第三章CPU子系統(tǒng)運(yùn)算部件寄存器寄存器控制部件運(yùn)算器控制器CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!本章主要討論：運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)與外部的連接指令的執(zhí)行過(guò)程CPU組成CPU工作原理CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!3.1CPU的基本組成運(yùn)算部件寄存器組微命令產(chǎn)生部件時(shí)序系統(tǒng)傳統(tǒng)運(yùn)算器傳統(tǒng)控制器CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!1.運(yùn)算部件輸出邏輯ALU輸入邏輯輸入邏輯操作數(shù)操作數(shù)運(yùn)算結(jié)果(1)輸入邏輯(2)算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU(3)輸出邏輯選擇兩個(gè)操作數(shù)，可以是選擇器或暫存器核心部件，完成具體運(yùn)算。求和、進(jìn)位傳遞具有移位功能，通過(guò)斜位傳送可實(shí)現(xiàn)左移、右移或字節(jié)交換CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能分為四種檔次1）普通微處理器：只設(shè)置一個(gè)ALU，軟件實(shí)現(xiàn)乘除、浮點(diǎn)運(yùn)算2）高檔微處理機(jī)：設(shè)置一個(gè)ALU，并且配合時(shí)序控制，硬件實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)數(shù)乘除，浮點(diǎn)運(yùn)算由軟件（子程序）或硬件完成（浮點(diǎn)協(xié)處理器）3）小、中型機(jī)：只設(shè)置一個(gè)ALU，且將定點(diǎn)乘除部件和浮點(diǎn)部件作為基本配置，硬件實(shí)現(xiàn)4）大、巨型機(jī)：設(shè)置多種運(yùn)算部件，如標(biāo)量運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算和向量運(yùn)算CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!（2）暫存器暫存器不能被CPU直接編程訪問(wèn)，設(shè)置的目的是為了暫存某些中間過(guò)程所產(chǎn)生的信息，避免破壞通用寄存器的內(nèi)容。移位器ALU多路選擇器多路選擇器+1PSWR0R1R2R3IRPCMARMDRMEMORYR0…R3R0…R3C,D,PC,SPC,D,MBR,PSWRRRMMMCPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!2）.用于控制的寄存器（1）IR(指令寄存器)存放現(xiàn)行指令，直至本條指令結(jié)束（2）PC(程序寄存器)（3）PSW(程序狀態(tài)字)存放下條指令(+n)的地址，提供讀取指令的地址，控制執(zhí)行指令序列的流向存放前次運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)NZVCPSW負(fù)零溢出進(jìn)位狀態(tài)位：C,V,Z,N,P控制位：IF,TF,DF為銜接與流水：指令寄存器擴(kuò)充成指令隊(duì)列（或指令棧）提速:IRMDRCPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!3）.用作主存接口的寄存器（對(duì)用戶透明）（1）地址寄存器：MAR（2）數(shù)據(jù)寄存器：MDR(雙向)取指：PC內(nèi)容MAR存取操作數(shù)：地址計(jì)算結(jié)果MAR寫入：數(shù)據(jù)一般先送至MDR，再經(jīng)總線送往主存讀出：數(shù)據(jù)現(xiàn)有總線送入MDR，再經(jīng)CPU內(nèi)部總線送入指定的寄存器CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!3）系統(tǒng)總線系統(tǒng)內(nèi)各大組成部件間（如CPU、M、I/O)總線地址總線：CPU、DMAC提供地址數(shù)據(jù)總線：雙向控制總線：復(fù)位、請(qǐng)求、應(yīng)答、讀/寫、總線仲裁、控制權(quán)轉(zhuǎn)移4）系統(tǒng)外總線一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他設(shè)備、或幾臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連總線實(shí)體：狹義：指一組傳送線廣義：包含一組傳送線及相應(yīng)的控制邏輯DMA控制器CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!6.CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)1）單組內(nèi)總線、分立寄存器結(jié)構(gòu)例：NOVA-1200分立寄存器，一組單向特點(diǎn)：數(shù)據(jù)總線，以ALU為內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送通路的中樞CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!帶多路選擇器的運(yùn)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(diǎn)：R各自獨(dú)立；可同時(shí)向ALU提供兩個(gè)操作數(shù)；采用單向內(nèi)總線。例：要實(shí)現(xiàn)R0R1：(R0)ALUR1CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!帶輸入鎖存器的運(yùn)算器特點(diǎn)：?jiǎn)慰赗AM不能同時(shí)向ALU提供兩個(gè)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(chǔ)器）CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!

