《基本组成电路》课件

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1、微型计算机原理及应用2存储器触发器微型计算机的基本组成电路寄存器算术逻辑单元1473三态输出电路56译码器存储器总线结构1算术逻辑单元算术逻辑单元ALU既能进行二进制数的四则运算，也能进行布尔代数的逻辑运算。ALU的符号如下图所示。A和B为两个二进制数，S为其运算结果，control为控制信号。为了不使初学者陷入复杂的电路分析之中，我们不打算在逻辑运算问题上开展讨论。仅讨论一下加减算术运算。1算术逻辑单元(1)二进制数的相加例1两个二进制数相加的几个算式：1算术逻辑单元左上式中，加数A和被加数B都是1位数，其和S变成2位数，这是因为相加结果产生进位之故。右上式中，A和B都是

2、2位数，相加结果S也是2位数，因为相加结果不产生进位。左下式中，A和B都是2位数，相加结果S是3位数，这也是产生了进位之故。右下式中，是左下式的另一种写法，以便看出“进位”究竟是什么意义。第1位(或称0权位)是不可能有进位的，要求参与运算的就只有两个数A0和B0，其结果为S0。第2位(或称1权位)就是3个数A1，B1及C1参与运算了。其中C1是由于第1位相加的结果产生的进位。此3个数相加的结果其总和为S1=1，同时又产生进位C2，送入下一位(第3位)。第3位(或称2权位)也是3个数A2，B2及C2参加运算。由于A2及B2都是0，所以C2即等于第3位的相加结果S2。1算术逻辑

3、单元从以上几算式的分析可得出下列结论：①两个二进制数A=A3A2A1A0，B=B3B2B1B0相加时，可以逐位相加。则从最右边第1位(即0权位)开始，逐位相加，其结果可以写成：S=S3S2S1S0其中各位是分别求出的：A0+B0→C1S0,A1+B1+C1→C2S1,A2+B2+C2→C3S2,A3+B3+C3→C4S3最后所得的和是：C4S3S2S1S0②右边第1位相加的电路要求：输入量为两个，即A0及B0；输出量为两个，即S0及C1。这样的一个二进制位相加的电路称为半加器(halfadder)。③从右边第2位开始，各位可以对应相加。各位对应相加时的电路要求：输入量为3个

4、，即Ai,Bi,Ci；输出量为两个，即Si,Ci+1。这样的一个二进制位相加的电路称为全加器(fulladder)。1算术逻辑单元（2）半加器仅考虑加数和被加数而不考虑低位进位的加法运算即为半加。能实现半加逻辑功能的电路即为半加器。如果Ai、Bi是两个相加的1位二进制数，Si是半加和，Ci是半加进位，那么根据半加器的功能可列出如下表所示的真值表。由真值表可直接写出逻辑表达式为由此画出半加器的电路如右图所示。1算术逻辑单元（3）全加器不仅考虑加数和被加数，而且考虑低位进位的加法运算即为全加。能实现全加逻辑功能的电路即为全加器。加数、被加数和来自低位的进位三者中，如果1的个数为

5、奇数则其和为1；如果1的个数多于1个，则要向其高位的进位为1。所以可以直接写出逻辑表达式。如果用Ai、Bi表示A、B两个数中的第i位，用Ci表示来自低位（第i-1位）的进位，用Si表示全加和，用Ci+1表示送给高位（第i+1位）的进位，那么全加器的逻辑表达式为由此画出全加器的电路如右图所示。1算术逻辑单元（4）半加器及全加器的逻辑符号半加器及全加器的逻辑符号如下图所示。1算术逻辑单元（5）二进制数的加法电路设A=1010B=10,B=1011B=11则可安排如下图所示的加法电路。A与B相加，写成竖式算法如右下：即其相加结果为S=10101。从加法电路，可看到同样的结果：S=

6、C4S3S2S1S0=10101B1算术逻辑单元(6)二进制数的减法运算在微型计算机中，没有专用的减法器，而是将减法运算改变为加法运算。其原理是：将减号及减数B视为负数，再与被减数A相加，即A-B=A+(-B)，其和(如有进位的话，则舍去进位)就是两数之差。当符号数采用补码表示时，就可以将减法运算转换为加法运算。1算术逻辑单元例2求8-4解：因为8=1000B4=0100B-4=1100B于是8-4=1000B+1100B=10100=0100B=41算术逻辑单元例3求0FH-0AH（即求15减10之差）解：因为0FH=00001111B0AH=00001010B-0AH=

7、11110110B所以0FH-0AH=00001111B+11110110B=100000101B=00000101B=51算术逻辑单元例4求64-10解：因为64-10=64+(-10)64=40H=01000000B10=0AH=00001010B-10=11110110B做减法运算过程如下：做加法运算过程如下：结果相同，其真值为：54（36H=30H+6=48+6）。1算术逻辑单元(7)可控反相器及加法／减法电路利用补码可将减法变为加法来运算，因此需要有这么一个电路，它能将能执行求反操作并使其最低位加1。下图