武汉大学：《计算机组成与结构》课程教学资源（课件讲稿）第三章 运算方法和运算部件（3.6-3.7）运算部件、数据校验码

第三章运算方法和运算部件 口数据的表示方法和转换 口带符号数的表示方法及加减运算 口二进制乘法运算 口二进制除法运算 口浮点数的运算方法 口运算部件 口数据校验码 夫学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 第三章 运算方法和运算部件 运算方法和运算部件 ‰ 数据的表示方法和转换 ‰ 带符号数的表示方法及加减运算 ‰ 二进制乘法运算 ‰ 二进制除法运算 ‰ 浮点数的运算方法 ‰ 运算部件 ‰ 数据校验码

3.6运算部件 、运算部件 口书P95,图3.9所示是一个能实现定点加、减、乘、除运算 的运算部件。 口1.在进行加法运算时,应送来A→ALU、B→ALU、ALU→S、 S→A信号(高电位),另外还应向ALU发出加法运算命令(图 中未画出) 口2.在进行减法运算时,应送来A→ALU、→ALU、+1、 ALU→S、S→A信号(高电位),同样还应向ALU发出减法运算 命令 口3.乘法运算的实现见前面的流程图 口4.除法运算的实现见前面的流程图 夫学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 一、运算部件 ‰ 书P95，图3.9所示是一个能实现定点加、减、乘、除运算 的运算部件。 ‰ 1．在进行加法运算时，应送来A→ALU、B→ALU、ALU→S、 S→A信号(高电位)，另外还应向ALU发出加法运算命令(图 中未画出)。 ‰ 2 ． 在 进 行 减 法 运 算时，应送来 A→ALU、→ALU、＋1、 ALU→S、S→A信号(高电位)，同样还应向ALU发出减法运算 命令。 ‰ 3．乘法运算的实现见前面的流程图。 ‰ 4．除法运算的实现见前面的流程图

3.6运算部件 、运算部件AM2901A 1、AM2901A逻辑结构及原理图 RAME 三选 RAM, A地址16×4寄存器组 B地址 Q奇存器 A锁存器][B锁存器 八功能ALU VR DE F=0000 大字 Wuhan University 设学U

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 二、运算部件AM2901A 1、AM2901A逻辑结构及原理图

3.6运算部件 口基本组成部件有: 口八功能的ALU:完成算术与逻辑运算; 口16×4位寄存器组:寄存加减运算的操作数; 口4位Q寄存器:用于接收ALU的输出数据,具有左、右移功 能 口3选1和2选1多路开关:用于多路地址、数据的选择。 口下图是AM2901A的逻辑原理图。 夫学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 ‰ 基本组成部件有： ‰ 八功能的ALU：完成算术与逻辑运算； ‰ 16×4位寄存器组：寄存加减运算的操作数； ‰ 4位Q寄存器：用于接收ALU的输出数据，具有左、右移功 能； ‰ 3选1和2选1多路开关：用于多路地址、数据的选择。 ‰ 下图是AM2901A的逻辑原理图

3.6运算部件 RAM, 选3选选选 A字A A BB字 A 数据出 16×4位双端日数据出 B2地址 A CLOCK Q寄存器Q ALU 数据去< 向译码 外部数据 三 ALU功 能译码 算术与逻辑运算部件(ALU F OE 注:图中3选1和2选1为多路选择器电路 符号表示细件(芯片)的引出线 F=0000为OC门(集极开路电路》轴出 大学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件

3.6运算部件 2、AM2901A主要特点 口位片式结构,即每片内仅有四位线路,要实现不同位数的 运算器,需将几片同样的器件串接起来使用。例如用四片 可实现一个16位字长的运算器 口该运算器的ALU能实现八种运算功能,它每一位上的两个 输入端数据分别用R和S表示,则这八种功能是: 三种算术运算功能:R+S,S-R和R-S 五种逻辑运算功能:RvS,R∧S,R∧S,R⊕S和R⊕S 夫学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 2、AM2901A主要特点 ‰ 位片式结构，即每片内仅有四位线路，要实现不同位数的 运算器，需将几片同样的器件串接起来使用。例如用四片 可实现—个16位字长的运算器。 ‰ 该运算器的ALU能实现八种运算功能，它每一位上的两个 输入端数据分别用R和S表示，则这八种功能是： 三种算术运算功能： 五种逻辑运算功能： R + S , S − R和 R − S R ∨ S, R ∧ S, R ∧ S, R ⊕ S和R ⊕ S