位片式運(yùn)算器特點(diǎn)：用雙口RAM（兩地址端、兩數(shù)據(jù)端）作通用寄存器組，可同時(shí)提供數(shù)據(jù)；用多路選擇器作輸入邏輯，不需暫存操作數(shù)；ALU增加乘、除功能，用乘商寄存器存放乘數(shù)、乘積或商。例.4位片運(yùn)算器粗框移位器ALU多路選擇器多路選擇器DO

RAMDi

B地址A地址CnDBDAG、P控制信息Cn+4乘商寄存器444444444444G，P小組進(jìn)位產(chǎn)生、傳遞函數(shù)；Cn+4組間串行進(jìn)位，Cn初始進(jìn)位CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!組內(nèi)并行，組間并行CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!1.基本關(guān)系式(X+Y)補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ)

（1）(X-Y)補(bǔ)=X補(bǔ)+(-Y)補(bǔ)

（2）式（1）：操作碼為“加”時(shí)，兩數(shù)直接相加。3)X=3Y=–2X補(bǔ)=00011Y補(bǔ)=1111000001（+1補(bǔ)碼）2)X=–3Y=–2X補(bǔ)=11101Y補(bǔ)=1111011011（–5補(bǔ)碼）1)X=3Y=2X補(bǔ)=00011Y補(bǔ)=0001000101（+5補(bǔ)碼）4)X=–3Y=2X補(bǔ)=11101Y補(bǔ)=0001011111（–1補(bǔ)碼）例.求(X+Y)補(bǔ)CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!注意：某數(shù)的補(bǔ)碼表示與某數(shù)變補(bǔ)的區(qū)別。例.10101原11011補(bǔ)碼表示10011補(bǔ)01101變補(bǔ)00101原00101補(bǔ)碼表示符號(hào)位不變；負(fù)數(shù)尾數(shù)改變，正數(shù)尾數(shù)不變。00011補(bǔ)11101變補(bǔ)符號(hào)位改變，尾數(shù)改變。補(bǔ)碼的機(jī)器負(fù)數(shù)CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!3.邏輯實(shí)現(xiàn)A(X補(bǔ))B(Y補(bǔ))+AABB+B+B+1CPA

∑A（1）控制信號(hào)加法器輸入端：+A：打開(kāi)控制門，將A送∑。+B：打開(kāi)控制門，將B送∑。+1：控制末位加1。+B：打開(kāi)控制門，將B送∑。加法器輸出端：∑A：打開(kāi)控制門，將結(jié)果送A輸入端。CPA：將結(jié)果打入A。（2）補(bǔ)碼加減運(yùn)算器粗框∑CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!正確0001100010（1）A=3B=23+2：00101（2）A=10B=710+7：010100011110001正溢正確負(fù)溢正確正確（3）A=-3B=-2-3+(-2)：110111110111110（4）A=-10B=-7-10+(-7)：011111011011001（5）A=6B=-46+(-4)：000100011011100（6）A=-6B=4-6+4：111101101000100CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!正確0001100010（1）A=3B=23+2：00101（2）A=10B=710+7：010100011110001正溢正確負(fù)溢正確正確（3）A=-3B=-2-3+(-2)：110111110111110（4）A=-10B=-7-10+(-7)：011111011011001（5）A=6B=-46+(-4)：000100011011100（6）A=-6B=4-6+4：111101101000100Cf=0C=0Cf=0C=1Cf=1C=1Cf=1C=0Cf=1C=1Cf=0C=0111111CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!（1）3+2：正確000011000010000101（2）10+7：001010000111010001正溢正確負(fù)溢正確正確（3）-3+(-2)：110111111101111110（4）-10+(-7)：101111110110111001（5）6+(-4)：000010000110111100（6）-6+4：111110111010000100符號(hào)位Sf1第二符號(hào)位Sf2CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!3.2.1.3移位操作邏輯移位

：數(shù)碼位置變化，數(shù)值不變。1.移位類型算術(shù)移位

10001111循環(huán)左移：0：數(shù)碼位置變化，數(shù)值變化,符號(hào)位不變。1001111算術(shù)左移：1001

1111011110(-15)(-30)CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!（1）單符號(hào)位：1101110110

