第二章 2.5定点运算器.ppt

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1、2.5定点运算器的组成与结构2．计算机的基本逻辑运算按位求反，即求反运算使1变0，0变1。若数x=x0x1x2…xn，则。2.5.1逻辑运算1．逻辑数通常用“1”表示逻辑真，用“0”表示逻辑假的非数值数据。（1）逻辑非（）运算对两个数进行逻辑加，就是按位求它们的“或”，若x=x0x1x2…xn，y=y0y1y2…yn，x∨y=Z=Z0Z1Z2…Zn，则Zi=xi∨yi(i=0，1，2，…，n)。（2）逻辑加（∨或+）运算2.5.1逻辑运算（3）逻辑乘（∧或·）运算对两数进行逻辑乘，就是按位求它们的“与”。若x=x0x1x2…xn，y=y0

2、y1y2…yn，若x∧y=Z=Z0Z1Z2…Zn，则Zi=xi∧yi(i=0，1，2，…n)。(4)逻辑异（⊕）运算若x=x0x1x2…xn，y=y0y1y2…yn，x⊕y=Z=Z0Z1Z2…Zn，则Zi=xi⊕yi(i=0，1，2，…n)。对两数进行逻辑异，就是按位求它们的模2加。解：＝0100x∨y＝1111x∧y＝0001x⊕y＝1110【例2.29】设两数x=1011，y=0101，求，x∨y，x∧y，x⊕y。2．计算机的基本逻辑运算2.5.1逻辑运算3．逻辑运算的特点①按位进行，各位的结果互不牵连；所以无借位，进位，溢出等问题；

3、③每一位都可看成一个逻辑变量。所以无符号位，数值位，阶码和尾数的区分。②运算简单；2.5.2多功能算术/逻辑运算单元（74181）由控制参数S3S2S1S0将操作数Ai、Bi组成函数Xi、Yi，再送全加器相加，由于S3S2S1S0有不同的组合，另加算逻运算控制端M，便可实现多种算逻运算。1．设计多功能算术逻辑部件的基本思想FiBiXi全加器函数发生器Cn+i+1Cn+iYiAiS0S1S2S3图2.18ALU的逻辑结构框图式中：i=0，1，2，3是同一片ALU的二进制位数；n为多片组成ALU的每片进位输入，如n=0，4，8…。算逻运算单元

4、的逻辑式：Fi=Xi⊕Yi⊕Cn+iCn+i+1=XiYi+YiCn+i+XiCn+i2.5.2多功能算术逻辑部件（74181）（1）与控制参数和输入量的关系2．逻辑表达式得:Xi=S2S3+S2S3(Ai+Bi)+S2S3(Ai+Bi)+S2S3AiYi=S0S1Ai+S0S1AiBi+S0S1AiBi化简得：Xi=S3AiBi+S2AiBiYi=Ai+S0Bi+S1Bi可以证明：Xi+Yi=XiXi·Yi=Yi2.5.2多功能算术逻辑部件（74181）2．逻辑表达式（2）全加器全加和Fi=Xi⊕Yi⊕Cn+i全加进位Cn+i+1=Xi

5、Yi+(Xi+Yi)Cn+i（2.45）由于XiYi=YiXi+Yi=Xi所以Cn+i+1=Yi+XiCn+i可见，Xi既是一个操作数，又是进位传递函数；Yi既是一个操作数，又是进位产生函数。2.5.2多功能算术逻辑部件（74181）2．逻辑表达式（3）74181ALU片内进位递推公式令G=Y3+X3Y2+X3X2Y1+X3X2X1Y0称G为4位片74181的进位产生函数。令P=X3X2X1X0称P为4位片74181的进位传递函数。C1=Y0+X0C0（C0=Cn）C2=Y1+X1C1=Y1+X1Y0+X1X0C0C3=Y2+X2C2=Y

6、2+X2Y1+X2X1Y0+X2X1X0C0C4=Y3+X3C3=Y3+X3Y2+X3X2Y1+X3X2X1Y0+X3X2X1X0C0（2.49）Cn+4=G+PCn2．逻辑表达式（5）74181ALU的工作方式2.5.2多功能算术逻辑部件（74181）正逻辑A=负逻辑A负逻辑A=正逻辑A关键：X⊕Y=X⊕YFi=Xi⊕Yi⊕Ci=Xi⊕Yi⊕Ci小结：同一个ALU电路，既可以用于负逻辑数，也可用于正逻辑数——方便。使用哪一种逻辑数，取决于数据通路的电平配合——省器件，速度。3．74181ALU实现的算术/逻辑运算（2）M,S3-S0控制

7、的操作类型2.5.2多功能算术逻辑部件（74181）由16片74181组成64位ALU16＃74181A63～A60F63～F60B63～B6015＃74181A59～A56F59～F56B59～B56…C64C602＃74181A7～A4F7～F4B7～B4C8C4C561＃74181A3～A0F3～F0B3～B0C0图2.20组内并行进位、组间串行进位的ALU组成框图特点：组（片）内并行进位，组（片）间串行进位。进一步提高速度的做法：使组间并行进位。C4=G0+P0C0C8=G1+P1C4=G1+P1G0+P1P0C0C16=G3+P

8、3C12=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0C12=G2+P2C8=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C04．先行进位部件74182CLA4．先行进位