3.6运算部件 口这八种功能的选择控制,是用外部送入的三位编码值IJ43 实现的,其具体规定如下表所示。 ALU的功能选择 ALU的输入选择 编码 编码ALU操作数组合 功能 121l0 LLL R+ L I LL H S-R L.代表低电位 RAA LL H L H IR-S H代表高电位 L H LO .HH RVS (下同) L HH H L L. RA. H I 0 H L H RAS H L H D SQBQBAAQ HHLR￥S HH L D HHH RVS H II H D 大学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 ‰ 这八种功能的选择控制，是用外部送入的三位编码值I5I4I3 实现的，其具体规定如下表所示。 ALU的功能选择 ALU的输入选择

3.6运算部件 口ALU的R输入端可以接收外部送入运算器的数据D,寄存器组 的-组输出A,或接收逻辑0值。ALU的S输入端可以接收寄存 器组的一组输出A和另-组输出B,还可以接收Q寄存器的输 出。这样,R和S接收的数据可以有如下12种组合情况: R 0000 AAAA DDDD S ABQO ABQO ABQO 考虑到R和S同时接收0无实用价值,OA与A0组合、AA和 AB组合、DA和DB组合可以相互替代,故只需留下八种组合情 况即可、此时可用外部送来的三位控制码来决定ALU的输入 数据,即区分可用的八种组合。对应关系如上表所示 夫学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 ‰ ALU的R输入端可以接收外部送入运算器的数据D,寄存器组 的—组输出A，或接收逻辑0值。ALU的S输入端可以接收寄存 器组的一组输出A和另—组输出B，还可以接收Q寄存器的输 出。这样,R和S接收的数据可以有如下12种组合情况： ‰ R 0000 AAAA DDDD ‰ S ABQ0 ABQ0 ABQ0 ‰ 考虑到R和S同时接收0无实用价值，OA与AO组合、AA和 AB组合、DA和DB组合可以相互替代,故只需留下八种组合情 况即可、此时可用外部送来的三位控制码来决定ALU的输入 数据，即区分可用的八种组合。对应关系如上表所示

3.6运算部件 口运算器中有1个16X4位的通用寄存器组和一个4位的Q寄存 器。寄存器组被设计成能双端口输出的部件。每一个寄存 器都可以用A地址或B地址选择,将寄存器中的内容分别送 到输出端口A或B)。当A和B地址不同时,在输出端口A和B 将得到两个不同寄存器中的内容。该寄存器组的写入控制 ,只能用B地址实现,写入的数据是ALU的输出经过移位器 送到寄存器组的输入端的。移位器可执行直送、左移一位 操作,或右移一位的操作,使加减运算和移位操作可在同 个操作步骤中完成。 口Q寄存器本身具有移位功能,即它可以接收自己左移一位或 右移一位的值。Q寄存器还可以接收ALU的输出F的值。Q 的输出可在经ALU的S输入端送入ALU。 夫学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 ‰ 运算器中有1个16X4位的通用寄存器组和一个4位的Q寄存 器。寄存器组被设计成能双端口输出的部件。每一个寄存 器都可以用A地址或B地址选择，将寄存器中的内容分别送 到输出端口A或B)。当A和B地址不同时，在输出端口A和B 将得到两个不同寄存器中的内容。该寄存器组的写入控制 ，只能用B地址实现，写入的数据是ALU的输出经过移位器 送到寄存器组的输入端的。移位器可执行直送、左移一位 操作，或右移一位的操作，使加减运算和移位操作可在同 一个操作步骤中完成。 ‰ Q寄存器本身具有移位功能，即它可以接收自己左移一位或 右移一位的值。Q寄存器 还可以接收ALU的输出F的值。Q 的输出可在经ALU的S输入端送入ALU

3.6运算部件 口ALU还给出了Cn+4、F3(可用作符号位)、OVR和F=000 个状态信息,它们分别是本四位运算器产生的向更高位的 进位、本片最高位的取值、结果溢出和结果为零的状态 ALU的最低位还接收从更低位片送来的进位信号Cn,ALU 还给出了超前进位信号G和P。 口移位器还有接收与送出移位数值的引线,它们分别是RAM3 、RAM0、Q3和Q0,它们都是用三态门给出的具有双向传 送功能的线路实现的 夫学 Wuhan University 设缓学UD

计算机学院(XBXU) 3.6 运算部件 ‰ ALU还给出了Cn+4、F3(可用作符号位)、OVR和F=0000四 个状态信息，它们分别是本四位运算器产生的向更高位的 进位、本片最高位的取值、结果溢出和结果为零的状态。 ALU的最低位还接收从更低位片送来的进位信号Cn，ALU 还给出了超前进位信号G和P。 ‰ 移位器还有接收与送出移位数值的引线，它们分别是RAM3 、RAM0、Q3和Q0，它们都是用三态门给出的具有双向传 送功能的线路实现的