（2）雙符號(hào)位：101100

1101103.負(fù)數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則（3）移位規(guī)則左移右移右移1101111101左移右移右移110110111011數(shù)符不變（單：符號(hào)位不變；雙：符號(hào)位不變）。左移空位補(bǔ)0（第二符號(hào)位移至尾數(shù)最高位）右移空位補(bǔ)1CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!3.2.2定點(diǎn)乘法運(yùn)算3.2.2.1原碼一位乘法

每次用一位乘數(shù)去乘被乘數(shù)。

1.算法分析乘法部分積累加、移位。例.0.1101×1.1011乘積P=X×Y積符SP=SXSYX原Y原CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!（2）分步乘法每次將一位乘數(shù)所對(duì)應(yīng)的部分積與原部分積的累加和相加，并移位。設(shè)置寄存器：A：存放部分積累加和、乘積高位B：存放被乘數(shù)C：存放乘數(shù)、乘積低位

設(shè)置初值：A=00.0000B=X=00.1101C=Y=.1011CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!2.算法流程0A、XB、YC、0CRCn=1？CR=n？1/2（A+B）A，C1/2（A+0）A，CCR+1CRYYNNSx+SySACPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!3.2.2.2補(bǔ)碼一位乘法算法規(guī)則—校正法只要乘數(shù)Y補(bǔ)為正，則可像原碼乘法一樣進(jìn)行運(yùn)算，其結(jié)果不需校正。如果乘數(shù)Y補(bǔ)為負(fù)，則先按原碼乘法運(yùn)算，結(jié)果再加一個(gè)校正量-X補(bǔ)。—校正法算法規(guī)則—比較法校正法的兩種情況統(tǒng)一，演變?yōu)楸容^法，又稱Booth算法。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!

=X補(bǔ)[(Y1-Y0)+2(Y2-Y1)+2(Y3-Y2)+……-1-2

=X補(bǔ)[(Y1-Y0)+2(Y2-Y1)+2(Y3-Y2)+……-1-2（4）展開(kāi)為部分積的累加和形式：(XY)補(bǔ)=X補(bǔ)(0.Y1Y2……Yn)+(-X)補(bǔ)Y0

=X補(bǔ)(0.Y1Y2……Yn)-X補(bǔ)Y0

=X補(bǔ)(-Y0+2

Y1+2

Y2+……+2Yn)-1-2-n

=X補(bǔ)((-Y0+(Y1-2

Y1)+(2

Y2-2

Y2)+……-1-1-2-(n-1)-n

+(2Yn-2Yn))

+2(0-Yn)-n

+2(0-Yn)-nYn+1

+2(0-Yn)-nYn+1比較法：用相鄰兩位乘數(shù)比較的結(jié)果決定+X補(bǔ)、-X補(bǔ)或+0。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!步數(shù)條件操作AC00.00001.0101

1）10-BCn+00.110100.110100.011011.01012）01+B+11.001111.100111.1100111.0103）10-B+00.110100.100100.01001111.014）01+B+11.001111.011111.101111111.00Cn+1CnCn+15）10-B+00.1101CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!53.2.3定點(diǎn)除法運(yùn)算除法若干余數(shù)與除數(shù)加減、移位。例.0.10110÷0.111110.1011011010.01111110.11111000111111101010111111101100.000000.商：0.10110余數(shù)：0.10110×2實(shí)現(xiàn)除法的關(guān)鍵：比較余數(shù)、除數(shù)絕對(duì)值大小，以決定上商。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!步數(shù)條件操作AC00.101100.000001）0-B01.01100+11.0000100.011010.000012）1-B00.11010+11.0000111.110110.000103）恢復(fù)余數(shù)+B+00.1111100.1101001.101000.001014）0-B+11.0000100.10101CnSAQ1

Q2

Q3

r02r0r12r1r2’r22r2r3CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!3.說(shuō)明（1）A、B雙符號(hào)位，X、Y絕對(duì)值，X小于Y。（2）運(yùn)算結(jié)束后，余數(shù)乘以2，與被除數(shù)同號(hào)。-n3.2.3.2原碼不恢復(fù)余數(shù)法（加減交替法）1.算法分析第二步:2r1-B=r2’<0第三步:r2’+B=r2(恢復(fù)余數(shù))第四步:2r2-B=r32r2-B=2(r2’+B)-B=2r2’+B=r3第二步:2r1-B=r2<0第三步:2r2+B=r3(不恢復(fù)余數(shù))CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!步數(shù)條件操作AC00.101100.000001）為正-B01.01100+11.0000100.011010.000012）為負(fù)-B00.11010+11.0000111.110110.000103）+B+00.1111111.101100.00101為正00.10101CnrQ1

Q2

Q3

r02r0r12r1r22r2r34）為正-B01.01010+11.0000100.010110.01011Q4

2r3r4CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!

