用记号“V”或“＋”来表示。 例：ｘｙ 求ｘ+ｙ。 1 0 1 0 0 0 0 1 ｘ +　1 0 0 1 1 0 1 1 ｙ　　　　　 1 0 1 1 1 0 1 1 ｚ 即：ｘ+ｙ ＝逻辑乘运算 对两数进行逻辑乘,就是按位求它们的“与”,所以逻辑乘又称“逻辑与”,常用记号“∧”或“·”来表示。 例：ｘｙ求ｘ·ｙ 1 0 1 1 1 0 0 1 ｘ · 　1 1 1 1 0 0 1 1 ｙ 1 0 1 1 0 0 0 1 ｚ 　即 ｘ·ｙ ＝逻辑异运算 对两数进行异就是按位求它们的模2和,所以逻辑异又称“按位加”,常用记号“⊕”表示 例：ｘｙ求ｘ⊕ｙ。 1 0 1 0 1 0 1 1 ｘ ⊕　1 1 0 0 1 1 0 0 ｙ 0 1 1 0 0 1 1 1 ｚ 　即 ｘ⊕ｙ ＝多功能算术/逻辑运算单元（ALU） 由一位全加器(FA)构成的行波进位加法器,它可以实现补码数的加法运算和减法运算。但是这种加法/减法器存在两个问题： 1)由于串行进位,它的运算时间很长。假如加法器由n位全加器构成,每一位的进位延迟时间为20ns,那么最坏情况下, 进位信号从最低位传递到最高位而最后输出稳定,至少需要n*20ns,这在高速计算中显然是不利的。 2）就行波进位加法器本身来说,它只能完成加法和减法两种操作而不能完成逻辑操作。 多功能算术/逻辑运算单元(ALU)不仅具有多种算术运算和逻辑运算的功能,而且具有先行进位, 从而能实现高速运算。 －高速运算的实现思想： 1位全加器(FA)的逻辑表达式为： Fi＝Xi⊕Yi⊕Ci ?? Ci＋1＝XiYi＋YiCi＋CiXi 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来进行全加。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。 逻辑表达式 ： 控制参数S0 ,S1 ,S2 ,S3 分别控制输入Ai和Bi ,产生Yi和Xi的函数： Yi是受S0 ,S1控制的Ai和Bi的组合函数 Xi是受S2 ,S3控制的Ai和Bi的组合函数 设函数关系如下表所示： S0 S1 Yi S2 S3 Xi 0　 0 0 　1 1 0 1 1 Ai AiBi AiBi 0 0　0 0　1 1　0 1　1 1 Ai＋Bi Ai＋Bi Ai S0 S1 Yi S2 S3 Xi 0　 0 0 　1 1 0 1 1 Ai AiBi AiBi 0 0　0 0　1 1　0 1　1 1 Ai＋Bi Ai＋Bi Ai 根据上面所列