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1、4.6 运算器的组织运算器的组织运算器运算器v计算机进行计算的核心部件，主要要解决的问题：计算机进行计算的核心部件，主要要解决的问题：运算速度：电路设计、算法设计；运算速度：电路设计、算法设计；运算精度运算精度v运算器的功能运算器的功能算术运算：加、减、乘、除、求补算术运算：加、减、乘、除、求补逻辑运算：与、或、非、异或逻辑运算：与、或、非、异或移位移位24.6.1 定点运算器的组成与结构定点运算器的组成与结构v例如要完成例如要完成: :(R0) + (R1) R2v操作：操作：1.(R0)A, (A)ALU;2.(R1)B, (B) ALU; 3.ADD, ALUC; 4.(C)R2vGR:
2、通用寄存器组通用寄存器组vA,B,C:暂存器暂存器GR暂存器暂存器A暂存器暂存器BALUADDIBR0R1R2R3暂存器暂存器C3单总线结构的运算器数据通路单总线结构的运算器数据通路 v例如要完成例如要完成: :(R0) + (R1) R2v操作：操作：1.(R0)A,(A)ALU;2.(R1)ALU, ADD, ALUC; 3.(C)R2; vGR:通用寄存器组通用寄存器组vA,B,C:暂存器暂存器R0R1R2R3暂存器暂存器A暂存器暂存器CGRADDIBALU4单总线结构的另一种方案单总线结构的另一种方案vGR:通用寄存器组通用寄存器组vA,B,C:暂存器暂存器GR暂存器暂存器A暂存器暂存
3、器BALUADDIB单总线结构的运算器单总线结构的运算器v例如要完成例如要完成: :(R0) + (R1) R2v操作：操作：1.(R0)A,(A)ALU;2.(R1)B,(B)ALU;3.ADD,ALUR2;v结论：结论：1）在单总线结构的运算器）在单总线结构的运算器中，执行一次运算需要三步中，执行一次运算需要三步;2）在）在ALU的两个输入端的两个输入端和一个输出端至少需要设置和一个输出端至少需要设置两个暂存器两个暂存器R0R1R2R35双总线结构运算器双总线结构运算器1）在双总线结构的运算器中，可以有两个数据同时传输。）在双总线结构的运算器中，可以有两个数据同时传输。执行一次操作需要两步
4、执行一次操作需要两步2）ALU的三个端口中应当至少设置一个暂存器的三个端口中应当至少设置一个暂存器3）通用寄存器应为双端口器件，分别面向两套总线）通用寄存器应为双端口器件，分别面向两套总线GRALU暂存器CADDIB1IB2(a)GRALU暂存器AADDIB1IB2(b)例如同样是完成例如同样是完成 (R0)+(R1)R26三总线结构运算器三总线结构运算器v三总线结构运算器可使操作进一步加快。三总线结构运算器可使操作进一步加快。例如要完成同样操作例如要完成同样操作(R0)+(R1)R2, 仅需一步操作：仅需一步操作：(R0)ALU,(R1)ALU,ADD,ALUR2vALU的三个不同端口不需要
5、再设置暂存器。的三个不同端口不需要再设置暂存器。v通用寄存器采用三端口器件，分别连接三套总线，其通用寄存器采用三端口器件，分别连接三套总线，其中两个端口只读，一个端口只写。中两个端口只读，一个端口只写。ALUGRADDDIB1IB2IB37内部总线的结构小结内部总线的结构小结v结构结构 单总线、双总线、三总线单总线、双总线、三总线v性能（并行性）性能（并行性） 三总线最快三总线最快v硬件复杂性硬件复杂性 寄存器结构：单端口、双端口、三端口寄存器结构：单端口、双端口、三端口 总线数量总线数量84.6.2 定点运算器定点运算器 举例举例v多功能加减运算电路多功能加减运算电路运算功能：运算功能：加法
6、加法减法减法带进位的加法带进位的加法带借位的减法带借位的减法加加1减减1传送传送94.6.2 定点运算器定点运算器 举例举例v算术逻辑单元算术逻辑单元ALU10定点运算器定点运算器 举例举例数据通路数据通路vA暂存器暂存器vALUvSHIFTER移位寄存器移位寄存器左移左移SLce右移右移SRce直送直送SVcevPSW程序状态字程序状态字vGRS通用寄存器组通用寄存器组11例例. （R1）+（R2）R3的运算流程的运算流程 1.R1A；2.加加R2R2ALU.src，ADD，ALUSHIFTER，结果状态置结果状态置PSW；3.SHIFTERR312例例. （R1）/2 R3的运算流程的运算
7、流程 1.R1A；2.SHIFTER（SR）3.SHIFTERR313例例. （R1）+1 R2的运算流程的运算流程 1.R1A；2.加加1INC ，ALUSHIFTER，结果状态置结果状态置PSW；3.SHIFTERR214例例. 双倍字长的加法的运算流程双倍字长的加法的运算流程 v如何用如何用n位加法器做位加法器做2n位的加法位的加法 先对低先对低n位加，进位保存在位加，进位保存在CF 再对高再对高n位加，同时加上位加，同时加上CF 1001 1010+) 1001 0111 1001110001ADDADDC15浮点运算器的组成与结构浮点运算器的组成与结构16浮点加减运算浮点加减运算浮点加减运算浮点加减运算 E3E3EEADDADDSUBSUBL LR RS SE1E1E2E2NTNTD DA AB BMMADDADDSUBSUBO O阶运算部件阶运算部件尾数运算部件尾数运算部件Ex MxEyMySUBSUBEx-EyEy0M最后在检测线路最后在检测线路NT的控制下，的控制下，对暂存器对暂存器D中的尾数中的尾数M进行进行规格化检测，完成结果的规规格化检测，完成结果的规格化。格化。SUBSUBADDADD17实验实验3 运算器数据通路运算器数据通路作业作业v4.18 (1)19
