计算机组成原理课件2

例题：P43例23

2.5 定点运算器的组成

2.5.1 逻辑运算

基本运算包括：逻辑非，逻辑加（或），逻辑乘（与），逻辑异（异或）。

2.5.2 多功能算术/逻辑运算单元 （ALU） 一位全加器(FA)构成的行波进位加法器存在两个问题：

? 串行进位不利于高速运算；

? 只能完成加法和减法两种操作而不能完成逻辑操作。

因此，需要设计一种具有多种算术运算和逻辑运算的功能,而且具有

先行进位逻辑,从而能实现高速运算的运算器。 1. 基本思想

一位全加器(FA)的逻辑表达式为

? Fi＝Ai⊕Bi⊕Ci ? Ci＋1＝AiBi＋BiCi＋CiAi

将Ai和Bi先组合成由控制参数S0,S1,S2,S3控制的组合函数Xi和Yi,然后再将Xi,Yi和下一位进位数通过全加器进行全加。这样,不同的控制参数可以得到不同的组合函数,因而能够实现多种算术运算和逻辑运算。

2.逻辑表达式

①ALU中某一位的逻辑表达式 在ALU中的某一位：

? S0,S1控制Ai和Bi产生Yi； ? S2,S3控制Ai和Bi产生Xi； 函数关系如P47表2.4所示。

根据上表可得Xi和Yi的逻辑表达式：

化简后可得：

又因为：

可得：

所以：ALU中的某一位，其表达式如下：

②先行进位的引入

存在的问题：由上述公式可知，如进行多位运算，则串连时进位需逐级传递，速度慢。

解决的途径：引入先行进位，实现高速运算。 原理：

以四位串连为例： 因为：

所以：

令：

则：

对于一个4位ALU来说，除进位输出C4外，可引入G,P提高运算速度。

G:进位发生输出 P:进位传输输出

与之配合的电路称为先行进位发生器（CLA）

3. 算术逻辑运算的实现

典型电路 74181 ALU 4位一片 如P48图2.11所示。