計算機組成原理第二章ppt課件

1、2.5 2.5 定點運算器的組成與構(gòu)造定點運算器的組成與構(gòu)造n運算器是對數(shù)據(jù)進展加工處置的部件，運算器是對數(shù)據(jù)進展加工處置的部件，它的詳細義務是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術運算和它的詳細義務是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術運算和邏輯運算，所以它又稱為算術邏輯運算邏輯運算，所以它又稱為算術邏輯運算部件，簡記為部件，簡記為ALU(Arithmetic Logic ALU(Arithmetic Logic UnitUnit，是，是CPUCPU的重要組成部分。的重要組成部分。n算術邏輯運算器算術邏輯運算器ALUALU是由多個一位全加器是由多個一位全加器組成的。組成的。一位全加器：一位全加器：一位全加器真值表：一位全加器真值表：一位

2、全加器的邏輯圖：一位全加器的邏輯圖： 1=1&=12.5.1 2.5.1 多功能算術邏輯運算單元多功能算術邏輯運算單元(ALU)(ALU)1 1并行加法器及其進位鏈并行加法器及其進位鏈并行加法器運用的全加器的位數(shù)與操作數(shù)并行加法器運用的全加器的位數(shù)與操作數(shù)的位數(shù)一樣，它可以同時對操作數(shù)的各的位數(shù)一樣，它可以同時對操作數(shù)的各位進展相加，所以稱為并行加法器。位進展相加，所以稱為并行加法器。將進位信號的產(chǎn)生與傳送的邏輯構(gòu)造稱為將進位信號的產(chǎn)生與傳送的邏輯構(gòu)造稱為進位鏈。進位鏈。補碼加減法的實現(xiàn)邏輯框圖補碼加減法的實現(xiàn)邏輯框圖1 1串行進位的并行加法器串行進位的并行加法器n當操作數(shù)為當操作數(shù)為

3、n n1 1位長時，需求用位長時，需求用n nl l位位全加器構(gòu)成加法器。全加器構(gòu)成加法器。n延遲時間：包括進位信號的產(chǎn)生和傳送延遲時間：包括進位信號的產(chǎn)生和傳送所占用的時間及加法器本身求和的延遲所占用的時間及加法器本身求和的延遲時間。時間。n特點：線路簡單，速度慢。特點：線路簡單，速度慢。串行進位的并行加法器：串行進位的并行加法器：2 2并行進位的并行加法器并行進位的并行加法器n要提高加法器的運算速度，就必需處理進要提高加法器的運算速度，就必需處理進位信號的產(chǎn)生和傳送問題。位信號的產(chǎn)生和傳送問題。n設設 = = 稱為進位傳送函數(shù)或進位傳送稱為進位傳送函數(shù)或進位傳送條件。條件。n設設 = =

4、稱為進位產(chǎn)生函數(shù)或本地進位。稱為進位產(chǎn)生函數(shù)或本地進位。n 由于在一位全加器中，進位信號可表示由于在一位全加器中，進位信號可表示為：為：將串行進位鏈的表達式改寫成如下方式：將串行進位鏈的表達式改寫成如下方式：各進位信號的產(chǎn)生不再各進位信號的產(chǎn)生不再與低位的進位信號有關，與低位的進位信號有關，而只與兩個參與運算的而只與兩個參與運算的數(shù)和數(shù)和C0C0有關有關. .1)1)組內(nèi)并行、組間串行的進位鏈組內(nèi)并行、組間串行的進位鏈n這種進位鏈也稱為單重分組騰躍進位。這種進位鏈也稱為單重分組騰躍進位。以以1616位加法器為例，普通可分作位加法器為例，普通可分作4 4個小組，個小組，每小組每小組4 4位，每組

5、內(nèi)部都采用并行進位構(gòu)位，每組內(nèi)部都采用并行進位構(gòu)造，組間采用串行進位傳送構(gòu)造。造，組間采用串行進位傳送構(gòu)造。n組內(nèi)各位的進位表達式為組內(nèi)各位的進位表達式為: :4 4位一組并行進位鏈邏輯圖：位一組并行進位鏈邏輯圖：4 4位一組并行進位鏈表示圖：位一組并行進位鏈表示圖：1616位組內(nèi)并行、組間串行進位鏈框圖：位組內(nèi)并行、組間串行進位鏈框圖：進位鏈延遲時間：進位鏈延遲時間：n由于每一組并行進位網(wǎng)絡都是二級門，由于每一組并行進位網(wǎng)絡都是二級門，設每級門延遲為設每級門延遲為tdtd，那么，那么1616位組內(nèi)并行位組內(nèi)并行組間串行進位鏈的延遲時間是組間串行進位鏈的延遲時間是8td8td。 2) 2)組內(nèi)

6、并行、組間并行的進位組內(nèi)并行、組間并行的進位鏈鏈n這種進位鏈又稱為多重分組騰躍進位鏈。這種進位鏈又稱為多重分組騰躍進位鏈。組間也采用并行進位鏈構(gòu)造，這樣將會組間也采用并行進位鏈構(gòu)造，這樣將會進一步提高運算速度。進一步提高運算速度。n 以以1616位組內(nèi)并行組間并行進位鏈為位組內(nèi)并行組間并行進位鏈為例，采用了二重進位鏈，且第二重進位例，采用了二重進位鏈，且第二重進位鏈也是并行構(gòu)造，見以下圖所示。鏈也是并行構(gòu)造，見以下圖所示。1616位組內(nèi)并行組間并行進位鏈框圖：位組內(nèi)并行組間并行進位鏈框圖：n將每個小組最高位的進位信號分成進位將每個小組最高位的進位信號分成進位傳送函數(shù)和進位生成函數(shù)兩個部分：傳送函數(shù)和進位生成函數(shù)兩個部分：進位傳送函數(shù)進位傳送函數(shù)進位生成函數(shù)進位生成函數(shù)各組間進位的表達式：各組間進位的表達式：各小組的進位生成函數(shù)和進位傳送函數(shù)各小組的進位生成函數(shù)和進位傳送函數(shù)的邏輯表達式：的邏輯表達式：各組的各組的進位生進位生成函數(shù)成函數(shù)各組的各組的進位傳進位傳送函數(shù)送函數(shù)組內(nèi)、組間并行進位第一組內(nèi)進位鏈邏輯圖組內(nèi)、組間并行進位第