现代计算机组成原理

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1、现代计算机组成原理潘明潘松编著科学出版社科学出版社第4章CPU功能模块设计4.18位CPU功能与结构1．CPU的功能（1）指令控制（2）操作控制（3）时序控制（4）数据加工4.18位CPU功能与结构2．CPU的组成结构图4-1CPU组成部件逻辑结构图4.2CPU中的基本部件4.2.1．算术逻辑单元（ALU）算术逻辑单元（ALU）是计算机的核心部件之一，它能执行加法和减法等算术运算，也能执行“与”、“或”、“非”等逻辑运算。算术逻辑单元的基本功能可以根据74LS181的功能用VHDL编辑而成。表4-1ALU181的运算功能选择端高电平作用数据M=HM=L算术操作S3S2S1S0逻辑功能C

2、n=L（无进位）Cn=H（有进位）0000F=AF=AF=A加10001F=A+BF=A+BF=(A+B加)10010F=ABF=A+BF=A+B+10011F=0F减=1（2的补码）F=00100F=ABF=A加ABF=A加AB加10101F=BF=(A+B加)ABF=(A+B加)A+B10110F=A⊕BF=A减BF=A减B减10111F=ABF=A+BF=(A+B)减11000F=A+BF=A加ABF=A加AB加11001F=A⊕BF=A加BF=A加B加11010F=BF=（A+B）加ABF=(A+B)加AB加11011F=ABF=ABF=AB减11100F=1F=A加*AF=A

3、加A加11101F=A+BF=（A+B）加AF=（A+B）加加A11110F=A+BF=（A+B）加AF=（A+B）加加A11111F=AF=AF=A减14.2CPU中的基本部件4.2.1．算术逻辑单元（ALU）【例4-1】LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYALU181ISPORT(S:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);A，B:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);F:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)

4、;COUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);M，CN:INSTD_LOGIC;CO，FZ:OUTSTD_LOGIC);ENDALU181;ARCHITECTUREbehavOFALU181ISSIGNALA9，B9，F9:STD_LOGIC_VECTOR(8DOWNTO0);（接下页）BEGINA9<='0'&A;B9<='0'&B;4.18位CPU功能与结构PROCESS(M,CN,A9,B9)BEGINCASESISWHEN"0000"=>IFM='0'THENF9<=A9+CN;ELSEF9<=NOTA9;ENDIF;WHEN"0001"=>IFM='

5、0'THENF9<=(A9ORB9)+CN;ELSEF9<=NOT(A9ORB9);4.2.1．算术逻辑单元（ALU）ENDIF;WHEN"0010"=>IFM='0'THENF9<=(A9OR(NOTB9))+CN;ELSEF9<=(NOTA9)ANDB9;ENDIF;WHEN"0011"=>IFM='0'THENF9<="000000000"-CN;ELSEF9<="000000000";ENDIF;WHEN"0100"=>IFM='0'THENF9<=A9+(A9ANDNOTB9)+CN;ELSEF9<=NOT(A9ANDB9);ENDIF;WHEN"0101"=>IFM='0'

6、THENF9<=(A9ORB9)+(A9ANDNOTB9)+CN;ELSEF9<=NOTB9;ENDIF;WHEN"0110"=>IFM='0'THENF9<=A9-B9-CN;ELSEF9<=A9XORB9;ENDIF;WHEN"0111"=>IFM='0'THENF9<=(A9AND(NOTB9))-CN;ELSEF9<=A9AND(NOTB9);ENDIF;WHEN"1000"=>IFM='0'THENF9<=A9+(A9ANDB9)+CN;ELSEF9<=(NOTA9)ORB9;ENDIF;WHEN"1001"=>IFM='0'THENF9<=A9+B9+CN;ELSEF9<=

7、NOT(A9XORB9);（接下页）4.18位CPU功能与结构ENDIF;WHEN"1010"=>IFM='0'THENF9<=(A9OR(NOTB9))+(A9ANDB9)+CN;ELSEF9<=B9;ENDIF;WHEN"1011"=>IFM='0'THENF9<=(A9ANDB9)-CN;ELSEF9<=A9ANDB9;ENDIF;4.2.1．算术逻辑单元（ALU）WHEN"1100"=>IFM='0'THENF9<=A9+A9+CN;E