D2-第四章算术逻辑运算电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第4章 算术逻辑运算电路,4.1,基本算术运算电路,4.2,算术逻辑单元的组织,4.3,逻辑运算和集成,ALU,模块,4.4,BCD,码运算,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第1页!,1.,1,位全加器,2.多位加法器,3.算法移位,4.比较运算,4.1,基本算术逻辑电路,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第2页!,A,a,3,a,2,a,1,a,0,1011,B=,b,3,b,2,b,1,b,0,1110,1 0 1 1 A,1 1 1 0 B,1 1 0 ,C,i-1,1 1 0 0 1.,i,+,1.,1,位全加器,二进制加法运算举例,半加,全加,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第3页!,真值表,1,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,0,0,1,0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,CO,Q,P,CI,1位全加器,逻辑符号,CO,CI,Q,P,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第4页!,CO,B,3,A,3,B,2,A,2,B,1,A,1,B,0,A,0,3,2,1,0,CO,CI,CO,CI,CO,CI,CO,CI,Q P,Q P,Q P,Q P,2.,多位,全加器,4,位全加器,串行进位的速度低,？,思考：,如何构成n位全加器？,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第5页!,集成4位加法器74283,CO,CI,3,0,Q,3,0,P,3,0,？,思考：,如何用74283构成8位加法器？,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第6页!,真值表,A,B,F,AB,F,A=B,F,AB,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,1,0,4.,比较运算,1,位比较器,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第7页!,输入,输出,A,3,B,3,A,2,B,2,A,1,B,1,A,0,B,0,A,B,A,B,F,A,B,3,1,0,0,A,3,B,2,1,0,0,A,3,=,B,3,A,2,B,1,1,0,0,A,3,=,B,3,A,2,=,B,2,A,1,B,0,1,0,0,A,3,=,B,3,A,2,=,B,2,A,1,=,B,1,A,0,B,0,0,1,0,A,3,=,B,3,A,2,=,B,2,A,1,=,B,1,A,0,=,B,0,1,0,0,1,0,0,A,3,=,B,3,A,2,=,B,2,A,1,=,B,1,A,0,=,B,0,0,1,0,0,1,0,A,3,=,B,3,A,2,=,B,2,A,1,=,B,1,A,0,=,B,0,0,0,1,0,0,1,7485功能表,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第8页!,1.加法运算与ALU的组织,2.减法运算与求补电路,3.乘法的实现与ALU的结构,4.2,算术逻辑单元,ALU,的组织,连加法,移位相加法,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第9页!,寄存器传递语言RTL,举例：,A0,AB,AB,05,AA+B,ASRA,A,0,X,目标寄存器,源寄存器运算符源寄存器,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第10页!,（1）减法ALU,结构,2.,减法运算与求补电路,？,思考：,补码系统中，,如何求相反数？,？,思考：,能否将加、减电,路统一起来？,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第11页!,（1）连加法实现M,N,3.,乘法运算与ALU结构,加法的扩展，通过连加法或移位相加法实现,配置：,寄存器Y存放M；递减计数器C存放N；累加器A存放积P。,AA+Y,CC-1,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第12页!,连加法的硬件实现方案,方案1:,（M、N的字长均为n）,2n位的累加器,2n位的全加器,方案2:,n位普通累加器和n位递增计数器构成A,将全加器的溢出作为递增计数器的计数使能信号,n位全加器,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第13页!,【例】连加法求1011,0101,步骤,递增计数器,累加器,递减计数器,B,Step1,0000,0000,0101,1011,Step2,0000,1011,0100,1011,Step3,0001,0110,0011,1011,Step4,0010,0001,0010,1011,Step5,0010,1100,0001,1011,Step6,0011,0111,0000,1011,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第14页!,1 1 0 1,1 0 1 1,1 1 0 1,1 1 0 1,1 0 0 1 1 1,0 0 0 0,1 0 0 1 1 1,1 1 0 1,1 0 0 0 1 1 1 