1、計(jì)算機(jī)組成原理,主講：顏俊華 第七講：運(yùn)算器和運(yùn)算方法,算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件,需解決的關(guān)鍵問(wèn)題：如何以加法器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算處理？ 解決思路：復(fù)雜運(yùn)算 解決方法：在加法器的基礎(chǔ)上，增加移位傳送功能，并選擇輸入控制條件,四則運(yùn)算,加法運(yùn)算,用硬件實(shí)現(xiàn)算術(shù)、邏輯運(yùn)算功能涉及到的問(wèn)題： 如何構(gòu)成一位二進(jìn)制加法單元？ 如何用n位全加器（連同進(jìn)位信號(hào)傳送邏輯）構(gòu)成一個(gè)n位并行加法器？ 如何以加法器為核心，通過(guò)輸入選擇邏輯擴(kuò)展為具有多種算術(shù)、邏輯功能的ALU？,算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件,（本位操作數(shù)）,（低位進(jìn)位）,（本位進(jìn)位）,（本位和）,一個(gè)輸入為1時(shí)， i為1，Ci為0； 兩個(gè)輸入為1時(shí)， i為0，Ci

2、為1； 三個(gè)輸入為1時(shí)， i為1，Ci為1。,加法單元,（1）邏輯一（全加器）圖3-17(a),加法單元,（2）邏輯二（全加器）圖3-17(b),加法單元,并行加法器,特點(diǎn)：各位同時(shí)相加 影響速度的主要因素：存在著進(jìn)位信號(hào)的傳遞,1 1 1 1,0 0 0 1,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,所以 Ci = Gi + Pi Ci-1,進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù),進(jìn)位傳遞函數(shù)（進(jìn)位條件）,本地進(jìn)位、絕對(duì)進(jìn)位,條件進(jìn)位、傳遞進(jìn)位,Ci = AiBi + (Ai + Bi)Ci-1 = AiBi + (Ai + Bi)Ci-1 或 Ci = AiBi + (Ai + Bi)Ci-1,進(jìn)位信號(hào)基本邏輯,特點(diǎn)

3、：進(jìn)位信號(hào)逐位形成。 設(shè)n位加法器 邏輯式：,1 1 1 1,0 0 0 1,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2C1 Cn = Gn + PnCn-1,串行進(jìn)位,特點(diǎn)：各位進(jìn)位信號(hào)同時(shí)形成。 邏輯式(設(shè)n位加法器),C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2C1 = G2 + P2G1 + P2P1C0 Cn = Gn + PnCn-1 = Gn + PnGn-1 + + PnPn-1P2P1C0,n + 1 項(xiàng),并行進(jìn)位,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

4、 C13 C12 C9 C8 C5 C4 C1,C0,C16 C12 C8 C4,分級(jí)同時(shí)進(jìn)位 組間進(jìn)位:C4C8C12C16用CI C C C表示 組內(nèi)進(jìn)位:C1C3、C5C7、C9C11、C13C15,分組進(jìn)位,第1組組內(nèi)： C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2G1 + P2P1C0 C3 = G3 + P3G2 + P3P2G1 + P3P2P1C0 第1組組間： C4 = G4 + P4G3 + P4P3G2 + P4P3P2G1 + P4P3P2P1C0,GI,PI,所以 CI = GI + PIC0,分組進(jìn)位,第2組組內(nèi)： C5 = G5 + P5CI C6 =

5、G6 + P6G5 + P6P5CI C7 = G7 + P7G6 + P7P6G5 + P7P6P5CI 第2組組間： C8 = G8 + P8G7 + P8P7G6 + P8P7P6G5 + P8P7P6P5CI,G,P,所以 C = G + PCI,第3組組內(nèi)： C9 = G9 + P9C C10 = G10+P10G9+P10P9C C11 = G11+P11G10+P11P10G9+P11P10P9C 第3組組間： C12 = G12+P12G11+P12P11G10+P12P11P10G9 + P12P11P10P9C,G,P,所以 C = G + P C,第4組組內(nèi)： C13=G

6、13+P13C C14=G14+P14G13+P14P13C C15=G15+P15G14+P15P14G13+P15P14P13C 第4組組間： C16=G16+P16G15+P16P15G14+P16P15P14G13 +P16P15P14P13C,G,P,所以 C = G + PC,各組間進(jìn)位邏輯,CI = GI + PIC0 C = G + PCI C = G + P C C = G + PC,= G + PGI + PPIC0,= G + P G + P PGI + P PPIC0,= G + P G + PP G + P P PGI + PP PPIC0,Co,C,G P G P

7、G P GI PI,C3 1,C15 13 C11 9 C7 5,C C CI,進(jìn)位傳遞過(guò)程,Ai、Bi、C0,Co,G、P.GI、PI、,G P G P G P GI PI,C3 1,C,C C CI,C、C、C、CI,C15 13 C11 9 C7 5,C15 13、C11 9、C7 5,C3 1,要求：寫出任一進(jìn)位的串、并邏輯式。 例:已知操作數(shù)Ai、Bi，初始進(jìn)位C0。試 寫出C6的邏輯式。 串行進(jìn)位：C6 = 并行進(jìn)位：C6 = 分級(jí)同時(shí)進(jìn)位：C6 =,G6+P6G5+P6P5G4+. +P6P5P1C0,CI=GI+PIC0,G6+P6C5,G6+P6G5+P6P5CI,GI=G4

8、+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1,PI=P4P3P2P1,Gi=AiBi Pi=AiBi,算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件,ALU：將N位加法器、并行進(jìn)位鏈、輸入選擇門等集成在一塊芯片上。 例如： SN74181 4位片ALU 一位邏輯：,1位加法器： 求和Fi、進(jìn)位Ci 1位輸入選擇器： 操作數(shù)Ai 、Bi， 控制信號(hào)S3、S2、S1、S0 1個(gè)公共控制門： M=0算術(shù)運(yùn)算，M=1邏輯運(yùn)算,算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件,多位邏輯（四位片 SN74181） 4位全加器 4位并行進(jìn)位鏈 4位選擇器 1個(gè)控制門,算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件,SN74181外特性 數(shù)據(jù)輸入端：A0 A3、 B3 B0 結(jié)果輸出： F0 F3 功能選擇控制： M S0 S1 S2 S3 最低位進(jìn)位輸入： Cn 最高位進(jìn)位輸出： Cn+4構(gòu)成組間串行進(jìn)位 小組進(jìn)位輔助函數(shù)：G、P構(gòu)成組間并行進(jìn)位,算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件,ALU運(yùn)算功能 SN74181功能表 P100 表3-2 ALU進(jìn)位邏輯 組間串行,算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件,組間并行,運(yùn)算器組織,具有多路選擇器的運(yùn)算器,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。,運(yùn)算器組織,具有輸入鎖存器的運(yùn)算器,特點(diǎn)： 單口RAM不能同時(shí)