3.3 加法器與運算部件

3.3加法器與運算部件需解決的關(guān)鍵問題：如何以加法器為基礎(chǔ)，實現(xiàn)各種類型的算術(shù)邏輯運算處理。解決思路：

復(fù)雜運算四則運算加法運算解決方法：在加法器的基礎(chǔ)上，增加移位傳送功能，并且輸入運算控制條件。1/17加法單元iCi

Ai

Bi（本位操作數(shù)）（本位進位）∑i（本位和）3.3.1加法器及其進位1、加法單元1個輸入為1時:

∑i為1，Ci為0；2個輸入為1時:

∑i為0，Ci為1；3個輸入為1時:

∑i為1，Ci為1。整理真值表∑i=(Ai+Bi+Ci-1)mod

2Ci=(Ai+Bi+Ci-1)int

2（低位進位）Ci-12/17AiBiCi-1∑iCi00000100101100111111+AiBiCi-1∑i=AiBiCi-1+AiBiCi-1+AiBiCi-1+(AiBi+AiBi)Ci-1=(AiBi+AiBi)Ci-1+(Ai⊕Bi)Ci-1=(Ai⊕Bi)Ci-1=(Ai⊕Bi)⊕Ci-1+AiBiCi-1Ci=AiBiCi-1+AiBiCi-1+AiBiCi-1+AiBi=(AiBi+AiBi)Ci-1=(Ai⊕Bi)

Ci-1+AiBi0100011010113/17構(gòu)造全加器∑i

=(

Ai⊕Bi

)⊕Ci-1Ci=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1Ci∑iAiBiCi-1+××4/17所以

Ci=Gi+PiCi-1令A(yù)iBi

=

GiAi⊕Bi=

Pi進位的基本邏輯:本位進位、絕對進位條件進位、傳遞進位Ci=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-12、進位鏈邏輯5/173、串行加法器（1）特點：低位向高位依次傳遞進位信號。[例]先看一個8位數(shù)串行相加的例子（2）影響運算速度的主要因素

進位信號的傳遞∑8

∑7∑2∑1A8B8A7B7A2B2A1B1

11110000C011111100006/17C1（3）進位邏輯

特點：進位信號逐位形成。設(shè)n位加法器

1）邏輯式C1=G1+P1C0C2=G2+P2C1Cn=Gn+PnCn-12）結(jié)構(gòu)舉例Gi×AiBiAiBiPiG1P1C0G2P2C27/17

[特點]各位進位信號同時形成C1=G1+P1C0C2=G2+P2C1

=G2+P2G1+P2P1C0

Cn=Gn+PnCn-1=Gn+PnGn-1+…+PnPn-1…P2P1C0

n+1項4、并行加法器

n位加法器，進位邏輯如下：1）邏輯關(guān)系（代換C1）（代換Cn-1）8/17結(jié)構(gòu)舉例AiBiGiG2P2G1P1C0C2C1⊕PiAiBi9/175、分組進位：組內(nèi)并行、組間并行設(shè)16位加法器，4位一組，分為4組：4位4位4位4位第4組第3組第2組第1組C16~C13C12~C9C8~C5C4~C1C0C16

C12

C8

C4分級（2級）同時進位：組內(nèi)并行、組間也并行。速度/結(jié)構(gòu)：介于全串行和全并行之間。10/17operation4C0n運算標(biāo)志位32/64運算結(jié)果選擇器A選擇器BALU…數(shù)據(jù)源…數(shù)據(jù)源3.3.2算術(shù)邏輯運算單元ALU選擇控制選擇控制1、ALU的外部特性11/172、ALU的標(biāo)志位常常為ALU設(shè)計5個有用的輸出標(biāo)志位，分別如下：：(1)0標(biāo)志-ZF：結(jié)果為0則ZF=1；(2)進/借位標(biāo)志-CF：有進/借位則CF=1(3)溢出標(biāo)志-OF：有溢出則OF=1；(4)符號標(biāo)志-SF：結(jié)果為負(fù)數(shù)則SF=1；(5)奇偶標(biāo)志-PF：結(jié)果中有偶數(shù)個1則PF=1；12/17標(biāo)志位的應(yīng)用：判斷任意兩數(shù)的大小關(guān)系(1)無符號數(shù)，ALU執(zhí)行A-B：ZF=1→A=BZF=0且CF=0→A>BCF=1→A<B(2)符號數(shù)，ALU執(zhí)行A-B，檢查：OF=0且SF=0且ZF=0，或OF=1且SF=1→A>BZF=1→A=BOF=0且SF=1，或OF=1且SF=0→A<B13/173、ALU的EDA設(shè)計模式早期的ALU，采用74181、74182芯片來搭建?，F(xiàn)在采用EDA設(shè)計模式：需求規(guī)格制定→IC設(shè)計（硬件描述語言）→模擬仿真→芯片代工→封裝測試→成品ALU的IC設(shè)計代碼請參見教材14/171、帶多路選擇器的運算器移位器ALU多路選擇器多路選擇器R0RnR0...RnR0...Rn內(nèi)部總線（單向）特點：R各自獨立；可同時向ALU提供兩個操作數(shù)；采用單向內(nèi)總線。3.3.2算術(shù)邏輯運算單元15/172、帶輸入鎖存器的運算器特點：單口RAM不能同時向ALU提供兩個操作數(shù)；用鎖存器暫存操作數(shù)；采用雙向內(nèi)總線。移位器ALU鎖存器鎖存器內(nèi)部總線（雙向）R0Rn通用寄存器組（小型存儲器）16/173、位片式運算器特點：用雙口RAM（兩地址端、兩數(shù)據(jù)端）作通用寄存器組，可同時提供數(shù)據(jù)；用多路選擇器作輸入邏輯，不