1,计算机实现方案,1,：部分积左移,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第15页!,部分积之和右移的一般情形,A,3,A,2,A,1,A,0,B,3,B,2,B,1,B,0,(A,3,A,2,A,1,A,0,),B,0,第一次部分积,P,3,/,P,2,/,P,1,/,P,0,部分积之和右移1位,(A,3,A,2,A,1,A,0,),B,1,第二次部分积,P,5,/,P,4,/,P,3,/,P,2,/,P,1,P,0,部分积之和,P,5,/,P,4,/,P,3,/,P,2,/,P,1,P,0,部分积之和右移1位,(A,3,A,2,A,1,A,0,),B,2,第三次部分积,P,6,/,P,5,/,P,4,/,P,3,/,P,2,P,1,P,0,部分积之和,P,6,/,P,5,/,P,4,/,P,3,/,P,2,P,1,P,0,部分积之和右移1位,(A,3,A,2,A,1,A,0,),B,3,第四次部分积,P,7,P,6,P,5,P,4,P,3,P,2,P,1,P,0,部分积之和,P,7,P,6,P,5,P,4,P,3,P,2,P,1,P,0,部分积之和右移1位,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第16页!,【例】1101,1011,Y,Carry,A,B,C,Mem,1101,0,0000,1011,0100,1101,0,1101,1011,0100,1101,0,0110,1101,0011,shr,1101,1,0011,1101,0011,1101,0,1001,1110,0010,shr,1101,0,0100,1111,0001,shr,1101,1,0001,1111,0001,1101,0,1000,1111,0000,shr,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第17页!,乘法的其它实现方案：乘法器和乘法表,乘法器,乘法表,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第18页!,1.,1,位BCD码加法运算,2.多位BCD码全加器,3.BCD码乘法,4.4,BCD,码运算,？,思考：,两个1位BCD码相加，,结果范围是什么？,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第19页!,BCD码的修正,需作+6处理的包括：,出现CO,B,8,B,4,B,2,B,1,1010,1,1,1,1,1,1,B,8,B,4,B,2,B,1,修正条件为：,CO+B,8,B,4,+B,8,B,2,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第20页!,2.多位BCD码全加器,（1）行波进位的并行BCD码全加器,CO,CI,Q,P,CO,CI,Q,P,CO,CI,Q,P,CO,CI,Q,P,总进位,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第21页!,（3）串行BCD码加/减运算,低位开始，按时钟节拍1位1位送入，结果低位先出,例324+238,CP,A/S,A寄存器,B寄存器,D触发器,MC14561,MC14560,结,果,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第22页!,0000,0100,0100,CO,CO,CI,CO,CI,CI,Q P,0000,0100,Q P,1000,0010,Q P,0100,0001,Q P,0101,0000,0101,0110,0110,A,3,B,0,高位积,A,2,B,0,高位积,A,0,B,0,高位积,A,1,B,0,高位积,A,3,B,0,低位积,0,A,2,B,0,低位积,A,1,B,0,低位积,A,0,B,0,低位积,BCD码乘法高速算法,？,思考：,如何实现多位与多位的乘法？,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第23页!,具体实现,：,与或,异或,与或非,？,思考：,如何列写1位全加器的与或非形式？,集成1位全加器74183、74184,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第24页!,超前进位方式,迭代下去，最终有：,超前进位只有2级门电路延时，速度高,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第25页!,实现方法：,错位存储实现,P166页图4.7,3.,算法移位,？,思考：,定点数左移或右移1位结果是什么？,移位寄存器实现,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第26页!,多,位比较器,实现方法：,先比较两个数的最高位，若相等；再比较次高位，以此类推。,COMP,A,0,A,1,A,2,A,B,0,3,P,F,AB,F,AB,A,3,B,0,B,1,B,2,0,3,Q,B,3,PQ,F,AB,集成4位数值比较器7485,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第27页!,【例】用7485构成8位数值比较器,F,AB,F,AB,F,AB,COMP,高位片,0,3,P,Q,PQ,0,3,COMP,低位片,A,0,A,1,A,2,0,3,P,A,3,Q,PQ,0,3,B,0,B,1,B,2,B,3,1,A,4,A,5,A,6,A,7,B,4,B,5,B,6,B,7,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第28页!,（1）,加法,ALU,的基本结构,操作数,累加器,加法操作过程,1.,加法运算与ALU组织,(1)取操作数（被加数M）存入累加器A中,CLA:A0;BM;AA+B,(2)取另1操作数N并与M相加，和存入A中,ADD:BN;AA+B,(3)将和存入存储器,STO:MEMA,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第29页!,（2）加法运算的溢出问题(Overflow),补码系统的溢出判别电路,真值表,0,1,1,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,Ovr,n,B,n,A,n,（3）浮点数加法运算对阶,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第30页!,（2）,具有加/减控制的全加器电路,ADD,SUB,P,4,P,3,P,2,P,1,P,0,Q,4,Q,3,Q,2,Q,1,Q,0,4,3,2,1,0,CO,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第31页!,连加法的实现流程,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第32页!,方案2的实现逻辑图（8位为例）,递增计数器,累加器,H4,L4,4位全加器,寄存器B,Over,递减计数器,C,被加数,加数,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第33页!,手动乘法运算举例,（2）移位相加法实现M,N,1 1 0 1,1 0 1 1,1 1 0 1,1 1 0 1,0 0 0 0,1 1 0 1,1 0 0 0 1 1 1 1,D2-第四章算术逻辑运算电路共43页，您现在浏览的是第34页!,1 1 0 1,1 0