計(jì)算機(jī)組成原理 王誠 計(jì)算機(jī)組成 第4章

計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)課件

王誠教授

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系

2009年10月

第4章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

4.1算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的線路實(shí)現(xiàn)

4.2計(jì)算機(jī)的定點(diǎn)運(yùn)算器

4.3浮點(diǎn)運(yùn)算與浮點(diǎn)運(yùn)算器

4?4提高運(yùn)算器部件處理能力的可行途徑

1＞設(shè)計(jì)支持+、A、V功能的ALU線路

一位的ALU的線路設(shè)計(jì)：1、首先畫出其組成示意圖

輸入數(shù)據(jù)A、B

加減進(jìn)位輸入Cin

加減進(jìn)位輸出Cout

3種運(yùn)算用3部分電路

運(yùn)算結(jié)果S,3選1得到

運(yùn)算功能選擇控制

+/■選擇B或/B的控制

設(shè)計(jì)支持+、A、V功能的ALU線路

一位的ALU的線路設(shè)計(jì)：2、接著寫出功能的真值表

OPABCinSCoutOPABs（與）

000000010000

000101010010

001001010100

001100110111

0000110OPABS（或）

000110111000

001010111011

001111111101

（加法）11111

一位加法器的真值表、邏輯表達(dá)式、線路圖

真值表邏輯表達(dá)式

I；XnYC+XYnChXnYC4-XYC

XnYnCnSnCn+1i=nnnnnnnn

00000

Cn+1=XnYnCn+XnYnCn+XnYnCn+XnYnCn

00000=XnYn+XnCn+YnCn

00000

00000Xn

Sn

00000

Yn

00000

00000

Cn

00000

設(shè)計(jì)支持+、A、V功能的ALU線路

一位的ALU的線路設(shè)計(jì)：3、按真值表寫邏輯表達(dá)式

S=(/OP1/OPO)(A/B/Cin加法運(yùn)算

+/A?B/Cin

+/A?/B?Cin

+ABCin)

+(OP1/OPO)(AB)與運(yùn)算

+(OP1OPO)(A+B)或運(yùn)算

Cout=(/OP1/OPO)-(AB加法運(yùn)算

+A-Cin

+B-Cin)

設(shè)計(jì)支持+、A、V功能的ALU線路

一位的ALU的線路設(shè)計(jì)：4、按邏輯表達(dá)式畫出電路圖

A

與

n

或

n選

1^—>

加這只是個(gè)原理性的

法加法和

設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，真正

器

的產(chǎn)品功能更全，經(jīng)過

Cout優(yōu)化后性能也更高。

設(shè)計(jì)支持+、八、V功能的16位ALU

OPlOPO

用16個(gè)一位的ALU實(shí)現(xiàn)一

個(gè)16位的ALU,使其并行執(zhí)行

so算邏運(yùn)算，使每位ALU處在不

同的數(shù)位上，信號(hào)名加位序號(hào)。

需要把每一位上的ALU的

進(jìn)位輸出信號(hào)和相鄰高位的進(jìn)位

S1

輸入信號(hào)正確連接；并把全部位

上的控制信號(hào)連接在一起，使它

們同步執(zhí)行相同的運(yùn)算功能，從

而對(duì)兩個(gè)16位的數(shù)據(jù)執(zhí)行正確的

運(yùn)算功能，產(chǎn)生正確的結(jié)果。

S15還需要解決進(jìn)位信號(hào)傳送速

度，可采用超前進(jìn)位的方案。

兩種不同類型的運(yùn)算器

運(yùn)算器包括定點(diǎn)運(yùn)算器和

浮點(diǎn)運(yùn)算器兩種類型

定點(diǎn)運(yùn)算器，教學(xué)中重點(diǎn)講解

主要完成對(duì)整數(shù)類型數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯類

型數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算，。

浮點(diǎn)運(yùn)算器，教學(xué)中簡(jiǎn)單介紹

主要完成對(duì)浮點(diǎn)類型數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算，也可以

用于完成長整數(shù)、BCD等類型的數(shù)據(jù)運(yùn)算

2、定點(diǎn)運(yùn)算器的基本功能和組成

等完成算術(shù)、邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果

由ALU執(zhí)行+、—、△、V>-1（X>+等）運(yùn)算

給出并記憶運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)

C（進(jìn)位輸出）、Z（結(jié)果為0）運(yùn)算器由算邏

V（結(jié)果溢出）、S（結(jié)果符號(hào)）

運(yùn)算單元ALU、

給暫存運(yùn)算所用操作數(shù)寄存器組REGs和

和運(yùn)算的中間結(jié)果標(biāo)志位寄存器等三

由通用寄存器組REGs承擔(dān)個(gè)主要部分組成，

多接收輸入數(shù)據(jù)，通過幾組多路選擇

送出運(yùn)算結(jié)果器電路實(shí)現(xiàn)連接。

?作為處理機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)通路（DataPath）

單步完成的一次運(yùn)算的時(shí)序關(guān)系

運(yùn)算周期

AC-----------------------------------!?

-

5省

運(yùn)

寄

寄

控E

算

存

存

制

算

結(jié)

一

器

器

器

運(yùn)

果

內(nèi)

接

執(zhí)

容

收

送

行

送

運(yùn)

立

到

一

出

算

制

時(shí)

號(hào)

量

噂

時(shí)

結(jié)

間

時(shí)

「

間

果

器

間

時(shí)

輸

間

入

特

端

時(shí)

征ALU