运算器的基本结构.ppt

系 统 总 线 存储器 运算器 控制器 接口与通信 输入/输出设备 林楠 办公室：211 办公电话电子邮件： 计算机组成原理 第六章 计算机的运算方法 6、定点运算器的基本结构 6.1、单总线结构的运算器 6.2、双总线结构的运算器 6.3、三总线结构的运算器 第六章 计算机的运算方法 定点运算器是数据的加工处理部件， 是CPU的重要组成部分。 包括： ALU算术/逻辑单元 ， 阵列乘法器、 阵列除法器、 移位电路、 寄存器组、 选择电路、 数据总线（内部总线）， 等逻辑电路构成。 6、定点运算器的基本结构 移位门 ALU 选择门 A选择门 B 通用 寄存器组 数据总线 数据总线 运算器结构框图 定点运算器框图 A，B，C寄存器的作用 运算 ABC 加法被加数 运算结结果加数无用 减法被减数 运算结结果减数无用 乘法部分积积 乘积积高位被乘数乘数，乘积积低位 除法被除数 余数除数商 6、定点运算器的基本结构 运算器的设计主要是围绕ALU和寄存器之间，怎样通过数据总线传送 操作数和运算结果。 在决定设计方案时，需要考虑数据传送的方便性和操作速度， 在微型机和单片机中还要考虑在硅片上制作总线的工艺。 运算器大体有单总线、双总线、三总线三种结构形式。 根据总线所在位置，总线分为内部总线和外部总线两类。 内部总线是CPU芯片内各部件之间的连线。（本章是讲内部总线） 外部总线即系统总线，即CPU 与存储器、I/O系统之间的连线。 6、定点运算器的基本结构 6、定点运算器的基本结构 6.1、单总线结构的运算器 6.2、双总线结构的运算器 6.3、三总线结构的运算器 第六章 计算机的运算方法 CPU内部所有部件都接到同一总线上。 数据可以在任何两个寄存器之间，或任一个寄存器和ALU之间传送。 如果有阵列乘法器或除法器，它们所处的位置与ALU相当。 同一时刻，只能有一个操作数放在总线上，不能同时传送两个数据。 结构特点：操作速度较慢，控制电路比较简单。 6.1 单总线结构的运算器 6、定点运算器的基本结构 6.1、单总线结构的运算器 6.2、双总线结构的运算器 6.3、三总线结构的运算器 第六章 计算机的运算方法 这种结构有两条总线：总线1、总线2。 两个操作数可以同时送到ALU中进行运算，只需一次操作控制，而把 运算结果送到缓冲器，缓冲器的数据可以送到任意一条总线上，两条 总线的数据通过通用寄存器组来存储。 优点：速度比单总线结构快。 6.2 双总线结构的运算器 6、定点运算器的基本结构 6.1、单总线结构的运算器 6.2、双总线结构的运算器 6.3、三总线结构的运算器 第六章 计算机的运算方法 有三条总线： 两端接ALU的输入：输入总线1，输入总线2 一端接ALU的输出：输出总线3 这样一步就可以控制两个数的运算，速度可以大大提高， 通过通用寄存器把总线3的数据送到总线1与总线2。 6.3 双总线结构的运算器 1、 数据的表示方式 1.1、符号的处理（正数、负数） 1.2、数值的处理（数制转换） 1.3、小数点的处理（定点、浮点） 1.4、原码的表示方法 1.5、反码的表示方法 1.6、补码的表示方法（重点研究） 1.7、移码的表示方法 1.8、字符、汉字的表示方法（ ASCII 码、内码） 1.9、校验码（奇偶校验、海明威校验、CRC校验） 机器数的 表示方法 实际数的 表示方法 研究在机器中 怎样用二进制 表示十进制数 研究哪种机器 数的表示方法 更利简化运算 Review: 第六章 计算机的运算方法 2、定点加、减法运算与实现 2.1、补码定点加、减运算（减法通过加法来实现） 2.2、溢出概念与检测方法（数值超出了表示范围） 2.3、补码定点加法器 3、定点乘法运算 3.1、原码一位乘法（符号位单独处理） 3.2、补码一位乘法（矫正法、比较法（布斯Booth） ） 3.3、补码两位乘法 3.4、阵列乘法器（并行计算结果） 4、定点除法运算 4.1、原码一位除法（恢复余数法、加减交替法） 4.2、补码一位除法 4.3、阵列除法器（并行计算结果） Review: 第六章 计算机的运算方法 5、浮点四则运算（引入移码） 5.1、浮点加减运算 阶码对齐（对大阶=对齐小数点）、 尾数加减（定点小数加减）、 尾数规格化（尾数右规或左规）、 尾数舍