计算机组成原理第七讲(运算器和运算方法)课件.ppt

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1、计算机组成原理主讲：颜俊华第七讲：运算器和运算方法算术、逻辑运算部件需解决的关键问题：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四则运算加法运算用硬件实现算术、逻辑运算功能涉及到的问题：如何构成一位二进制加法单元？如何用n位全加器（连同进位信号传送逻辑）构成一个n位并行加法器？如何以加法器为核心，通过输入选择逻辑扩展为具有多种算术、逻辑功能的ALU？算术、逻辑运算部件加法单元iAiBiCi-1Ci∑i（本位操作数）（低位进位）（本位进位）（本位和）一个输入为1时，∑i为1，Ci为0；两个输

2、入为1时，∑i为0，Ci为1；三个输入为1时，∑i为1，Ci为1。加法单元（1）逻辑一（全加器）图3-17(a)∑i=(Ai+Bi)+Ci-1Ci=AiBi+(Ai+Bi)Ci-1Ci∑iAiBiCi-1加法单元（2）逻辑二（全加器）图3-17(b)∑i=(Ai+Bi)+Ci-1Ci=Ai+Bi+(Ai+Bi)Ci-1Ci∑iAiBiCi-1AiBi加法单元并行加法器特点：各位同时相加影响速度的主要因素：存在着进位信号的传递∑8∑7∑2∑1A8B8A7B7A2B2A1B1C0111100010111110000所以Ci=Gi+PiCi-1进位产生函数进位传递函数（进

3、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令Gi=AiBiPi=Ai+Bi=Ai+Bi=Ai+Bi进位信号基本逻辑特点：进位信号逐位形成。设n位加法器逻辑式：∑8∑7∑2∑1A8B8A7B7A2B2A1B1C0111100010111110000C1=G1+P1C0C2=G2+P2C1Cn=Gn+PnCn-1串行进位特点：各位进位信号同时形成。逻辑式(设n位加法器)C1=G1+P1C0C2=G2+P2C1=G2+P2G1+P2P1C0Cn=Gn+PnCn

4、-1=Gn+PnGn-1+…+PnPn-1…P2P1C0n+1项并行进位设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~C1C0C16C12C8C4分级同时进位组间进位:C4C8C12C16用CICⅡCⅢCⅣ表示组内进位:C1~C3、C5~C7、C9~C11、C13~C15分组进位第1组组内：C1=G1+P1C0C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0第1组组间：C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0GIPI

5、所以CI=GI+PIC0分组进位第2组组内：C5=G5+P5CIC6=G6+P6G5+P6P5CIC7=G7+P7G6+P7P6G5+P7P6P5CI第2组组间：C8=G8+P8G7+P8P7G6+P8P7P6G5+P8P7P6P5CIGⅡPⅡ所以CⅡ=GⅡ+PⅡCI第3组组内：C9=G9+P9CⅡC10=G10+P10G9+P10P9CⅡC11=G11+P11G10+P11P10G9+P11P10P9CⅡ第3组组间：C12=G12+P12G11+P12P11G10+P12P11P10G9+P12P11P10P9CⅡGⅢPⅢ所以CⅢ=GⅢ+PⅢCⅡ第4组组内：C13

6、=G13+P13CⅢC14=G14+P14G13+P14P13CⅢC15=G15+P15G14+P15P14G13+P15P14P13CⅢ第4组组间：C16=G16+P16G15+P16P15G14+P16P15P14G13+P16P15P14P13CⅢGⅣPⅣ所以CⅣ=GⅣ+PⅣCⅢ各组间进位逻辑CI=GI+PIC0CⅡ=GⅡ+PⅡCICⅢ=GⅢ+PⅢCⅡCⅣ=GⅣ+PⅣCⅢ=GⅡ+PⅡGI+PⅡPIC0=GⅢ+PⅢGⅡ+PⅢPⅡGI+PⅢPⅡPIC0=GⅣ+PⅣGⅢ+PⅣPⅢGⅡ+PⅣPⅢPⅡGI+PⅣPⅢPⅡPIC0∑41~∑85~∑129~∑1613~组间进

7、位链A8....A5B8....B5A4....A1B4....B1A12....A9B12....B9A16....A13B16....B13CoCⅣGⅣPⅣGⅢPⅢGⅡPⅡGIPIC3~1C15~13C11~9C7~5CⅢCⅡCI进位传递过程Ai、Bi、C0A8....A5B8....B5A4....A1B4....B1A12....A9B12....B9A16....A13B16....B13CoGⅣ、PⅣ….GI、PI、GⅣPⅣGⅢPⅢGⅡPⅡGIPIC3~1CⅣCⅢCⅡCICⅣ、CⅢ、CⅡ、CIC15~13C11~9C7~5C15~13、C11~9、C