D2-第四章算術邏輯運算電路

第4章算術邏輯運算電路4.1基本算術運算電路4.2算術邏輯單元的組織4.3邏輯運算和集成ALU模塊4.4

BCD碼運算D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!1.1位全加器2.多位加法器3.算法移位4.比較運算§4.1基本算術邏輯電路D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!A＝a3a2a1a0＝1011B=b3b2b1b0＝11101011————A1110————B

110————Ci-111001………..∑i+1.1位全加器二進制加法運算舉例半加全加D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!真值表1111101011011011000101110100101010000000∑COQPCI1位全加器邏輯符號∑COCIQP

∑D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!COB3A3B2A2B1A1B0A0∑3∑2∑1∑0∑COCI∑COCI∑COCI∑COCIQPQPQPQP2.多位全加器4位全加器串行進位的速度低？思考：如何構成n位全加器？D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!集成4位加法器—74283∑COCI30Q30P30∑？思考：如何用74283構成8位加法器？D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!真值表ABFA＞BFA=BFA＜B000100100110100110104.比較運算1位比較器☉D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!輸入輸出A3B3A2B2A1B1A0B0A>BA<BA=BFA>BFA<BFA=BA3>B3×××××××××100A3<B3×××××××××010A3=B3A2>B2×××××××100A3=B3A2<B2×××××××010A3=B3A2=B2A1>B1×××××100A3=B3A2=B2A1<B1×××××010A3=B3A2=B2A1=B1A0>B0×××100A3=B3A2=B2A1=B1A0<B0×××010A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0100100A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3=B3A2=B2A1=B1A0=B00010017485功能表D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!1.加法運算與ALU的組織2.減法運算與求補電路3.乘法的實現(xiàn)與ALU的結構§4.2算術邏輯單元ALU的組織連加法移位相加法D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!寄存器傳遞語言RTL舉例：A←0A←BA←B0~5A←A+BA←SRAA0←X目標寄存器←源寄存器[運算符[源寄存器]]D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!（1）減法ALU結構2.減法運算與求補電路？思考：補碼系統(tǒng)中，如何求相反數(shù)？？思考：能否將加、減電路統(tǒng)一起來？D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!（1）連加法實現(xiàn)M×N3.乘法運算與ALU結構加法的擴展，通過連加法或移位相加法實現(xiàn)配置：

寄存器Y存放M；遞減計數(shù)器C存放N；累加器A存放積P。A←A+YC←C-1D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!連加法的硬件實現(xiàn)方案方案1:（M、N的字長均為n）2n位的累加器2n位的全加器方案2:n位普通累加器和n位遞增計數(shù)器構成A

將全加器的溢出作為遞增計數(shù)器的計數(shù)使能信號n位全加器D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!【例】連加法求10110101步驟遞增計數(shù)器累加器遞減計數(shù)器BStep10000000001011011Step20000101101001011Step30001011000111011Step40010000100101011Step50010110000011011Step60011011100001011D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!1101

×10111101

﹢1101100111

﹢0000

100111

﹢1101

10001111計算機實現(xiàn)方案1：部分積左移D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!部分積之和右移的一般情形A3A2A1A0

×

B3B2B1B0(A3A2A1A0)×B0

第一次部分積P3/P2/P1/P0

部分積之和右移1位﹢(A3A2A1A0)×B1第二次部分積P5//P4//P3//P2//P1P0部分積之和P5//P4//P3//P2//P1P0部分積之和右移1位

﹢(A3A2A1A0)×B2第三次部分積P6///P5///P4///P3///P2P1P0部分積之和

P6///P5///P4///P3///P2P1P0部分積之和右移1位

﹢(A3A2A1A0)×B3第四次部分積

P7P6P5P4P3P2P1P0部分積之和

P7P6P5P4P3P2P1P0部分積之和右移1位D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!【例】11011011YCarryABCMem110100000101101001101011011011010011010011011010011shr1101100111101001111010100111100010shr11010010011110001shr1101100011111000111010100011110000shrD2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!乘法的其它實現(xiàn)方案：

乘法器和乘法表乘法器乘法表D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!1.1位BCD碼加法運算2.多位BCD碼全加器3.BCD碼乘法§4.4

