計(jì)算機(jī)組成原理第二章ppt課件

1、2.5 2.5 定點(diǎn)運(yùn)算器的組成與構(gòu)造定點(diǎn)運(yùn)算器的組成與構(gòu)造n運(yùn)算器是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展加工處置的部件，運(yùn)算器是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展加工處置的部件，它的詳細(xì)義務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和它的詳細(xì)義務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，所以它又稱為算術(shù)邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算，所以它又稱為算術(shù)邏輯運(yùn)算部件，簡(jiǎn)記為部件，簡(jiǎn)記為ALU(Arithmetic Logic ALU(Arithmetic Logic UnitUnit，是，是CPUCPU的重要組成部分。的重要組成部分。n算術(shù)邏輯運(yùn)算器算術(shù)邏輯運(yùn)算器ALUALU是由多個(gè)一位全加器是由多個(gè)一位全加器組成的。組成的。一位全加器：一位全加器：一位全加器真值表：一位全加器真值表：一位

2、全加器的邏輯圖：一位全加器的邏輯圖： 1=1&=12.5.1 2.5.1 多功能算術(shù)邏輯運(yùn)算單元多功能算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)(ALU)1 1并行加法器及其進(jìn)位鏈并行加法器及其進(jìn)位鏈并行加法器運(yùn)用的全加器的位數(shù)與操作數(shù)并行加法器運(yùn)用的全加器的位數(shù)與操作數(shù)的位數(shù)一樣，它可以同時(shí)對(duì)操作數(shù)的各的位數(shù)一樣，它可以同時(shí)對(duì)操作數(shù)的各位進(jìn)展相加，所以稱為并行加法器。位進(jìn)展相加，所以稱為并行加法器。將進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生與傳送的邏輯構(gòu)造稱為將進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生與傳送的邏輯構(gòu)造稱為進(jìn)位鏈。進(jìn)位鏈。補(bǔ)碼加減法的實(shí)現(xiàn)邏輯框圖補(bǔ)碼加減法的實(shí)現(xiàn)邏輯框圖1 1串行進(jìn)位的并行加法器串行進(jìn)位的并行加法器n當(dāng)操作數(shù)為當(dāng)操作數(shù)為

3、n n1 1位長(zhǎng)時(shí)，需求用位長(zhǎng)時(shí)，需求用n nl l位位全加器構(gòu)成加法器。全加器構(gòu)成加法器。n延遲時(shí)間：包括進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生和傳送延遲時(shí)間：包括進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生和傳送所占用的時(shí)間及加法器本身求和的延遲所占用的時(shí)間及加法器本身求和的延遲時(shí)間。時(shí)間。n特點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單，速度慢。特點(diǎn)：線路簡(jiǎn)單，速度慢。串行進(jìn)位的并行加法器：串行進(jìn)位的并行加法器：2 2并行進(jìn)位的并行加法器并行進(jìn)位的并行加法器n要提高加法器的運(yùn)算速度，就必需處理進(jìn)要提高加法器的運(yùn)算速度，就必需處理進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生和傳送問(wèn)題。位信號(hào)的產(chǎn)生和傳送問(wèn)題。n設(shè)設(shè) = = 稱為進(jìn)位傳送函數(shù)或進(jìn)位傳送稱為進(jìn)位傳送函數(shù)或進(jìn)位傳送條件。條件。n設(shè)設(shè) = =

4、稱為進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)或本地進(jìn)位。稱為進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)或本地進(jìn)位。n 由于在一位全加器中，進(jìn)位信號(hào)可表示由于在一位全加器中，進(jìn)位信號(hào)可表示為：為：將串行進(jìn)位鏈的表達(dá)式改寫成如下方式：將串行進(jìn)位鏈的表達(dá)式改寫成如下方式：各進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生不再各進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生不再與低位的進(jìn)位信號(hào)有關(guān)，與低位的進(jìn)位信號(hào)有關(guān)，而只與兩個(gè)參與運(yùn)算的而只與兩個(gè)參與運(yùn)算的數(shù)和數(shù)和C0C0有關(guān)有關(guān). .1)1)組內(nèi)并行、組間串行的進(jìn)位鏈組內(nèi)并行、組間串行的進(jìn)位鏈n這種進(jìn)位鏈也稱為單重分組騰躍進(jìn)位。這種進(jìn)位鏈也稱為單重分組騰躍進(jìn)位。以以1616位加法器為例，普通可分作位加法器為例，普通可分作4 4個(gè)小組，個(gè)小組，每小組每小組4 4位，每組

