定点运算器的组成和结构

课时数 NO： 年 月 日 星期 教学内容3.2 定点运算器的组成和结构（第2课时）教学目的要求知识与技能： 了解数据通路概念及应用，运算器的三种结构过程与方法： 通过实例讲解，实践练习掌握教学内容情感态度与价值观：培养学生分析、理解问题的能力以及学习兴趣和积极性。教学重点数据通路概念及应用，运算器的三种结构教学难点移位操作教学方法讲练结合 教学用具计算机、多媒体幻灯片演示教学过程教 师 主 导 活 动学 生 主 体 活 动复习提问： 1、定点运算器有哪几部分组成？2、算术逻辑运算单元ALU的主要功能是什么？3、通用寄存器和状态寄存器的作用是什么？新课讲授：板书： 3.2 定点运算器的组成和结构 3.2.4 数据通路提问：一台计算机的各位功能部件要互相连接，信号才能顺利传送，那么被传送的信号指哪些？数据通路概念：我们通常把从一个功能部件向另一个功能部件传送数据所经过的功能部件、总线等称为数据通路。举例：MUX1和MUX2就是数据通路。学生思考并举手回答学生思考并回答：信号包括数据和控制信号。学生识记概念提问：请仔细观察P38的图3-7，找出MUX1的数据来源于哪几方面？小结：MUX1数据有三个来源：（1）通用寄存器的输出（2）指令中的相对位置移量（3）常数“0”提问：请仔细观察P38的图3-7，找出MUX2的数据来源于哪几方面？MUX2的数据也有三个来源：（1）通用寄存器的输出（2）程序计数器的输出（3）数据寄存器的输出思考：假设通用寄存器组有两个输入端RA和RB，一个输出端RI，寄存器1为R1，寄存器2为R2，寄存器3为R3表示，运算之前R1=0110，R2=1100，Z，N，C，V标志位全为0。进行下面的操作后，标志位Z，N，C，V和R3的值如何？ （1）第一种操作：R1加R2，结果送R3。讲解操作过程：R1的内容通过端口RA输出，MUX1选择RA的内容进入ALU的A输入端；R2的内容通过端口RB输出，MUX2选择RB的内容送入ALU的B输入端。令ALU作A+B算术加法操作，从Y输出端输出结果，并存入R3寄存器中。学生认真观察，举手回答师生共同小结学生认真观察，举手回答师生共同小结学生倾听学生认真看书P38图3-7并思考操作过程和操作后Z，N，C，V和R3的值分别是多少？ALU中的运算：A补0 1 1 0+B补1 1 0 0 A+B补 1 0 0 1 0运算结果：R3=0011，标志位C=1，其余不变（2）第二种操作：求与R1相补的数（取负数）。讲解操作过程：R1的内容通过端口RB输出，MUX2选择送到ALU的B输入端；MUX1处选择常数“0”送入ALU的A输入端。令ALU作A-B算术运算功能，从Y输出端输出结果，并存入R3寄存器中。ALU中的运算：A补0 0 0 0+-B补1 0 1 0 0-B补 1 0 1 0运算结果：R3=1010，N（符号位）为1，其他标志不变。（3）第三种操作：利用运算器计算操作数地址或转移地址。假设当前执行转移指令，转移地址由程序计数器的值加上相对位移量得出。讲解运算器计算转移地址的过程：MUX2选择程序计数器PC的内容送往ALU的B输入端；MUX1选择指令寄存器中的相对位移量到ALU的A输入端令ALU做A+B算术加运算，从Y输出的内容送往程序计数器PC中，这时PC中就为转移址了。学生认真看书P38图3-7并思考操作过程和操作后Z，N，C，V和R3的值分别是多少？学生认真看书P38图3-7并思考操作过程（4）第四种操作：关于移位操作。以4位二进数最左边一位为符号位为例，说明移位操作的规则和操作结果。（1）算术右移：原数X3X2X1X0X3X2X1X0算术右移一位后，变为：X3X3X2X1小结：移位后的结果是原数的二分之一。如果右移n位，则移位后的结果是原数的2n分之一。（2）算术左移：原数X3X2X1X0X3X2X1X0算术左移一位后，变为：X2X1X00小结：移位后的结果（如果没有溢出发生）是原数的2倍。如果左移n位（没有溢出发生），则移位后的结果是原数的2n倍，若有溢出发生，则移位后的结果数据不定。（3）逻辑右移：原数X3X2X1X0X3X2X1X0逻辑右移一位后，变为：0X3X2X1小结：结果与算术右移不同。学生观察移动前后变化，找出算术右移规律：所有位向右移一位，最低位被移出，最高位保持不变。学生观察移动前后变化，找出算术左移规律：所有位向左移一位，最高位被移出，最低位由0补充。学生观察移动前后变化，找出逻辑右移规律：所有位向右移一位，最低位被移出，最高位由0补充。（4）逻辑左移：原数X3X2X1X0X3X2X1X0逻辑左移一位后，变为：X2X1X00小结：结果与算术左移不同（5）循环右移：原数X3X2X1X0X3X2X1X0循环右移一位后，变为：X0X3X2X1（6）循环左移：原数X3X2X1X0X3X2X1X0循环左移一位后，变为：X2X1X0X3（7）带进位的循环右移：原数X3X2X1X0CX3X2X1X0循环右移一位后，变为：X0CX3X2X1（7）带进位的循环左移：原数X3X2X1X0CX3X2X1X0循环右移一位后，变为：X3X2X1X0C学生观察并找出逻辑左移规律：所有位向左移一位，最高位被移出，最低位由0补充。学生观察并找出循环右移规律：所有位向右移一位，最高位由最低位循环移入。学生观察并找出循环左移规律：所有位向左移一位，最低位由最高位循环移入。学生观察并找出带进位循环右移规律：所有位向右移一位，最高位由最低位循环移入学生观察并找出带进位循环左移规律：所有位向左移一位，最低位由最高位循环移入板书： 3.2.5 运算器的基本结构 1、单总线结构的运算器概念：运算器的所有部件都接到一条总线上的运算结构是单总线结构的运算器。特点：这种结构的运算器，数据可以在任何两个寄存器之间，或者在任一个寄存器和ALU之间传送。在同一时间内，只能有一个操作数在总结线上。缺点：操作速度慢单总线结构运算器的图：通用寄存器BALUA特殊寄存器2、双总线结构的运算器概念：运算器的所有部件都接到二条总线上的运算结构是双总线结构的运算器。特点：两条数据线各自把其数据传送到ALU的输入端。双总线结构运算器的图：通用寄存器特殊寄存器ALU特殊寄存器缓冲器总线2总线1板书： 3、三总线结构的运算器概念：运算器的所有部件都接到三条总线上的运算结构是双总线结构的运算器。学生了解单总结结构的概念和特点学生观察单总线结构运算器图，说出数据输入，运算，输出过程学生了解双总结结构的概念和特点学生观察双总线结构运算器图，说出数据输入，运算，输出过程特点：在三总线结构运算器中，ALU的两个输入端分别由两条总线供给，而ALU的输出则与第三条总线相连。通用寄存器ALU特殊寄存器缓冲器总线3总线2总线1作业：P46 T5学生了解单总结结构的概念和特点学生观察单总线结构运算器图，说出数据输入，运算，输出过程板书设计3.2 定点运算器的组成和结构3.2.4 数据通路MUX1 MUX23.2.5 运算器的基本结构 1、单总线结构的运算器2、双总线结构的运算器3、三总线结构的运算器教后札记