05 第2章第5讲 教学计算机运算器设计.ppt

第1页：运算器组成与设计

运算器组成与设计

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：内容提要：TEC-2000运算

• TEC-2000运算器指标
• 运算器设计
  • 芯片连接方式
  • 超前进位
  • 最低位进位
  • 标志位设计
  • 移位指令

第5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6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7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8页：Am2901位片运算器

8TEC-2000运算器指标

• 字长16位（8位），由4（2）片Am2901组成
• 支持16位（8位）的算术、逻辑运算
• 主频：1.8432MHz/3

第9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
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15
• Cin

第10页：片间高速进位用

片间高速进位用

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片Am2901通过Am2902实现片间高速进位的连接关系。

• Am2901
• Am2902
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15

第11页：ALU最低位进位设计

ALU最低位进位设计

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12页：可完成的功能

12ALU可完成的功能

• ADD R0, R1;
• SUB R0, R1?
• INC R0 ?–MOV R1, 1 ; ADD R0, R1
• DEC R0 ?
• ADC R0 ?
• SBB R0, R1R0+/R1+1(C)R0+0+1(C)R0+/0+0(C)R0+R1+0(C)R0+0+CR0+/R1+C

第13页：ALU最低位进位设计

ALU最低位进位设计

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。

• ALU
• Cin
• 最低位进位

第14页：最低位进位信号

最低位进位信号

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

• Cin
• 最低位进位

第15页：ALU最低位进位设计

ALU最低位进位设计

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
• Q0
• Cin
• Cy
• OVR

第16页：完成功能需要的控制信号

16ALU完成功能需要的控制信号（1）

• 数据组合（I2 I1 I0）
• 功能代码（I5 I4 I3）
• 结果处理（I8 I7 I6）
• A口地址
• B口地址
• 最低位进位控制信号（SCi）

第17页：运算结果标志算术与逻辑

运算结果标志算术与逻辑

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。

第18页：几条影响C触发器的指令指令中有

几条影响C触发器的指令指令中有

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TEC-2000运算器指标与进位、标志位、移位设计。

• RAM0
• RAM15

第19页：对乘除法指令的支持指令中

对乘除法指令的支持指令中

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。

• Q0
• Cy

第20页：状态寄存器的控制用

状态寄存器的控制用

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。

• ALU
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Cy
• 状态寄存器

第21页：状态寄存器的逻辑表达式C

状态寄存器的逻辑表达式C

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。

• RAM0
• RAM15
• Q0
• Cy
• 状态寄存器

第22页：ALU最低位进位设计

ALU最低位进位设计

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
• CZVS
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15

第23页：完成功能需要的控制信号

23ALU完成功能需要的控制信号（2）

• 数据组合（I2 I1 I0）
• 功能代码（I5 I4 I3）
• 结果处理（I8 I7 I6）
• A口地址
• B口地址
• 最低位进位控制信号（SCi）
• 状态寄存器接收信号（SST）

第24页：寄存器移位输入信号

寄存器移位输入信号

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现最高位与最低位移位输入信号的形成与控制码规定。

• ALU
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15
• R0

第25页：左右移位输入信号逻辑表达式

左右移位输入信号逻辑表达式

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现最高位与最低位移位输入信号的形成与控制码规定。

• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15
• Cy
• Q3

第26页：运算器移位输入信号

运算器移位输入信号

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现最高位与最低位移位输入信号的形成与控制码规定。

• 运算器
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15
• Cin

第27页：ALU最低位进位设计

ALU最低位进位设计

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
• CZVS
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15

第28页：ALU最低位进位设计

ALU最低位进位设计

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
• CZVS
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15

第29页：ALU最低位进位设计

ALU最低位进位设计

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
• CZVS
• RAM0
• RAM15
• Q0
• Q15

第30页：完成功能需要的控制信号

30ALU完成功能需要的控制信号（2）

• 数据组合（I2 I1 I0）
• 功能代码（I5 I4 I3）
• 结果处理（I8 I7 I6）
• A口地址
• B口地址
• 最低位进位控制信号（SCi）
• 状态寄存器接收信号（SST）
• 移位控制信号（SSH）

第31页：运算器组成与设计

运算器组成与设计

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
• R0
• R1

第32页：运算器设计小结

运算器设计小结

• 完成从4位到16位的扩充
• 最低位进位信号设计（完成减法等）
• 状态寄存器设计（接收并保存状态值）
• 移位信号设计（支持乘除法及逻辑移位）
• 需要提供必要的控制信号（由控制器提供）
• 其它功能由这些功能组合而成，自动执行