计算机组成原理（七）

算术运算及电路实现

运算器的基本功能

• 完成算术，逻辑运算
  +，-，*，/，%，&，|，~
• 得到运算结果的状态
  C,Z,V,S
• 输出，存放运算结果
  寄存器组，数据总线

运算器的基础逻辑电路

• 逻辑门电路
  完成逻辑运算
• 加法器
  完成加法运算
• 触发器
  保存数据
• 多路选择器，移位器
  选择，联通

数据通路

ALU功能设计

• 功能
  对操作数A，B完成算术逻辑运算
  ADD,AND,OR
• 设计
  算术运算
  加法器
  逻辑运算
  与门，或门

一位ALU逻辑运算实现

直接用逻辑门实现与和或的功能
多路选择器，通过op控制信号输出结果

1位的加法

3个输入信号：A，B，CarryIn
2个输出信号：sum，CarryOut

真值表

A	B	CarryIn	CarryOut	sum
0	0	0	0	0
0	0	1	0	1
0	1	0	0	1
0	1	1	1	0
1	0	0	0	1
1	0	1	1	0
1	1	0	1	0
1	1	1	1	1

sum=(a’b’carryin)+(a’+b+carryin)+(a+b’+carryin’)+(a+b+carryin)
carryout=(bcarryin)+(acarryin)+(a*b)
用逻辑门实现加法求sum
用逻辑门求carryout
将所有相同的输入连接在一起

1位ALU的设计过程

确定ALU的功能 （与，或，非）
确定ALU的输入参数
根据功能要求，得到真值表，并写出逻辑表达式
根据逻辑表达式实现逻辑电路

4位ALU实现方式

用1位ALU串联起来，得到4位ALU

超前进位生成

其他结果标志

z=(f1=0)&(f2=0)&(f3=0)&(f4=0)
s=最高位
o=f1’f2’fs+f1f2fs’

补码减法

根据算术运算规则
[a-b]补=[a]补+[-b]补
[-b]的补码为将[b]补的各位求反+1
由此我们可以用加法器完成减法