计算机组成原理 王诚 计算机组成 第4章

计算机组成原理教学课件

王诚教授

清华大学计算机系

2009年10月

第4章计算机系统概述

4.1算术逻辑运算单元的线路实现

4.2计算机的定点运算器

4.3浮点运算与浮点运算器

4・4提高运算器部件处理能力的可行途径

1＞设计支持+、A、V功能的ALU线路

一位的ALU的线路设计：1、首先画出其组成示意图

输入数据A、B

加减进位输入Cin

加减进位输出Cout

3种运算用3部分电路

运算结果S,3选1得到

运算功能选择控制

+/■选择B或/B的控制

设计支持+、A、V功能的ALU线路

一位的ALU的线路设计：2、接着写出功能的真值表

OPABCinSCoutOPABs（与）

000000010000

000101010010

001001010100

001100110111

0000110OPABS（或）

000110111000

001010111011

001111111101

（加法）11111

一位加法器的真值表、逻辑表达式、线路图

真值表逻辑表达式

I；XnYC+XYnChXnYC4-XYC

XnYnCnSnCn+1i=nnnnnnnn

00000

Cn+1=XnYnCn+XnYnCn+XnYnCn+XnYnCn

00000=XnYn+XnCn+YnCn

00000

00000Xn

Sn

00000

Yn

00000

00000

Cn

00000

设计支持+、A、V功能的ALU线路

一位的ALU的线路设计：3、按真值表写逻辑表达式

S=(/OP1/OPO)(A/B/Cin加法运算

+/A•B/Cin

+/A•/B•Cin

+ABCin)

+(OP1/OPO)(AB)与运算

+(OP1OPO)(A+B)或运算

Cout=(/OP1/OPO)­(AB加法运算

+A-Cin

+B-Cin)

设计支持+、A、V功能的ALU线路

一位的ALU的线路设计：4、按逻辑表达式画出电路图

A

与

n

或

n选

1^—>

加这只是个原理性的

法加法和

设计与实现方案，真正

器

的产品功能更全，经过

Cout优化后性能也更高。

设计支持+、八、V功能的16位ALU

OPlOPO

用16个一位的ALU实现一

个16位的ALU,使其并行执行

so算逻运算，使每位ALU处在不

同的数位上，信号名加位序号。

需要把每一位上的ALU的

进位输出信号和相邻高位的进位

S1

输入信号正确连接；并把全部位

上的控制信号连接在一起，使它

们同步执行相同的运算功能，从

而对两个16位的数据执行正确的

运算功能，产生正确的结果。

S15还需要解决进位信号传送速

度，可采用超前进位的方案。

两种不同类型的运算器

运算器包括定点运算器和

浮点运算器两种类型

定点运算器，教学中重点讲解

主要完成对整数类型数据的算术运算、逻辑类

型数据的逻辑运算，。

浮点运算器，教学中简单介绍

主要完成对浮点类型数据的算术运算，也可以

用于完成长整数、BCD等类型的数据运算

2、定点运算器的基本功能和组成

等完成算术、逻辑运算，产生运算结果

由ALU执行+、—、△、V>-1（X>+等）运算

给出并记忆运算结果的状态

C（进位输出）、Z（结果为0）运算器由算逻

V（结果溢出）、S（结果符号）

运算单元ALU、

给暂存运算所用操作数寄存器组REGs和

和运算的中间结果标志位寄存器等三

由通用寄存器组REGs承担个主要部分组成，

多接收输入数据，通过几组多路选择

送出运算结果器电路实现连接。

®作为处理机内部数据通路（DataPath）

单步完成的一次运算的时序关系

运算周期

AC-----------------------------------!►

-

5省

运

寄

寄

控E

算

存

存

制

算

结

一

器

器

器

运

果

内

接

执

容

收

送

行

送

运

立

到

一

出

算

制

时

号

量

噂

时

结

间

时

「

间

果

器

间

时

输

间

入

特

端

时

征ALU