5、內(nèi)部都采用并行進(jìn)位構(gòu)位，每組內(nèi)部都采用并行進(jìn)位構(gòu)造，組間采用串行進(jìn)位傳送構(gòu)造。造，組間采用串行進(jìn)位傳送構(gòu)造。n組內(nèi)各位的進(jìn)位表達(dá)式為組內(nèi)各位的進(jìn)位表達(dá)式為: :4 4位一組并行進(jìn)位鏈邏輯圖：位一組并行進(jìn)位鏈邏輯圖：4 4位一組并行進(jìn)位鏈表示圖：位一組并行進(jìn)位鏈表示圖：1616位組內(nèi)并行、組間串行進(jìn)位鏈框圖：位組內(nèi)并行、組間串行進(jìn)位鏈框圖：進(jìn)位鏈延遲時(shí)間：進(jìn)位鏈延遲時(shí)間：n由于每一組并行進(jìn)位網(wǎng)絡(luò)都是二級(jí)門，由于每一組并行進(jìn)位網(wǎng)絡(luò)都是二級(jí)門，設(shè)每級(jí)門延遲為設(shè)每級(jí)門延遲為tdtd，那么，那么1616位組內(nèi)并行位組內(nèi)并行組間串行進(jìn)位鏈的延遲時(shí)間是組間串行進(jìn)位鏈的延遲時(shí)間是8td8td。 2) 2)組內(nèi)

6、并行、組間并行的進(jìn)位組內(nèi)并行、組間并行的進(jìn)位鏈鏈n這種進(jìn)位鏈又稱為多重分組騰躍進(jìn)位鏈。這種進(jìn)位鏈又稱為多重分組騰躍進(jìn)位鏈。組間也采用并行進(jìn)位鏈構(gòu)造，這樣將會(huì)組間也采用并行進(jìn)位鏈構(gòu)造，這樣將會(huì)進(jìn)一步提高運(yùn)算速度。進(jìn)一步提高運(yùn)算速度。n 以以1616位組內(nèi)并行組間并行進(jìn)位鏈為位組內(nèi)并行組間并行進(jìn)位鏈為例，采用了二重進(jìn)位鏈，且第二重進(jìn)位例，采用了二重進(jìn)位鏈，且第二重進(jìn)位鏈也是并行構(gòu)造，見(jiàn)以下圖所示。鏈也是并行構(gòu)造，見(jiàn)以下圖所示。1616位組內(nèi)并行組間并行進(jìn)位鏈框圖：位組內(nèi)并行組間并行進(jìn)位鏈框圖：n將每個(gè)小組最高位的進(jìn)位信號(hào)分成進(jìn)位將每個(gè)小組最高位的進(jìn)位信號(hào)分成進(jìn)位傳送函數(shù)和進(jìn)位生成函數(shù)兩個(gè)部分：傳送函數(shù)和進(jìn)位生成函數(shù)兩個(gè)部分：進(jìn)位傳送函數(shù)進(jìn)位傳送函數(shù)進(jìn)位生成函數(shù)進(jìn)位生成函數(shù)各組間進(jìn)位的表達(dá)式：各組間進(jìn)位的表達(dá)式：各小組的進(jìn)位生成函數(shù)和進(jìn)位傳送函數(shù)各小組的進(jìn)位生成函數(shù)和進(jìn)位傳送函數(shù)的邏輯表達(dá)式：的邏輯表達(dá)式：各組的各組的進(jìn)位生進(jìn)位生成函數(shù)成函數(shù)各組的各組的進(jìn)位傳進(jìn)位傳送函數(shù)送函數(shù)組內(nèi)、組間并行進(jìn)位第一組內(nèi)進(jìn)位鏈邏輯圖組內(nèi)、組間并行進(jìn)位第