运算方法和运算器.ppt

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1、2.5.1逻辑运算计算机中除了进行加、减、乘、除等基本算术运算外,还可对两个或一个逻辑数进行逻辑运算。所谓逻辑数,是指不带符号的二进制数。利用逻辑运算可以进行两个数的比较,或者从某个数中选取某几位等操作。计算机中的逻辑运算,主要是指逻辑非、逻辑加、逻辑乘、逻辑异四种基本运算。1.逻辑非运算逻辑非也称求反。如：ｘ1＝01001011,ｘ2＝11110000,求ｘ1,ｘ2。ｘ1＝10110100ｘ2＝000011112.逻辑加运算　　按位求它们的“或”ｘ＝10100001,ｙ＝10011011,求ｘ∨ｙ。10100001ｘ∨　10011011ｙ10111011ｚ3.逻辑乘运算　　按位求

2、它们的“与”ｘ＝10111001,ｙ＝11110011,求ｘ∧ｙ。10111001ｘ∧　11110011ｙ10110001ｚ4.逻辑异运算按位求它们的模2和ｘ＝10101011,ｙ＝11001100，求ｘ⊕ｙ。[解:]10101011ｘ⊕　11001100ｙ01100111ｚ即ｘ⊕ｙ＝01100111定点运算器的组成运算器主要由算术逻辑部件，通用寄存器和状态寄存器组成。算术逻辑部件ALU（ArithmeticandLogicUnit）:主要完成对二进制信息的定点运算，如：加、减、乘、除、与、或、非、异或、逻辑移位、算术移位等。通用寄存器:主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。状

3、态寄存器:用来记录算术、逻辑运算或测试操作的状态结果。一般有零标志位，负标志位，溢出标志位、进位或借位标志位等。定点运算器的组成——多功能算术/逻辑运算单元基本思想一位全加器（FA）的逻辑表达式为：Fi=Ai⊕Bi⊕CiCi+1=AiBi+BiCi+CiAi为了将全加器的功能进行扩展以完成多种算术逻辑运算，先不将输入Ai和Bi和下一位的进位Ci直接进行全加，而是将Ai和Bi先组合由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，以能够实现多种算术运算和逻辑运算。定点运算器的组成——多功能

4、算术/逻辑运算单元S1全加器函数发生器FiCn+i+1Cn+iXiYiAiBiS0S2S3S0S1YiS2S3Xi00Ai00101AiBi01Ai+Bi10AiBi10Ai+Bi11011AiXi、Yi与控制参数和输入量的关系定点运算器的组成——多功能算术/逻辑运算单元ALU的某一位逻辑表达式如下：Xi=S3AiBi+S2AiBiYi=Ai+S0Bi+S1BiFi=Yi+Xi+Cn+iCn+i+1=Yi+XiCn+i定点运算器的组成——多功能算术/逻辑运算单元每一位的进位公式可递推如下：Cn+1=Y0+X0CnCn+2=Y1+X1Cn+1=Y1+Y0X1+X0X1CnCn+3=Y

5、2+X2Cn+2=Y2+X2Y1+Y0X1X2+X0X1X2CnCn+4=Y3+X3Cn+3=Y3+X3Y2+X2X3Y1+Y0X1X2X3+X0X1X2X3Cn定点运算器的组成——多功能算术/逻辑运算单元设：该式表明，第0位的进位输入可以直接传送到最高进位位上去，因而可以实现高速运算。G=Y3+X3Y2+X2X3Y1+Y0X1X2X3P=X0X1X2X3则：Cn+4=G+PCn其中：G称为进位发生输出P称为进位传送输出用负逻辑表示的4位算术/逻辑运算单元(ALU)的逻辑电路图如下,它是根据上面的原始推导公式用TTL电路实现的。这个期间的商业标号为74181ALU。两级先行进位并行

6、进位7418216位二级并行进位ALU7418174181741817418174182C0C4C8C12C1674181------4片74182------1片32位ALU64位3级先行进位ALU74181-----16片74182---------5片C0181181741827418274182C64定点运算器的基本结构运算器包括ALU、阵列乘除器、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑部件。计算机的运算器的结构一般有三种。定点运算器的基本结构ABALU通用寄存器特殊寄存器单总线结构的运算器输入数据和操作结构需要三次串行的选通操作，但它并不会对每种指令都增加很多执行时

7、间。由于只控制一条总线，所以控制电路比较简单。通用寄存器特殊寄存器特殊寄存器ALU缓冲器总线1总线2两个操作数同时加到ALU进行运算，只需要一次操作控制，而且马上得到运算结果。ALU的输出不能直接加到总线上去，这是因为，当形成操作结构的输出时，两条总线都被输入数据占据，因而必须在ALU的输出端设置缓冲器。双总线结构的运算器定点运算器的基本结构定点运算器的基本结构通用寄存器ALU特殊寄存器总线旁路器总线1总线2总线3ALU的两个输入端分别由总线提供，而ALU的输出则与第