算术逻辑运算单元
算术逻辑单元
一：算术逻辑单元——（ALU）1）比如二进制的00101010是十进制的42，所以表示储存数字是计算机的重要功能，但真正的目标是计算，有意义的处理数字：比如把“两个数相加”这些操作由计算机的“算术逻辑单元”处理，简称“ALU”2）ALU是计算机的数学大脑，ALU*就是*计算机里负责运算的组件，基本其他所有部件都用到它。
3）最著名的ALU——英特尔——74181，1970年，它是第一个封装在单个芯片的完整ALU。
4）用布尔逻辑做个简单的ALU电路，功能和74181一样，用它从头做出一台电脑二：ALU有两个单元，1个算术单元和一个逻辑单元1）算术单元：它负责计算机里的所有数字在操作，例：加减法。
它还会做很多其他的事情，比如给某个数字加1，“把两个数字相加”这叫增量运算2）最简单的加法电路：是拿2个bit加在一起（bit是0或1）；有2个输入：A和B,一个输出，就是两个数字的和，需要注意的是：A,B,输出，这3个都是单个（bit）(0或1)3）输入只有4种可能：前三个是0+0=0 1+0=1 0+1=1 (记住在二进制里面，1与true相同，0与false 相同。
4）这组输入和输出，和XOR门的逻辑完全一样，B所以我们可以把XOR用作1位加法器（adder）但第四个输入组合，1+1，是个特例。
1+1=2（显然）但二进制里面没有2，二进制里1+1的结果是0，1进到下一位，和是10（二进制）XOR的输出。
只对了一部分。
1+1输出0，但我们需要一根额外的线代表“进位”只有输出是1和1时，进位才是true因为算出来的结果用一个bit 存不下，方便的是，我们刚好有个逻辑门能做这个事，“AND”门，只有当两个输入为“true”的输出才为“true”所以我们把它加到电路中。
这个电路叫叫“半加器”半加器就是两个逻辑门组成的电路AB FALSETRUE再简化就变成如下图SUMCARRY1）把半加器封装成一个单独组件：两个输入A和B都是1位，两个输出“总和”和“进位”2）如果想处理超过1+1的运算，我们需要全加器，半加器输出了进位，意味着我们算下一列的时候，还有之后的每一列，我们的加3个位在一起，并不是2个3）全加器表格有3个输入：A,B,C都是1个bit所以最大可能是1+1+1“总和1”进位“1”所以要两条线输出“总和”和“进位”我们可以用半加器做全加器我们先用半加器将A和B相加，把C输入到第二个半加器，最后用一个OR门检查进位是不是true全加器=半加器+半加器+OR（检查）再提升一层抽象，全加器，作为独立组件，全加器会把“A”“B”“C”三个输入加起来，输出“总和”和“进位”CARRYSUM有了新组件，可以相加两个8位数字，叫两个数字A和B我们从A和B的第一位开始，叫A0和B0，现在不用处理任何进位，因为是第一位加法，我们可以用半加器来加这个数字，输出叫sum0，现在加A1和B1，因为A0和B0的结果有可能进位，所以这次要用全加器，除了A1和B1,还要连上进位，然后，把这个全加器的进位连到下个全加器的输入，处理A2,和B2,以此类推，把8个bit搞定注意每个进位是怎么连接到下一个全加器的，所以这个叫“8位行波进位加法器”，注意最后一个全加器有进位的输出.如果第9位有进行，代表着2个数字的和太大了，超过来8位，这叫“溢出”，一般来说，“溢出”的意思是：两个数字的和太大了，超过了用来表示的位数，这会导致错误和不可预期的结果。
构成cpu的主要部件是什么
“构成CPU的主要部件是运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。
算术逻辑单元：算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。
寄存器：寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。
一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n 位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。
控制单元：控制单元（Control Unit）负责程序的流程管理。
正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。
控制单元可以作为CPU的一部分，也可以安装于CPU外部。
中央处理器：中央处理器作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。
