第3章-运算器与控制器.ppt

《第3章-运算器与控制器.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、3.1算术逻辑运算的基本电路3.2定点加减运算的实现3.3定点乘法运算的实现3.4定点除法运算的实现3.5浮点运算3.6定点运算器3.7控制器的功能和基本组成3.8微程序控制器3.9微程序设计技术3.0概述2021/9/16第页运算器部件：是计算机加工处理数据的功能部件。对数据的加工处理包括：与、或、非、异或等。ALU是运算器中的核心部件。也是运算器内部传送数据的重要通路。运算器的核心功能：实现算术运算和逻辑运算算术逻辑单元ALU（Arithmetic-LogicalUnit）：加、减、乘、除等；

2、数值数据的算术运算：逻辑数据的逻辑操作：2021/9/16第页运算器还暂存参加运算的数据和中间结果，选择参加运算的数据，所以运算器内包含一定数目的通用寄存器和多路选择器、译码电路等。运算器定点运算器浮点运算器定点运算器用硬件直接实现，是必备的运算器。浮点运算器又称为数学协处理器，主要用硬件完成，是可选件。现在的高档微机已经把定点运算器和浮点运算器集成在一个芯片中。2021/9/16第页控制器是整个计算机系统的指挥中心，协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。微处理器微处理器将运算器与控制器集

3、成在一个芯片上，通常称为中央处理单元（CPU—CentralProcessingUnit）。控制器组合逻辑控制器（又称硬布线逻辑控制器）微程序控制器2021/9/16第页3.1算术逻辑运算的基本电路加法单元是构成加法器的单元电路，是基本运算部件。包括半加器和全加器。3.1.1加法单元1．半加器不考虑进位时的两个二进制位Xi、Yi相加为半加，实现半加的电路为半加器。加法单元半加器全加器2021/9/16第页真值表逻辑表达式XiYiHi000011101110实现电路如下：2021/9/16第页2．全

4、加器考虑低位进位时，两个二进制位相加为全加，即Xi、Yi和进位Ci-1相加。实现全加的电路为全加器。真值表XiYiCi-1FiCi0000000110010100110110010101011100111111由真值表有下列逻辑表达式：2021/9/16第页上式可直接由组合逻辑电路实现，也可化简为：逻辑电路实现机及表示如下图所示：=1Fi=1≥1&CiCi-1XiYiCO∑CI符号2021/9/16第页3.1.2加法器根据运算方法不同，加法器可分为串行加法器和并行加法器。半加器和全加器只能进行一位

5、二进制的加法运算，全加器作为组成加法器的元件，可构成能进行n位数运算的加法器。1．串行加法器串行加法器只有一位全加器，每次实现一位二进制数的运算，n位数据需要通过移位的办法，一位一位地串行移入全加器，分时进行运算。2021/9/16第页串行加法器的逻辑图AiCO∑CIFiCi+1CiBiABCPC11DA、B分别为两个右移寄存器，存放参加运算的两个数。在同步脉冲CP的控制下，A、B两个数从低位开始逐位移入全加器进行运算。本位产生的和Fi移入寄存器A的高位，本位产生的进位Ci经触发器同下一个送来的数

6、相加。这样经n次移位计算后，便计算出两数的和，结果存放在寄存器A中。2021/9/16第页逻辑结构如图所示：可见串行加法器，进行两个n位数的运算，需要n次运算才能完成，运算速度慢，且与数据字长有关。2．并行加法器并行加法器由n位全加器组成，数据的各位同时进行运算。2021/9/16第页由此可见，进位是串行的。这样的加法器结构虽然简单，但由于串行进位使得运算速度降低，同样加法运算的时间与计算位数有关。只有改进逐位传送的进位方式，才能提高速度。改进串行进位的办法之一，是采用“超前进位产生电路”，来同时

7、形成各位进位，即使串行进位变成并行进位，从而实现快速加法运算。称这样的加法器为超前进位加法器。上图示加法器，各位运算同时完成，但每一位的运算都要加上低位的进位，即当低位的进位到来时，才能完成本位的运算。而低位的进位又和再低一位的进位有关，这样一级级的推下去，每一位的进位都与比该位低的所有位有关。时间最长的运算情况是最低位的进位从最低位一位一位地传到最高位。2021/9/16第页3.2定点加减运算的实现现代计算机一般都采用补码加法运算器。已知[Y]补，可用变补的方法求出[-Y]补，即连同符号一起按位

8、求反再在最低位加1完成。这样采用补码方案时，可用加法器实现减法运算。[X+Y]补=[X]补+[Y]补因为可推出[X-Y]补=[X+(-Y)]补=[X]补+[-Y]补【例3.1】X=+0.1011，Y=-0.1010求：X+Y解：因为[X]补=00.1011，[Y]补=11.0110[X]补00.1011+[Y]补11.0110[X+Y]补00.0001符号位最高位前自动丢掉一个1。所以X+Y=+0.00012021/9/16第页【例3.2】X=-0.1010，Y=-0.0101求：