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04 第2章第4讲 运算器设计及举例.ppt

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本课件从全加器与补码加减运算电路出发,逐步完善出含通用寄存器组与乘商寄存器的完整运算器,给出乘除法电路的寄存器组织,并说明Am2901的九位控制码与操作使用方法。

第一单元运算器部件第四讲运算器设计及举例讲次标题页,运算器的功能、组成、控制信号与操作使用方式
运算器基本功能要点列表,涵盖完成算术、逻辑运算、取得操作数、输出、存放运算结果等主要内容
运算器基本功能要点列表,涵盖获得运算结果的状态、理解、响应控制信号等主要内容
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第1页:第一单元运算器部件第四讲运算器设计及举例

第一单元运算器部件第四讲运算器设计及举例

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现运算器的功能、组成、控制信号与操作使用方式。

  • 运算器

第2页:运算器基本功能

运算器基本功能

  • 完成算术、逻辑运算
    • +、—、、、、、
  • 。
  • 取得操作数
    • 寄存器组、立即数
  • 输出、存放运算结果
    • 寄存器组、数据总线
  • 暂存运算的中间结果
    • Q寄存器、移位寄存器

第3页:运算器基本功能

运算器基本功能

  • 获得运算结果的状态
    • C、Z、V、S
  • 理解、响应控制信号

第4页:算术逻辑运算电路

算术逻辑运算电路

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现加法器、乘除法电路与补码加减运算的实现。

第5页:补码减法根据算术运算规则

补码减法根据算术运算规则:a-b=a+(-b)-b的补码为:将b的各位求反,并加1

我们可以用加法器实现减法。加法器。

第6页:原码反码补码表示

  • 32-位被乘数寄存器,32-位ALU, 64-位部分积寄存器(0-位乘数寄存器)Product(Multiplier)Multiplicand32-bit ALUWriteControl32 bits64 bitsShift Right原码乘法的实现(三)

第7页:算术逻辑运算电路

  • 32-位除数寄存器,32-位ALU, 64-位余数(被除数)寄存器除数32-bit ALUWriteControl32 bits64 bits左移除法的实现余数

第8页:运算器实现

运算器实现

  • ALU完成算术、逻辑运算。
  • 寄存器组存放数据和结果
  • 辅助寄存器完成中间结果的存放
  • 选通门等控制数据通行
  • 需要哪些控制信号?ALU

第9页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现定点小数与整数的原码、反码、补码表示及加减运算实现。

  • ALU
  • OVR

第10页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 三选一
  • OVR

第11页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现定点小数与整数的原码、反码、补码表示及加减运算实现。

  • ALU
  • 寄存器组
  • OVR

第12页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现定点小数与整数的原码、反码、补码表示及加减运算实现。

  • ALU
  • 寄存器组
  • OVR

第13页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 寄存器组
  • 三选一
  • OVR

第14页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 寄存器组
  • 三选一
  • OVR

第15页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 寄存器组
  • 三选一
  • OVR

第16页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 乘商寄存器
  • 寄存器组
  • OVR

第17页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 乘商寄存器
  • 寄存器组
  • OVR

第18页:实现补码加减运算

实现补码加减运算

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 乘商寄存器
  • 寄存器组
  • OVR

第19页:Am2901位片运算器

Am2901位片运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • 运算器
  • ALU
  • 三选一
  • 二选一
  • Am2901
  • RAM0

第20页:运算器的控制与操作

运算器的控制与操作

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • 运算器
  • ALU
  • 乘商寄存器
  • 寄存器组

第21页:入出信号及引脚

入出信号及引脚

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现最低位进位Cin的控制码与应用场合。

  • 运算器
  • RAM0
  • RAM15
  • Q0
  • Q15
  • Cin

第22页:入出信号及引脚Y15~Y0

入出信号及引脚Y15~Y0

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现最低位进位Cin的控制码与应用场合。

  • 运算器
  • RAM0
  • RAM15
  • Q0
  • Q15
  • Cin

第23页:Am2901控制信号编码

Am2901控制信号编码

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现I8~I0九位控制码对数据来源、运算功能与结果处理的编码规定。

  • Am2901
  • Q0

第24页:状态寄存器与标志位

状态寄存器与标志位

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现C、Z、V、S四个标志位的来源、控制与保存。

  • 运算器
  • RAM0
  • RAM15
  • Q0
  • Q15
  • Cy

第25页:控制器提供的控制信号

控制器提供的控制信号

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现控制器分步执行指令并向各部件提供协调运行控制信号的功能与组成。

  • 控制器

第26页:教学计算机

教学计算机

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • 运算器
  • Am2901

第27页:Am2901的8种运算功能

Am2901的8种运算功能

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现ALU的3位功能选择码与R+S、S-R、R∨S等8种运算的对应关系。

  • 乘商寄存器
  • 锁存器
  • 三选一
  • 二选一
  • Am2901
  • RAM0

第28页:Am2901的8种运算功能

Am2901的8种运算功能

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现ALU的3位功能选择码与R+S、S-R、R∨S等8种运算的对应关系。

  • 运算器
  • ALU
  • Am2901
  • OVR
  • F=0
  • 最低位进位

第29页:Am2901位片运算器

Am2901位片运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • 寄存器组
  • 多路选择器
  • 锁存器
  • OVR
  • F=0

第30页:Am2901位片运算器

Am2901位片运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 乘商寄存器
  • 锁存器
  • OVR
  • F=0

第31页:该芯片的第四个组成部分是5组多路选通门

该芯片的第四个组成部分是5组多路选通门

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 锁存器
  • 三选一
  • 二选一
  • OVR
  • F=0

第32页:Am2901的8种数据组合

Am2901的8种数据组合

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现ALU两路输入R、S在AQ、AB、DA、DQ等8种数据来源间的组合方式。

  • ALU
  • 锁存器
  • 三选一
  • 二选一
  • OVR
  • F=0

第33页:Am2901位片运算器

Am2901位片运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 寄存器组
  • 锁存器
  • 三选一
  • 二选一
  • RAM0

第34页:Am2901位片运算器

Am2901位片运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • ALU
  • 锁存器
  • 三选一
  • 二选一
  • RAM0
  • Q0

第35页:种结果处理

种结果处理

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现3位结果处理控制码下通用寄存器、Q寄存器与Y输出的8种分配方案。

第36页:Am2901位片运算器

Am2901位片运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • 运算器
  • 锁存器
  • 三选一
  • 二选一
  • RAM0
  • Q0

第37页:Am2901的8种运算功能

Am2901的8种运算功能

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现ALU的3位功能选择码与R+S、S-R、R∨S等8种运算的对应关系。

  • 乘商寄存器
  • 锁存器
  • 三选一
  • 二选一
  • Am2901
  • RAM0

第38页:运算器的时钟脉冲信号运算器

运算器的时钟脉冲信号运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现运算器的功能、组成、控制信号与操作使用方式。

  • 运算器
  • CP

第39页:Am2901位片运算器

Am2901位片运算器

本页为结构/流程示意图,图中标注的主要部件与信号如下,重点体现4位位片结构运算器Am2901的内部组成与数据通路。

  • Am2901
  • R0
  • R1

第40页:作业:阅读:教材第2章

  • 阅读:教材第2章
  • 思考:运算器是如何完成算术运算的?
  • 思考:运算器设计中应考虑哪些主要问题?
  • 书面作业:–教材P131第11、13、14、15题。
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