CPU 自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。
中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的核心配件。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
CPU是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。
中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。
电子计算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。
中央处理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。
在计算机体系结构中，CPU 是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。
CPU 是计算机的运算和控制核心。
计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。
结构通常来讲，CPU的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。
cpu中用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算的部件
cpu中用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算的部件CPU是计算机的核心部件，它负责执行各种算术运算和逻辑运算，以处理和执行计算机程序中的指令。
CPU中的运算部件是实现这些功能的关键部分。
一、算术运算部件CPU中的算术运算部件主要负责执行加、减、乘、除等算术运算。
这些运算在计算机程序中非常常见，例如在处理数值数据、进行数学计算或执行科学计算时。
1. 加法器：加法器是CPU中最基本的算术运算部件，用于执行加法运算。
它接收两个操作数，并将它们相加，生成结果。
加法器在CPU中通常是多位的，可以处理不同长度的数据。
2. 减法器：减法器与加法器类似，用于执行减法运算。
它接收两个操作数，并将它们相减，生成结果。
3. 乘法器：乘法器用于执行乘法运算。
它接收两个操作数，并将它们相乘，生成结果。
乘法器在CPU中通常是多位的，可以处理不同长度的数据。
4. 除法器：除法器用于执行除法运算。
它接收两个操作数，其中一个作为被除数，另一个作为除数，生成商和余数。
除法器在CPU中通常是多位的，可以处理不同长度的数据。
二、逻辑运算部件CPU中的逻辑运算部件主要负责执行逻辑运算，如与、或、非等。
这些运算在计算机程序中也非常常见，例如在处理布尔逻辑、条件判断或控制流程时。
1. 逻辑与门：逻辑与门用于执行逻辑与运算。
它接收两个操作数，只有当两个操作数都为真时，结果才为真。
2. 逻辑或门：逻辑或门用于执行逻辑或运算。
它接收两个操作数，只要其中一个操作数为真，结果就为真。
3. 逻辑非门：逻辑非门用于执行逻辑非运算。
它接收一个操作数，并对其取反。
如果操作数为真，结果为假；如果操作数为假，结果为真。
除了以上介绍的算术运算和逻辑运算部件外，CPU中还可能包含其他类型的运算部件，如移位器、比较器等，以满足不同的计算需求。
三、总结CPU中的运算部件是实现计算机程序中各种算术和逻辑运算的关键部分。
这些部件通过精心的设计和优化，使得CPU能够高效地完成各种复杂的计算任务。
cpu计算的原理
cpu计算的原理
CPU（中央处理器）是计算机的核心部件之一，负责执行程序的指令和进行算术逻辑运算。
CPU的计算原理可以分为以下几个方面：
1. 指令获取：CPU从内存中获取指令，并将其加载到指令寄
存器中。
指令寄存器存储当前正在执行的指令。
2. 指令解码：CPU对指令进行解码，确定指令的类型和操作
对象。
3. 数据获取：如果指令需要操作数据，CPU将从内存或寄存
器中获取所需的数据。
4. 算术逻辑单元（ALU）运算：CPU使用ALU进行算术和逻
辑运算，如加法、减法、乘法、除法、与、或、非等。
5. 控制单元操作：控制单元控制指令的执行顺序和流程，并决定下一步应执行的指令。
6. 数据存储：CPU将计算结果存储回寄存器或内存中。
这样，后续指令可以使用这些结果。
7. 重复执行：CPU反复执行这个过程，直到程序执行完成。
CPU的计算原理实质上是不断重复的指令执行过程，通过指
