2.4.1串行进位加法器和并行进位加法器.ppt

第2章 数据的表示和运算 主要内容： 数制与编码 定点数的表示和运算 浮点数的表示和运算 算术逻辑单元?ALU 串行进位加法器和并行进位加法器 算术逻辑单元?ALU?的功能和结构 2.4 算术逻辑单元ALU 串行进位（又称行波进位）加法器，逻辑电路比较简单，但是最高位的加法运算，一定要等到所有低位的加法完成之后才能进行，低位的进位要逐步的传递到高位，逐级产生进位，因此运算速度较慢。 一位二进制全加器逻辑电路与表达式 一位二进制全加器：有三个输入端和两个输出端。 输入端：操作数Ai、操作数Bi和低位进位信号Ci?1 输出变量：本位之和Si，本位向高位的进位Ci。 （4）并行进位加法器 为了提高运算速度，减少延迟时间，可以采用并行进位法，也叫超前进位或先行进位。 并行进位加法器的运算速度很快，形成最高进位输出的延迟时间很短，但是以增加硬件逻辑线路为代价。 对于长字长的加法器，往往将加法器分成若干组，在组内采用并行进位，组间则采用串行进位或并行进位，由此形成多种进位结构。 单级先行进位：将n位字长分为若干组，每组内采用并行进位方式，组与组之间则采用串行进位方式。 多级先行进位：在组内和组间都采用先行进位方式。 先行进位加法器 2.4.2 算术逻辑单元ALU ALU的功能和结构 ALU部件是运算器中的主要组成部分，又称为多功能函数发生器，主要用于完成各种算术运算和逻辑运算。ALU的算术运算部件包含加法器、减法器、乘法器、除法器、增量器（+1）、减量器（-1）、BCD码运算器等组件。 ALU的主要工作是根据CPU的指令要求执行各种指定的运算，如加法、减法、乘法、除法、比较、逻辑、移位等操作。 （2）4位ALU部件 SN74181 为提高级联ALU的运算速度，利用16位并行进位链集成电路SN74182，产生芯片连接时所需要的并行进位信号，构成片内、片间均并行进位的ALU。 SN74182可以向SN74181提供片间并行进位信号，其芯片本身输出的G、P还可以支持更高一级的并行进位链，从而可构成更长位数的ALU。例如，采用3片SN74182和8片SN74181可级连组成片内、片间均并行进位的32位ALU电路。 不同厂家的器件不同，但基本电路原理是相似的。例如 实验教学机中的Am2901芯片是一个4位的位片结构的运算器器件 。 Am2902芯片功能与74182相似。 本章小结 （一）?数制与编码 1.???进位计数制及其相互转换 2.???真值和机器数 3.???BCD?码 4.???字符与字符串，ASCII码 5.???校验码 （二）?定点数的表示和运算 1.???定点数的表示 ：无符号数的表示；有符号数的表示。 2.???定点数的运算 ：定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法。 （三）?浮点数的表示和运算 1.???浮点数的表示 ：浮点数的表示范围；浮点数规格化 2. IEEE754?标准 3.???浮点数的加/减运算 （四）?算术逻辑单元?ALU 1.???串行加法器和并行加法器，超前进位2.???算术逻辑单元?ALU?的功能和结构 计算机组成原理 * 2.4.1 串行进位加法器和并行进位加法器 (1)串行进位加法器 Si=Ai⊕Bi⊕Ci?1 Ci=AiBi+BiCi-1+AiCi-1=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1= AiBi+(Ai+Bi)Ci-1 进位产生函数：Gi= Ai Bi 绝对进位 进位传递函数：Pi = Ai+Bi 条件进位 则 Ci = Gi + Pi Ci-1 n位串行进位加法器 （2）串行进位链 进位链 传送进位的电路 串行进位链 进位串行传送 提高加法器速度的关键是尽量加快进位产生和传递的速度。 （3）并行进位链 n 位加法器的进位同时产生 C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2C1 Cn = Gn + PnCn-1 = G2 + P2G1 + P2P1C0 （先行进位，跳跃进位，超前进位） ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 C0 G4 P4 G3 P3 G2 P2 G1 P1 1 ≥1 1 1 C1 C2 C3 C4 … = Gn + PnG n-1+…+ PnPn-1…P2P1C0 16位单级先行进位加法器 (1) ALU 电路 组合逻辑电路 Ki 不同取值 Fi 不同 ALU Ai Bi Fi … Ki 利用集成电路技术可将若干位全加器、并行进位链、输入选择电路等部分集成在一块芯片上，称为多功能算术、逻辑运算部件ALU。 M = 0