计算机组成原理2.3运算器.ppt

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1、综合考虑各类定点运算算法后，发现：所有运算都可通过“加”和“移位”操作实现以一个或多个ALU（或加法器）为核心，加上移位器和存放中间临时结果的若干寄存器，在相应控制逻辑的控制下，可以实现各种运算。运算部件通常指ALU、移位器、寄存器组，加上用于数据选择的多路选择器和实现数据传送的总线等构成的一个运算数据通路。可用专门运算器芯片实现（如：4位运算器芯片AM2901）可用若干芯片级联实现（如4个AM2901构成16位运算器）现代计算机把运算数据通路和控制器都做在CPU中，为实现高级流水线，CPU中有多个运算部件，通常称为“功能部件”或“执行部件”。2.3定点运算器的组成一、运算器的基本

2、组成ALU标志寄存器移位逻辑锁存器A锁存器B寄存器组内部总线2、通用寄存器组寄存器是计算机中存取速度最快的存储器件暂存参加运算的数据和中间结果可以被汇编程序直接访问和使用能够左右移位的乘商寄存器3、标志寄存器（PSW）用于保存ALU运算结果的状态信息。S符号标志位：S为1时表示运算结果为负；V溢出标志位：V为1时表示运算结果溢出；Z零标志位：Z为1时表示运算结果零；C进位标志位：C为1时表示运算结果有进位。4、移位及数据选择器对参加运算的数据，执行某种运算以及将运算结果送往何处进行控制。5、数据的传送通路以总线结构为主的数据通路单总线结构的运算器双总线结构的运算器三总线结构的运算器

3、二、定点运算器举例TH-Union教学计算机简介字长16位，用4片四位的位片结构运算器芯片Am2901组成。位片结构：将位数较少、功能完整、独立封装的大规模集成电路经多片拼接构成较长位数的运算器。二选一B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器乘商寄存器QCn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出YF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址1、4位的Am2901内部组成与功能组成1）算逻运算部件2）16个寄存器3）乘商寄存器Q4）5组多路选择器功能8种运算功能8种数据组合8种结果处理ALUSRCnFF3OVRF=0000Cn+4第一个组成部分是算

4、逻运算部件ALU，完成3种算术运算和5种逻辑运算，共8种运算功能。R+SSRRSR∨S或RS与RSRS异或RS8种运算功能000001010011100101110111I5I4I3第二个组成部分是通用寄存器组由16个寄存器（R0～R15）构成，并通过B口与A口地址选择被读的寄存器，B口地址还用于指定写入寄存器。R0～R3、R8～R15为通用寄存器R4为SP、R5为PCALUSRCnFF3OVRF=0000Cn+4BA通用寄存器B锁存器A锁存器A口地址B口地址（写入）第三个组成部分是乘商寄存器Q它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出

5、结果。Q寄存器ALUSRCnFF3OVRF=0000Cn+4BA通用寄存器B锁存器A锁存器A口地址B口地址（写入）该芯片的第四个组成部分是5组多路选通门,包括三选一二选一输入D一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的R、S输入端的数据来源，包括：Q寄存器、A口、B口数据、外部输入D数据共8种不同组合。ALUSRCnFF3OVRF=0000Cn+4Q寄存器BA通用寄存器B锁存器A锁存器A口地址B口地址（写入）三选一二选一输入D一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的R、S输入端的数据来源，包括：Q寄存器、A口、B口数据、外部输入D数据共8种不同组合。ALUSRCnFF

6、3OVRF=0000Cn+4Q寄存器BA通用寄存器B锁存器A锁存器A口地址B口地址（写入）8种数据组合(R,S)AQAB0Q0B0ADADQD03位数据选择码000001010011100101110111B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器Q寄存器CnQ3Q0RAM0RAM3FF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址一组三选一门完成把ALU的输出、或左移一位、或右移一位的值送往通用寄存器组，最高、最低位移位信号有双向入/出问题一组三选一门完成Q寄存器的左移一位、或右移一位、或接收ALU输出值的功能，最高、最低位移位信号有双向入/出问题

7、。二选一/OEF输出Y一组二选一门，选择把ALU结果或A口数据送出芯片，给出输出Y的数据，Y输出的有无还受使能信号控制，仅当/OE为低才有Y输出，/OE为高Y输出为高阻态。B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器Q寄存器CnQ3Q0RAM0RAM3F3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址运算结果的8种处理3位控制码通用寄存器Q寄存器Y输出000QFF001F010BFA011BFF100BF/2QQ/2F101BF