3计算机组成原理-3-2-ALU.ppt

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1、3.2算术逻辑运算部件本章需解决的关键问题：如何以加法器为基础，实现各种运算处理。解决思路：复杂运算四则运算加法运算解决方法：在加法器的基础上，增加移位传送功能，并选择输入控制条件。加法单元iAiBiCi-1Ci∑i（本位操作数）（低位进位）（本位进位）（本位和）3.2.1加法单元1.加法单元的输入和输出一个输入为1时，∑i为1，Ci为0；两个输入为1时，∑i为0，Ci为1；三个输入为1时，∑i为1，Ci为1。2.全加器（1）逻辑一∑i=(Ai+Bi)+Ci-1Ci=AiBi+(Ai+Bi)Ci-1Ci∑iAiBiCi-1（2）逻辑二∑i=(Ai+Bi)+Ci-1Ci=Ai+Bi+(Ai+Bi

2、)Ci-1Ci∑iAiBiCi-1AiBi3.2.2并行加法器与进位链逻辑1.并行加法器（1）特点：各位同时相加。例.先看一个8位数相加的例子（2）影响速度的主要因素进位信号的传递∑8∑7∑2∑1A8B8A7B7A2B2A1B1C0111100001111110000令Gi=AiBiPi=Ai+Bi=Ai+Bi=Ai+Bi2.并行加法器的进位链（1）进位链的基本逻辑关系所以Ci=Gi+PiCi-1进位产生函数进位传递函数（进位条件）本地进位、绝对进位条件进位、传递进位Ci=AiBi+(Ai+Bi)Ci-1=AiBi+(Ai+Bi)Ci-1或Ci=AiBi+(Ai+Bi)Ci-1（2）串行进位特

3、点：进位信号逐位形成。设n位加法器1）逻辑式C1=G1+P1C0C2=G2+P2C1Cn=Gn+PnCn-12）结构举例C2G2P2C1G1P1C0GiPiAiBiAiBi（3）并行进位特点：各位进位信号同时形成。设n位加法器1）逻辑式C1=G1+P1C0C2=G2+P2C1=G2+P2G1+P2P1C0Cn=Gn+PnCn-1=Gn+PnGn-1+…+PnPn-1…P2P1C0n+1项2）结构举例⊕G2P2G1P1C0C2C1AiBiGiPiAiBi（4）组内并行、组间并行设16位加法器，4位一组，分为4组：4位4位4位4位第4组第3组第2组第1组C16~C13C12~C9C8~C5C4~C

4、1C0C16C12C8C4分级（两级）同时进位1）第1组进位逻辑式组内：C1=G1+P1C0C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0组间：C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0GIPI所以CI=GI+PIC02）第2组进位逻辑式组内：C5=G5+P5CIC6=G6+P6G5+P6P5CIC7=G7+P7G6+P7P6G5+P7P6P5CI组间：C8=G8+P8G7+P8P7G6+P8P7P6G5+P8P7P6P5CIGⅡPⅡ所以CⅡ=GⅡ+PⅡCI3）第3组进位逻辑式组内：C9=G9+P9CⅡC10=G10+P1

5、0G9+P10P9CⅡC11=G11+P11G10+P11P10G9+P11P10P9CⅡ组间：C12=G12+P12G11+P12P11G10+P12P11P10G9+P12P11P10P9CⅡGⅢPⅢ所以CⅢ=GⅢ+PⅢCⅡ4）第4组进位逻辑式组内：C13=G13+P13CⅢC14=G14+P14G13+P14P13CⅢC15=G15+P15G14+P15P14G13+P15P14P13CⅢ组间：C16=G16+P16G15+P16P15G14+P16P15P14G13+P16P15P14P13CⅢGⅣPⅣ所以CⅣ=GⅣ+PⅣCⅢ5）各组间进位逻辑CI=GI+PIC0CⅡ=GⅡ+PⅡCIC

6、Ⅲ=GⅢ+PⅢCⅡCⅣ=GⅣ+PⅣCⅢ=GⅡ+PⅡGI+PⅡPIC0=GⅢ+PⅢGⅡ+PⅢPⅡGI+PⅢPⅡPIC0=GⅣ+PⅣGⅢ+PⅣPⅢGⅡ+PⅣPⅢPⅡGI+PⅣPⅢPⅡPIC06）结构示意∑41~∑85~∑129~∑1613~组间进位链A8....A5B8....B5A4....A1B4....B1A12....A9B12....B9A16....A13B16....B13CoCⅣGⅣPⅣGⅢPⅢGⅡPⅡGIPIC3~1C15~13C11~9C7~5CⅢCⅡCI7）进位传递过程Ai、Bi、C0A8....A5B8....B5A4....A1B4....B1A12....A9B12..

7、..B9A16....A13B16....B13CoGⅣ、PⅣ….GI、PI、GⅣPⅣGⅢPⅢGⅡPⅡGIPIC3~1CⅣCⅢCⅡCICⅣ、CⅢ、CⅡ、CIC15~13C11~9C7~5C15~13、C11~9、C7~5C3~1第1步第2步第3步例.已知操作数Ai、Bi，初始进位C0。试写出C6的逻辑式。串行进位：C6=并行进位：C6=分级同时进位，四位一组：C6=G6+P6C5G6+P6G5+P