计算机结构与逻辑设计课件.ppt

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1、计算机结构与逻辑设计东南大学生物科学与医学工程学院目录第0章绪论第1章计算机中的数制与码制第2章逻辑函数与门网络第3章时序逻辑电路第4章算术逻辑运算电路第5章PLD与VHDL语言重点基本运算电路ALU的结构与算法BCD码运算§4.1基本运算电路4.1.11位全加器§4.1基本运算电路§4.1基本运算电路4.1.2多位全加器串行进位模式：§4.1基本运算电路超前进位模式全加器第i位进位输出的表达式为：变换后有：同理有：代入COi：迭代有：§4.1基本运算电路所有信号都是输入信号的与运算或异或运算，可以用一、二级门电路延迟得到，所以得到第n级的进位

2、输出信号只需要很短时间，但是需要数量众多的门。例如：4位全加器74283§4.1基本运算电路4.1.3算法移位§4.1基本运算电路错位写入的方法实现移位应用于完成乘法的移位相加算法§4.1基本运算电路4.1.4比较运算一位二进制数比较器§4.1基本运算电路§4.1基本运算电路多位二进制数的比较§4.1基本运算电路§4.1基本运算电路8位二进制数比较：§4.2ALU的组织ALU:算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnit)1、取操作数(被加数M)存入累加器A2、取另一个操作数(加数N)与M相加，并将和数存入累加器A3、将和数∑存入存储器

3、§4.2ALU的组织关于加法运算的一些考虑：1）溢出(Overflow)问题a.相同符号数相加，符号位改变表示有溢出；b.不同符号数相加，无溢出2）浮点数加法运算首先要进行对阶操作。阶码＋1，尾数右移一位，阶码－1，尾数左移一位。§4.2ALU的组织4.2.2减法运算和求补电路减去某数A等于加上(-A)的补码。(A>0)因此不需要专门的减法电路，只需在加法电路的基础上补充求补电路。§4.2ALU的组织求－A(A>0)的补码，可以将A的原码连同符号位每一位取反＋1得到。实际电路利用控制电路区分加减法运算。对于减法运算，将减数每一位取反与加数相加，

4、并将全加器的进位输入端置1。§4.2ALU的组织执行P±Q；由控制位决定运算类型，高电平有效。§4.2ALU的组织§4.2ALU的组织4.2.3乘法的实现与ALU结构一、用连加法实现乘法运算的基本结构M×N=M+M+…+MN个§4.2ALU的组织两个字长为n的数相乘，其积的字长为2n。那么累加器和全加器的长度怎么确定？1011×0101§4.2ALU的组织二、用移位相加法实现乘法运算的基本结构1101×1011§4.2ALU的组织相加和部分左移交替进行这样的方法需要2n位的全加器§4.2ALU的组织优点？全加器为n位§4.2ALU的组织§4.2

5、ALU的组织实现移位相加法的ALU结构：§4.2ALU的组织关于乘法的一些考虑：1)符号运算2)补码运算的去符号处理3)全加器溢出(Overflow)问题采用错位写入的方法实现移位操作§4.2ALU的组织硬件乘法器乘法表§4.3逻辑运算和中规模集成ALU模块4.3.1逻辑运算的基本方式两个数据的逻辑运算是位对位进行的，相邻两位之间没有诸如进位之类的联系。§4.3逻辑运算和中规模集成ALU模块4.3.2中规模集成ALU模块74181§4.4BCD码运算4.4.11位BCD码运算什么时候需要修正？两个BCD码相加和超过9时，需要对结果进行修正。§4

6、.4BCD码运算10～15：超过9；16～19：有进位(CO=1)∴对相加的结果进行修正的条件为F=CO+B8·B4+B2·B1分析10～19的BCD码与原码，BCD码比原码多6，所以处理的具体方法为＋6。§4.4BCD码运算用4位全加器实现的1位BCD码加法运算电路§4.4BCD码运算4.4.2多位BCD码加法电路行波进位的并行BCD码全加器§4.4BCD码运算4.4.3BCD码乘法利用存储器保存乘法表