CPU-1运算部件(8学时

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1、第三章CPU子系统运算部件寄存器寄存器控制部件运算器控制器本章主要讨论：运算器控制器数据通路结构与外部的连接指令的执行过程CPU组成CPU工作原理CPU组成原理CPU工作机制（设计模型机）CPU子系统运算器组成和运算方法控制器原理定点乘法定点除法浮点运算组合逻辑控制器微程序控制器基本思想控制器组成工作过程主机和外设的信息交换连接方式传送控制方式查询中断DMA基本思想控制器组成工作过程时序控制本章知识架构：第一节运算器组织3.1.1运算器的硬件组成运算器移位器ALU输入选择器ALU部件寄存器并行加法器加法器输入选择器全加器进位链串行并行分组选择操作数来源选择操作数组合

2、独立结构小型存储器结构单口双口寄存器组独立R、双口RAM用多路选择器作为ALU的输入逻辑，单口RAM用锁存器作为ALU的输入逻辑。3.1.2运算器的组织结构1.带多路选择器的运算器移位器ALU多路选择器多路选择器R0RnR0...RnR0...Rn内部总线（单向）特点：R各自独立；可同时向ALU提供两个操作数；采用单向内总线。2.带输入锁存器的运算器特点：单口RAM不能同时向ALU提供两个操作数；用锁存器暂存操作数；采用双向内总线。移位器ALU锁存器锁存器内部总线（双向）R0Rn通用寄存器组（小型存储器）3.位片式运算器特点：用双口RAM（两地址端、两数据端）作通用

3、寄存器组，可同时提供数据；用多路选择器作输入逻辑，不需暂存操作数；ALU增加乘、除功能，用乘商寄存器存放乘数、乘积或商。例.4位片运算器粗框移位器ALU多路选择器多路选择器DORAMDiB地址A地址CnDBDAG、P控制信息Cn+4乘商寄存器444444444444第二节运算方法3.2.1.1补码加减法数用补码表示，符号位参加运算。实际操作能否只取决于操作码？结果需不需修正？如何将减法转换为加法？3.2.1定点加减运算1.基本关系式(X+Y)补=X补+Y补（1）(X-Y)补=X补+(-Y)补（2）式（1）：操作码为“加”时，两数直接相加。3)X=3Y=–2X补=00

4、011Y补=1111000001（+1补码）2)X=–3Y=–2X补=11101Y补=1111011011（–5补码）1)X=3Y=2X补=00011Y补=0001000101（+5补码）4)X=–3Y=2X补=11101Y补=0001011111（–1补码）例.求(X+Y)补(X+Y)补=X补+Y补（1）(X-Y)补=X补+(-Y)补（2）式（2）：操作码为“减”时，将减转换为加。1)X=4Y=–5X补=00100Y补=11011(-Y)补=0010101001（+9补码）2)X=–4Y=5X补=11100Y补=00101(-Y)补=1101110111（–9补码

5、）例.求(X–Y)补Y补(–Y)补：将Y补变补不管Y补为正或负，将其符号连同尾数一起各位变反，末位加1。即将减数变补后与被减数相加。X补=00100Y补=11011X补=11100Y补=00101注意：某数的补码表示与某数变补的区别。例.10101原11011补码表示10011补01101变补00101原00101补码表示符号位不变；负数尾数改变，正数尾数不变。00011补11101变补符号位改变，尾数改变。补码的机器负数2.算法流程操作数用补码表示，符号位参加运算结果为补码表示，符号位指示结果正负X补+Y补X补+(-Y)补ADDSUB3.逻辑实现A(X补)B(Y补

6、)+AABB+B+B+1CPA∑A（1）控制信号加法器输入端：+A：打开控制门，将A送∑。+B：打开控制门，将B送∑。+1：控制末位加1。+B：打开控制门，将B送∑。加法器输出端：∑A：打开控制门，将结果送A输入端。CPA：将结果打入A。（2）补码加减运算器粗框∑3.2.1.2溢出判断在什么情况下可能产生溢出？例.数A有4位尾数，1位符号SA数B有4位尾数，1位符号SB符号位参加运算结果符号Sf符号位进位Cf尾数最高位进位C正确0001100010（1）A=3B=23+2：00101（2）A=10B=710+7：010100011110001正溢正确负溢正确正确（3

7、）A=-3B=-2-3+(-2)：110111110111110（4）A=-10B=-7-10+(-7)：011111011011001（5）A=6B=-46+(-4)：000100011011100（6）A=-6B=4-6+4：111101101000100（2）A=10B=710+7：010100011110001（4）A=-10B=-7-10+(-7)：0111110110110011.硬件判断逻辑一（SA、SB与Sf的关系）溢出=SASBSfSASfSB2.硬件判断逻辑二（Cf与C的关系）正确0001100010（1）A=3B=23+2：00101（2）