《运算方法和运算器》PPT课件

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1、2.5定点运算器的组成2.5.1逻辑运算2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU2.5.3内部总线2.5.4定点运算器的基本结构2.5.1逻辑运算计算机中除了进行加、减、乘、除等基本算术运算外,还可对两个或一个逻辑数进行逻辑运算。所谓逻辑数,是指不带符号的二进制数。利用逻辑运算可以进行两个数的比较,或者从某个数中选取某几位等操作。计算机中的逻辑运算,主要是指逻辑非、逻辑加、逻辑乘、逻辑异四种基本运算。1.逻辑非运算逻辑非也称求反。如：ｘ1＝01001011,ｘ2＝11110000,求ｘ1,ｘ2。ｘ1＝10110100ｘ2＝0000

2、11112.逻辑加运算　　按位求它们的“或”ｘ＝10100001,ｙ＝10011011,求ｘ∨ｙ。10100001ｘ∨10011011ｙ10111011ｚ3.逻辑乘运算　　按位求它们的“与”ｘ＝10111001,ｙ＝11110011,求ｘ∧ｙ。10111001ｘ∧11110011ｙ10110001ｚ4.逻辑异运算按位求它们的模2和ｘ＝10101011,ｙ＝11001100，求ｘ⊕ｙ。[解:]10101011ｘ⊕11001100ｙ01100111ｚ即ｘ⊕ｙ＝011001112.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU多功能算术/逻辑运算

3、单元ALU，本节介绍的是74LS181的基本逻辑结构是先行进位加法器，通过改变其输入端Ai和Bi来实现算术运算和逻辑运算功能。怎样实现呢？基本思想：一位全加器FA的逻辑表达式：为了实现多种算术逻辑运算，可将Ai和Bi输入一个函数发生器（进位传递函数和进位产生函数）得到输出Xi和Yi，作为一位全加器的输入（见下页图）。加法器FA、减法单元CAS和一位ALU逻辑图一位ALU逻辑图ALU的逻辑图与逻辑表达式S0S1YiS2S3Xi00011011000110111XiYi与控制参数和输入量的关系构造如下真值表2.5.2多功能

4、算术/逻辑运算单元ALU2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU1、可以证明：Xi+Yi=XiXi.Yi=Yi（自己试试看）2、进一步化简得到下式2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALUALU的某一位逻辑表达式见下:例如：S3S2S0S1＝0000代入：则可以处理16种算术逻辑运算，每种运算只针对1位二进制编码？思考：如何设计4位ALU？16位呢？2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU4位ALU问题1：片内是串行进位还是并行进位？回答：由上图结构中可以看出Cn＋1＝Y0＋X0CnCn＋2

5、＝Y1＋X1Cn＋1Cn＋3＝Y2＋X2Cn＋2Cn＋4＝Y3＋X3Cn＋3显然是一个串行进位，速度慢，为了实现快速ALU，需加以改进。2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU上述片内进位采用串行，具有延时长的缺点如何改进？思考：Cn＋i与X、Y有关，而每一位中X、Y的产生是不是同时的？由于每一位中X、Y的产生是同时的，则可以由下面方法算出并行进位的Cn＋4第0位向第1位的进位公式为Cn＋1＝Y0＋X0Cn（1）其中C是向第0位（末位）的进位。第1位向第2位的进位公式为:Cn＋2＝Y1＋X1Cn＋1＝Y1＋Y0X1＋X0X1Cn（

6、Cn＋1用（1）式代入）第2位向第3位的进位公式为Cn＋3＝Y2＋X2Cn＋2＝Y2＋Y1X1＋Y0X1X2＋X0X1X2Cn第3位的进位输出（即整个4位运算进位输出）公式为Cn＋4＝Y3＋X3Cn＋3＝Y3＋Y2X3＋Y1X2X3＋Y0X1X2X3＋X0X1X2X3Cn2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU令G＝Y3＋Y2X3＋Y1X2X3＋Y0X1X2X3P＝X0X1X2X3Cn＋4＝G+P*CnG为进位发生输出P为进位传送输出增加P和G的目的在于实现多片（组）ALU之间的先行进位，需要配合电路，称为先行进位发生器（CLA）

7、器件：741812.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU具有正逻辑和负逻辑两种内部逻辑结构图见下页74181ALU逻辑图（1）74181ALU逻辑图（2）74181ALU逻辑图（3）PGX3Y3X2Y2X1Y1X0Y0C0G＝Y3＋Y2X3＋Y1X2X3＋Y0X1X2X3P＝X0X1X2X374181ALU逻辑图（总体）2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU算术逻辑运算的实现（74181）M=L时，对进位信号没有影响，做算术运算M=H时，进位门被封锁，做逻辑运算说明：74181执行正逻辑输入/输出方式的一组算术运算和逻辑运算和负

8、逻辑输入/输出方式的一组算术运算和逻辑运算是等效的。A=B端可以判断两个数是否相等。2.5.2多功能算术/逻辑运算单元ALU设计16位ALUCn+x=G0+P0CnCn+y=G1+P1Cn+xCn+x=G2+P2Cn+yCn+4=G3+P3Cn+z