4.運(yùn)算規(guī)則（1）A、B取雙符號(hào)位，X、Y取絕對(duì)值運(yùn)算，X<Y。（2）根據(jù)余數(shù)的正負(fù)決定商值及下一步操作。（3）求n位商，作n步操作；若第n步余數(shù)為負(fù)，則第n+1步恢復(fù)余數(shù)，不移位。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!47174-4-7-7-4010-43-7-3-(-4)-33.2.3.3補(bǔ)碼不恢復(fù)余數(shù)法（加減交替法）如何判斷是否夠減？如何上商？

如何確定商符？

1.判夠減(1)同號(hào)相除

減-47-744-77-4-(-7)3夠減不夠減夠減不夠減夠減：r與X、Y同號(hào)；不夠減：r與X、Y異號(hào)。(2)異號(hào)相除

加0101+(-4)3+(-7)-3+4-3+73夠減夠減不夠減不夠減夠減：r與X同號(hào),與Y異號(hào)；不夠減：r與X異號(hào),與Y同號(hào)。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!3.算法

(ri+1)補(bǔ)=2ri補(bǔ)+(1-2Qi補(bǔ))Y補(bǔ)ri補(bǔ)與Y補(bǔ)同號(hào)，則Qi補(bǔ)為1，第i+1步作2ri補(bǔ)-Y補(bǔ)；ri補(bǔ)與Y補(bǔ)異號(hào)，則Qi補(bǔ)為0，第i+1步作2ri補(bǔ)+Y補(bǔ)。4.求商符令X補(bǔ)=r0補(bǔ)r0補(bǔ)與Y補(bǔ)同號(hào)：Q0補(bǔ)=1異號(hào)：Q0補(bǔ)=0與實(shí)際商符相反商符5.商的校正X補(bǔ)Y補(bǔ)=(1+2+∑2Qi補(bǔ))+2rn補(bǔ)Y補(bǔ)-n-in-1i=0-n商余數(shù)CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!6.實(shí)例X=0.10110，Y=-0.11111，求X/Y，給出商Q和余數(shù)R。初值：A=X補(bǔ)=00.10110B=Y補(bǔ)=11.00001C=Q補(bǔ)=0.00000-B=00.11111步數(shù)條件操作AC00.101100.0000

1）異號(hào)+B01.01100+11.0000100.011010.00002）同號(hào)+B00.11010+11.0000111.110110.0001Cn-1r、YQ1

Q2

r02r0r12r1r2求商符Q0

異號(hào)0CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!

7.運(yùn)算規(guī)則（1）A、B取雙符號(hào)位，符號(hào)參加運(yùn)算，并且X<Y。（2）根據(jù)余數(shù)與除數(shù)的符號(hào)決定商值及下一步操作。（3）求n-1位商，作n步操作（求出rn）。（4）對(duì)商校正（商符變反，第n位商恒置1）3.2.4浮點(diǎn)四則運(yùn)算CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!AM+BMAM3.尾數(shù)加減.(1)1.0001+0.1001(4)階碼比較：比較線路或減法。(3)對(duì)階操作：小階階碼增大，尾數(shù)右移。例.AE>BE，則BE+1BE，BM，直到BE=AE1.1010(2)0.0101+0.11014.結(jié)果規(guī)格化M<1/21.0010M>1應(yīng)左移規(guī)格化應(yīng)右移規(guī)格化CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!3.2.4.2浮點(diǎn)乘法運(yùn)算步驟：1.檢測(cè)操作數(shù)是否為0。2.階碼相加。若階碼用移碼表示，相加后要修正。浮點(diǎn)乘定點(diǎn)加、定點(diǎn)乘3.尾數(shù)相乘。相乘前不需對(duì)階。設(shè)A=2×AM，B=2×BMAEBEAE+BEA×B=2×(AM×BM)

