D(2)-第四章-算术逻辑运算电路课件.ppt
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- 第四 算术 逻辑运算 电路 课件
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1、第第4章章 算术逻辑运算电路算术逻辑运算电路4.1 基本算术运算电路基本算术运算电路4.2 算术逻辑单元的组织算术逻辑单元的组织4.3 逻辑运算和集成逻辑运算和集成ALU模模块块4.4 BCD码运算码运算1.1位全加器位全加器2.多位加法器多位加法器3.算法移位算法移位4.比较运算比较运算4.1 基本算术逻辑电路基本算术逻辑电路1 0 1 1 A 1 1 1 0 B1 1 0 Ci-11 1 0 0 1.i+1.1.1位全加器位全加器二进制加法运算举例二进制加法运算举例半加半加全加全加真值表真值表1111101011011011000101110100101010000000COQPCI1 1
2、位全加器位全加器逻辑符号逻辑符号COCI Q P 具体实现具体实现:P Q CIP Q CIP Q CIP Q CICOP QQ CIP CI ()PQCICOP QPQ CI 与或与或异或异或与或非与或非?思考:思考:如何列写如何列写1位全加器的与或非形式?位全加器的与或非形式?集成集成1位全加器位全加器74183、74184COB3A3B2A2B1A1B0A03210COCI COCI COCI COCI Q P Q P Q P Q P 2.2.多位多位全加器全加器4位全加器位全加器串行进位的速度低串行进位的速度低?思考:思考:如何构成如何构成n位全加器?位全加器?超前进位方式超前进位方式
3、迭代下去,最终有:迭代下去,最终有:1111111()()iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiCOP QPQCIP QCGPQCPCOCGCP CICOCGCPCICOCGCP CGCPCI令则同理则112121012100.nnnnnnnnnnnnnCOCGCPCGCPCP CGCPCP CPCPCGCPCP CPCPCPCI超前进位只有超前进位只有2级门电路延时,速度高级门电路延时,速度高集成集成4位加法器位加法器74283COCI 3 0 Q 3 0 P 3 0?思考:思考:如何用如何用74283构成构成8位加法器?位加法器?实现方法:实现方法:错位存储实现错位存储实现
4、P166页图页图4.73.3.算法移位算法移位?思考:思考:定点数左移或右移定点数左移或右移1位结果是什么?位结果是什么?移位寄存器实现移位寄存器实现真值表真值表ABFABFA=BFAB000100100110100110104.4.比较运算比较运算1位比较器位比较器ABABA B FA BFABABABFA B多多位比较器位比较器实现方法:实现方法:先比较两个数的最高位,先比较两个数的最高位,若相等;再比较次高位,以此类推。若相等;再比较次高位,以此类推。COMPA0A1A2AB03PFABFABA3B0B1B203QB3PQFAB集成集成4位数值比较器位数值比较器7485输入输入输出输出A
5、3 B3A2 B2A1 B1A0 B0ABABFAB3 100A3 B2 100A3=B3A2 B1 100A3=B3A2=B2A1 B0100A3=B3A2=B2A1=B1A0 B0010A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0100100A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3=B3A2=B2A1=B1A0=B00010017485功能表功能表【例】用【例】用7485构成构成8位数值比较器位数值比较器FABFABFABCOMP 高位片高位片03PQPQ03COMP 低位片低位片A0A1A203PA3QPQ03B0B1B2B31A4A5A6A7B4B5B6B71.加法运算与加
6、法运算与ALU的组织的组织2.减法运算与求补电路减法运算与求补电路3.乘法的实现与乘法的实现与ALU的结构的结构4.2 算术逻辑单元算术逻辑单元ALU的组织的组织连加法连加法移位相加法移位相加法(1)加法加法ALU的基本结构的基本结构操作数操作数累加器累加器加法操作过程加法操作过程1.1.加法运算与加法运算与ALU组织组织(1)取操作数(被加数取操作数(被加数M)存入累加器)存入累加器A中中CLA:A0;BM;AA+B(2)取另取另1操作数操作数N并与并与M相加,和存入相加,和存入A中中ADD:BN;AA+B(3)将和存入存储器将和存入存储器STO:MEMA寄存器传递语言寄存器传递语言RTL举
7、例:举例:A0 AB AB05 AA+B ASRA A0X目标寄存器目标寄存器源寄存器源寄存器运算符运算符源寄存器源寄存器(2)加法运算的溢出问题)加法运算的溢出问题(Overflow)补码系统的溢出判别电路补码系统的溢出判别电路nnnnnnOvrA BA B 真值表真值表01111011010100010110001011000000OvrnBnAn(3)浮点数加法运算)浮点数加法运算对阶对阶(1)减法)减法ALU结构结构2.2.减法运算与求补电路减法运算与求补电路?思考:思考:补码系统中,补码系统中,如何求相反数?如何求相反数?思考:思考:能否将加、减电能否将加、减电 路统一起来?路统一起
8、来?(2)具有加具有加/减控制的全加器电路减控制的全加器电路ADDSUBP4P3P2P1P0Q4Q3Q2Q1Q043210CO&(1)连加法实现)连加法实现MN3.3.乘法运算与乘法运算与ALU结构结构加法的扩展,通过连加法或移位相加法实现加法的扩展,通过连加法或移位相加法实现配置:配置:寄存器寄存器Y存放存放M;递减;递减计数器计数器C存放存放N;累加;累加器器A存放积存放积P。AA+YCC-1连加法的实现流程连加法的实现流程连加法的硬件实现方案连加法的硬件实现方案方案方案1:1:(M、N的字长均为的字长均为n)u2n位的累加器位的累加器u2n位的全加器位的全加器方案方案2:un位普通累加器
9、和位普通累加器和n位递增计数器构成位递增计数器构成A 将全加器的溢出作为递增计数器的计数使能信号将全加器的溢出作为递增计数器的计数使能信号un位全加器位全加器方案方案2的实现逻辑图(的实现逻辑图(8位为例)位为例)递增计数器递增计数器累加器累加器H4L44位全加器位全加器寄存器寄存器BOver递减计数器递减计数器C被加数被加数加数加数【例】连加法求【例】连加法求1011 0101步骤步骤递增计数器递增计数器 累加器累加器递减计数器递减计数器BStep10000000001011011Step20000101101001011Step30001011000111011Step4001000010
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