BCD碼運算？思考：兩個1位BCD碼相加，結果范圍是什么？D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!BCD碼的修正需作+6處理的包括：①出現(xiàn)CO②B8B4B2B1≥1010111111B8B4B2B1修正條件為：CO+B8B4+B8B2D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!2.多位BCD碼全加器（1）行波進位的并行BCD碼全加器COCIQP∑COCIQP∑COCIQP∑COCIQP∑總進位D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!（3）串行BCD碼加/減運算低位開始，按時鐘節(jié)拍1位1位送入，結果低位先出例324+238CPA/SA寄存器B寄存器D觸發(fā)器MC14561MC14560結果D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!000001000100COCOCICOCICIQP00000100QP10000010QP01000001QP01010000010101100110∑∑∑∑A3·B0高位積A2·B0高位積A0·B0高位積A1·B0高位積A3·B0低位積

0

A2·B0低位積A1·B0低位積A0·B0低位積BCD碼乘法高速算法？思考：如何實現(xiàn)多位與多位的乘法？D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!具體實現(xiàn)：①與或②異或③與或非？思考：如何列寫1位全加器的與或非形式？集成1位全加器—74183、74184D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!超前進位方式迭代下去，最終有：超前進位只有2級門電路延時，速度高D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!實現(xiàn)方法：②錯位存儲實現(xiàn)

P166頁圖4.73.算法移位？思考：定點數(shù)左移或右移1位結果是什么？①移位寄存器實現(xiàn)D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!多位比較器實現(xiàn)方法：先比較兩個數(shù)的最高位，若相等；再比較次高位，以此類推。COMPA0A1A2A<BA=BA>B03PFA＜BFA＝BA3B0B1B203QB3P<QP=QP>QFA＞B＜＝＞集成4位數(shù)值比較器—7485D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!【例】用7485構成8位數(shù)值比較器FA＜BFA＝BFA＞BCOMP高位片03PQP<QP=QP>Q<=>03COMP低位片A0A1A203PA3QP<QP=QP>Q<=>03B0B1B2B31A4A5A6A7B4B5B6B7D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!（1）加法ALU的基本結構操作數(shù)累加器加法操作過程1.加法運算與ALU組織(1)取操作數(shù)（被加數(shù)M）存入累加器A中CLA:①A←0;②B←M;③A←A+B(2)取另1操作數(shù)N并與M相加，和存入A中ADD:①B←N;②A←A+B(3)將和存入存儲器STO:MEM←AD2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!（2）加法運算的溢出問題(Overflow)

補碼系統(tǒng)的溢出判別電路真值表01111011010100010110001011000000Ovr∑nBnAn（3）浮點數(shù)加法運算—對階D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!（2）具有加/減控制的全加器電路ADDSUBP4P3P2P1P0Q4Q3Q2Q1Q0∑4∑3∑2∑1∑0CO&&&&&&&&&&&&&&&D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!連加法的實現(xiàn)流程D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!方案2的實現(xiàn)邏輯圖（8位為例）遞增計數(shù)器累加器H4L44位全加器寄存器BOver遞減計數(shù)器C被加數(shù)加數(shù)D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!手動乘法運算舉例（2）移位相加法實現(xiàn)M×N1101

×1011110111010000

﹢1101

10001111D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!1101

×10111101第一次部分積1101部分積之和右移1位﹢1101第二次部分積

100111部分積之和

100111部分積之和右移1位

﹢0000第三次部分積100111部分積之和100111部分積之和右移1位

﹢1101第四次部分積

10001111部分積之和10001111

部分積之和右移1位計算機實現(xiàn)方案2：部分積之和右移D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!移位相加算法乘法ALU結構計數(shù)器C累計器A寄存器BB0全加器Y×B0被乘數(shù)乘數(shù)來自存儲器寄存器YD2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!①符號運算

用異或邏輯實現(xiàn)符號運算②補碼運算的去符號處理

取絕對值相乘＋符號位③全加器溢出問題（3）乘法運算的其它考慮D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!1.基本的邏輯運算

與、或、非、異或、同或等2.中規(guī)模集成ALU模塊—74181§4.3邏輯運算和中規(guī)模集成ALU控制端：M,S3,S2,S1,S0M＝1：邏輯運算M＝0：算術運算D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!N二進制數(shù)十進制數(shù)COB3B2B1B0D21D8D4D2D100000000000…………………90100101001100101010000110101110001…………………150111110101161000010110171000110111181001011000191001111001D2-第四章算術邏輯運算電路共43頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!∑AB30PB0B130QB2CI30B3∑CO84218421被加數(shù)加數(shù)∑30P1230Q4CI308∑CO8