4.結(jié)果規(guī)格化。一般左規(guī)。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!移位器ALU多路選擇器多路選擇器+1PSWR0R1R2R3IRPCMARMDRMEMORYR0…R3R0…R3C,D,PC,SPC,D,MDR,PSWRRRMMMDC地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器C，D暫存器CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!2.寄存器組(1)通用寄存器組，具有2種以上功能1)用于提供數(shù)據(jù)信息，提供處理對(duì)象的寄存器包括累加器、地址寄存器、計(jì)數(shù)器和移位器，設(shè)計(jì)時(shí)，只有發(fā)送和接收功能，其余操作靠輔助線路完成移位器ALU多路選擇器多路選擇器+1移位(左斜、右斜)計(jì)數(shù)器累加器寄存器D觸發(fā)器SRAM寄存器組（中小規(guī)模的存儲(chǔ)單元）同時(shí)I/O,集成度低單元/寄存器，單雙口RamCPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!X=X+YMOVR0,YADDX,R0(MDR)+(R0)MDRADDX,Y(C)+(MDR)MDR有暫存器，如前頁(yè)圖CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!跟蹤（陷阱）TF，編程設(shè)定斷點(diǎn)；允許中斷IF，編程設(shè)定，IF=1時(shí)允許響應(yīng)外部終端請(qǐng)求半進(jìn)位AF、單步位TF、方向標(biāo)志DF（地址由低到高，還是由高到低）程序優(yōu)先級(jí)程序運(yùn)行過(guò)程中，可能有外部中斷請(qǐng)求，可以根據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)決定CPU執(zhí)行哪一部分。工作方式：用戶態(tài)、管態(tài)其它信息：不同計(jì)算機(jī)，PSW內(nèi)容相差很大如：IBM360的PSW包括系統(tǒng)屏蔽、保護(hù)鍵、AMWP字（工作方式）、中斷碼、指令長(zhǎng)度、條件碼、程序屏蔽、指令地址等。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!3.總線—數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)總線：一組為多個(gè)部件分時(shí)共享的公共信息傳送線路，可以分時(shí)接收（同時(shí)發(fā)送）和分配信息1）CPU內(nèi)部總線ALU總線，連接寄存器與ALU（一條或多條）可能還有地址總線2)部件間總線設(shè)備控制器、智能型接口等部件：微處理器、LM（地址線，數(shù)據(jù)線）CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!5.時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序發(fā)生器（時(shí)序系統(tǒng)）：產(chǎn)生周期節(jié)拍、脈沖源（主振蕩器）：外接晶體振蕩器一組計(jì)數(shù)分頻邏輯:產(chǎn)生所需的周期（節(jié)拍）脈沖等時(shí)序信號(hào)的部件4.微操作命令產(chǎn)生部件在CPU中設(shè)置微命令產(chǎn)生部件，根據(jù)控制信息產(chǎn)生微命令序列，對(duì)指令功能所要求的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行控制，且在數(shù)據(jù)傳送至運(yùn)算部件時(shí)控制完成運(yùn)算處理。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!獨(dú)立結(jié)構(gòu)小型存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單口雙口寄存器組獨(dú)立R、雙口RAM用多路選擇器作為ALU的輸入邏輯，單口RAM用鎖存器作為ALU的輸入邏輯。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!2）單組內(nèi)總線、集成寄存器結(jié)構(gòu)集成化寄存器組(SRAM)，一組雙特點(diǎn)：例：要實(shí)現(xiàn)R0R1：(R0)暫存器R1向數(shù)據(jù)總線，ALU輸入端設(shè)暫存器CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!3）多組內(nèi)總線數(shù)據(jù)總線（ALU）：連接ALU與寄存器組，雙工數(shù)據(jù)收發(fā)器，系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線地址總線：指令部件、ALU部件、段地址處理部件、頁(yè)地址處理部件、地址驅(qū)動(dòng)指令總線：收發(fā)器、指令隊(duì)列、指令預(yù)譯碼、譯碼、控制ROM內(nèi)部控制總線：控制ROM，控制ALU及各有關(guān)部件CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!

第二節(jié)運(yùn)算方法3.2.1.1補(bǔ)碼加減法數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號(hào)位參加運(yùn)算。實(shí)際操作能否只取決于操作碼？結(jié)果需不需修正？如何將減法轉(zhuǎn)換為加法？3.2.1定點(diǎn)加減運(yùn)算CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!(X+Y)補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ)

（1）(X-Y)補(bǔ)=X補(bǔ)+(-Y)補(bǔ)

（2）式（2）：操作碼為“減”時(shí)，將減轉(zhuǎn)換為加。1)X=4Y=–5X補(bǔ)=00100Y補(bǔ)=11011(-Y)補(bǔ)=0010101001（+9補(bǔ)碼）2)X=–4Y=5X補(bǔ)=11100Y補(bǔ)=00101(-Y)補(bǔ)=1101110111（–9補(bǔ)碼）例.求(X–Y)補(bǔ)Y補(bǔ)(–Y)補(bǔ)：將Y補(bǔ)變補(bǔ)不管Y補(bǔ)為正或負(fù)，將其符號(hào)連同尾數(shù)一起各位變反，末位加1。即將減數(shù)變補(bǔ)后與被減數(shù)相加。X補(bǔ)=00100Y補(bǔ)=11011X補(bǔ)=11100Y補(bǔ)=00101CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!2.算法流程操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號(hào)位參加運(yùn)算結(jié)果為補(bǔ)碼表示，符號(hào)位指示結(jié)果正負(fù)X補(bǔ)+Y補(bǔ)X補(bǔ)+(-Y)補(bǔ)ADDSUBCPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!3.2.1.2溢出判斷在什么情況下可能產(chǎn)生溢出？例.數(shù)A有4位尾數(shù)，1位符號(hào)SA數(shù)B有4位尾數(shù)，1位符號(hào)SB

符號(hào)位參加運(yùn)算結(jié)果符號(hào)Sf符號(hào)位進(jìn)位Cf尾數(shù)最高位進(jìn)位CCPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!00111（2）A=10B=710+7：01010

10001（4）A=-10B=-7-10+(-7)：0111110110110011.硬件判斷邏輯一（SA、SB與Sf的關(guān)系）溢出=SASBSfSASfSB2.硬件判斷邏輯二（Cf與C的關(guān)系）CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!（2）A=10B=710+7：01010

0011110001（4）A=-10B=-7-10+(-7)：0111110110110011.硬件判斷邏輯一（SA、SB與Sf的關(guān)系）溢出=SASBSfSASfSB2.硬件判斷邏輯二（Cf與C的關(guān)系）溢出=CfC3.硬件判斷邏輯三（雙符號(hào)位）CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!溢出=Sf1Sf2（2）A=10B=710+7：01010

0011110001（4）A=-10B=-7-10+(-7)：0111110110110011.硬件判斷邏輯一（SA、SB與Sf的關(guān)系）溢出=SASBSfSASfSB2.硬件判斷邏輯二（Cf與C的關(guān)系）溢出=CfC3.硬件判斷邏輯三（雙符號(hào)位）CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!（1）單符號(hào)位：0011101110

（2）雙符號(hào)位：0011100001112.正數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則（3）移位規(guī)則左移右移右移0011100011左移左移右移右移011100001110000111數(shù)符不變（單：符號(hào)位不變；雙：符號(hào)位不變）?？瘴谎a(bǔ)0（右移時(shí)第二符號(hào)位移至尾數(shù)最高位）。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!3.2.1.4舍入方法1.0舍1入（原碼、補(bǔ)碼）000100原

100101原

111011補(bǔ)

2.末位恒置1（原碼、補(bǔ)碼）000100原

111011補(bǔ)

100101原

00010原

10011原

11110補(bǔ)

00011原

10011原

11101補(bǔ)

例.保留4位尾數(shù)：例.保留4位尾數(shù)：CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!（1）手算0.1101×0.101111011101000011010.10001111上符號(hào)：1.10001111部分積問(wèn)題：1）加數(shù)增多（由乘數(shù)位數(shù)決定）。2）加數(shù)的位數(shù)增多（與被乘數(shù)、乘數(shù)位數(shù)有關(guān)）。改進(jìn)：將一次相加改為分步累加。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!0.1101×0.101111011101000011010.10001111BC步數(shù)條件操作AC00.0000.10111）Cn=1+BCn+00.110100.110100.01101.1012）Cn=1+B+00.110101.001100.100111.103）Cn=0+0+00.000000.100100.0100111.14）Cn=1+B+00.110101.000100.10001111X原×Y原=1.10001111CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!

3.運(yùn)算規(guī)則（1）操作數(shù)、結(jié)果用原碼表示；（2）絕對(duì)值運(yùn)算，符號(hào)單獨(dú)處理；（3）被乘數(shù)(B)、累加和(A)取雙符號(hào)位；（4）乘數(shù)末位(Cn)為判斷位，其狀態(tài)決定下步操作；（5）作n次循環(huán)（累加、右移）。CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!3.2.2.2補(bǔ)碼一位乘法

1.算法分析

X補(bǔ)=X0.X1X2……Xn（1）Y為正：Y補(bǔ)=0.Y1Y2……Yn

(XY)補(bǔ)=X補(bǔ)(0.Y1Y2……Yn)（2）Y為負(fù)：Y補(bǔ)=1.Y1Y2……Yn

(XY)補(bǔ)=X補(bǔ)(0.Y1Y2……Yn)+(-X)補(bǔ)（3）Y符號(hào)任意：

(XY)補(bǔ)=X補(bǔ)(0.Y1Y2……Yn)+(-X)補(bǔ)Y0符號(hào)位CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!

2.比較法算法Yn(高位)Yn+1(低位)操作(A補(bǔ)為部分積累加和)00011011

1/2A補(bǔ)1/2(A補(bǔ)+X補(bǔ))1/2(A補(bǔ)-X補(bǔ))1/2A補(bǔ)(0)(1)(-1)(0)3.運(yùn)算實(shí)例X=-0.1101,Y=-0.1011,求(XY)補(bǔ)。初值：A=00.0000,B=X補(bǔ)=11.0011,-B=(-X)補(bǔ)=00.1101,C=Y補(bǔ)=1.0101CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!(XY)補(bǔ)

=0.100011114）01+B+11.001111.011111.101111111.05）10-B+00.110100.10001111修正(1)A、B取雙符號(hào)位，符號(hào)參加運(yùn)算；(2)C取單符號(hào)位，符號(hào)參加移位，以決定最后是否修正；(3)C末位設(shè)置附加位Cn+1，初值為0，CnCn+1組成判斷位，決定運(yùn)算操作；(4)作n步循環(huán),若需作第n+1步,則不移位,僅修正。

4.運(yùn)算規(guī)則1.0:-B修正0.1:+B修正0.0:不修正1.1:不修正CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁(yè)!3.2.3.1原碼恢復(fù)余數(shù)法1.算法

比較兩數(shù)大小可用減法試探。2×余數(shù)-除數(shù)=新余數(shù)為正:夠減,商1。為負(fù):不夠減,商0,恢復(fù)原余數(shù)。2.實(shí)例X=-0.10110，Y=0.11111，求X/Y，給出商Q和余數(shù)R設(shè)置：A：被除數(shù)、余數(shù)，B：除數(shù)，C：商初值：A=X=00.10110B=Y=00.11111C=Q=0.00000-B=11.00001CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁(yè)!步數(shù)條件操作AC00.101010.00101

5）0-B01.01010+11.0000100.010110.010116）1-B00.10110+11.0000111.101110.101107）恢復(fù)余數(shù)+B+00.1111100.10110Q=-0.10110CnQ4

Q5

Q3

r32r3r42r4r5’r5R=0.10110×2-5X/Y=-0.10110+-0.10110×2-50.11111CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁(yè)!2.算法

ri+1=2ri+(1-2Qi)Yri為正，則Qi為1，第i+1步作2ri-Y；ri為負(fù)，則Qi為0，第i+1步作2ri+Y。3.實(shí)例X=0.10110，Y=-0.11111，求X/Y，給出商Q和余數(shù)R。初值：A=X=00.10110B=Y=00.11111C=Q=0.00000-B=11.00001CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁(yè)!步數(shù)條件操作AC00.010110.01011

6）為負(fù)恢復(fù)余數(shù)+B+00.1111100.10110Q=-0.10110CnQ4

r45）為正-B00.10110+11.0000111.101110.10110Q5

2r4r5’r5R=0.10110×2-5X/Y=-0.10110+0.10110×2-5-0.11111CPU-1運(yùn)算部件2011年09級(jí)共77頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁(yè)!3.2.3.3補(bǔ)碼不恢復(fù)余數(shù)法（加減交替法）如何判斷是否夠減？如何上商？

如何確定商符？

補(bǔ)碼除法法則X補(bǔ)