令获取、解码、数据获取、运算、控制和数据存储等步骤，实现程序的执行和计算任务的完成。
这样的重复执行使得CPU 能够高效地完成各种计算任务。
微型计算机中运算器的主要功能是
微型计算机中运算器的主要功能是
1.算术运算：运算器能够执行加减乘除等基本的算术运算，通过运算器中的算术逻辑单元（ALU）来实现。
ALU可以对二进制数据进行加减乘除等运算，并能够处理整数、浮点数和定点数等不同的数据类型。
2.逻辑运算：运算器还能够执行与、或、非等逻辑运算，通过逻辑门电路实现。
逻辑运算常用于判断条件和控制计算机的流程。
3.位运算：运算器支持对二进制数据进行位移、与、或、异或等位运算操作，这些运算常用于处理数据的位级别操作。
4.浮点运算：运算器通常也包括浮点运算单元（FPU），用于执行浮点数的加减乘除等运算。
浮点运算在科学计算、图形处理和数据分析等领域中广泛应用。
5.控制运算：运算器还负责控制计算机的运算节奏和流程。
它接收指令、解析指令、操作寄存器和内存等资源，并根据指令类型执行相应的运算操作。
6.状态保存：运算器中的寄存器用于临时存储计算结果、操作数和中间数据等。
寄存器能够快速访问，常用于保存重要数据和中间结果，以便计算机能够快速地执行后续运算。
总之，运算器是计算机中重要的组件之一，主要负责完成各种数学和逻辑运算，并支持不同的数据类型和运算方式。
它是计算机能够高效运算和执行各种任务的基础。
ALU(算术逻辑运算单元)的设计
EDA技术与应用实验报告(四)实验名称：ALU（算术逻辑运算单元）的设计姓名：陈丹学号：100401202班级：电信（2）班时间：2012.12.11南京理工大学紫金学院电光系一、实验目的1、学习包集和元件例化语句的使用。
2、学习ALU电路的设计。
二、实验原理1、ALU原理ALU的电路原理图如图1 所示，主要由算术运算单元、逻辑单元、选择单元构成。
图1ALU功能表如表1 所示。
表12、元件、包集在结构体的层次化设计中,采用结构描述方法就是通过调用库中的元件或者已经设计好的模块来完成相应的设计。
在这种结构体中，功能描述就像网表一样来表示模块和模块之间的互联。
如ALU 是由算术单元、逻辑单元、多路复用器互相连接而构成。
而以上三个模块是由相应的VHDL 代码产生的，在VHDL 输入方式下，如果要将三个模块连接起来，就要用到元件例化语句。
元件例化语句分为元件声明和元件例化。
1、元件声明在VHDL 代码中要引入设计好的模块，首先要在结构体的说明部分对要引入的模块进行说明。
然后使用元件例化语句引入模块。
元件声明语句格式：component 引入的元件（或模块）名port(端口说明);end component;注意：元件说明语句要放在“architecture”和“begin”之间。
2、元件例化语句为将引入的元件正确地嵌入到高一层的结构体描述中，就必须将被引用的元件端口信号与结构体相应端口信号正确地连接起来，元件例化语句可以实现该功能。
元件例化语句格式：标号名：元件名（模块名）port map（端口映射）；标号名是元件例化语句的唯一标识，且结构体中的标识必须是唯一的；端口映射分为：位置映射、名称映射。
位置映射指port map 中实际信号的书写顺序与component 中端口说明中的信号书写顺序一致，位置映射对书写顺序要求很严格，不能颠倒；名称映射指port map 中将引用的元件的端口信号名称赋予结构体中要使用元件的各个信号，名称映射的书写顺序要求不严格，顺序可以颠倒。
位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元
【位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元】1. 引言位可控加减法器是现代计算机中十分重要的组成部分，它可以在逻辑电路中实现对算术运算的功能。
其中，32位算术逻辑运算单元是计算机中非常常见的一个部件，它可以用来进行32位数据的加法、减法和逻辑运算。
本文将就位可控加减法器的设计和32位算术逻辑运算单元进行全面评估，并给出深度和广度兼具的解析。
2. 什么是位可控加减法器位可控加减法器是一种灵活的算术逻辑电路，它可以根据控制信号来选择进行加法运算或减法运算。
这种设计可以大大提高电路的灵活性和适用性，使得算术运算单元可以在不同的情况下实现不同的运算需求。
3. 32位算术逻辑运算单元的设计原理32位算术逻辑运算单元是计算机中进行32位数据运算的核心部件，它通常包括加法器、减法器、逻辑门等组件。
在设计中，需要考虑到加法器和减法器的位宽、进位和溢出等问题，同时还需要考虑逻辑门的多功能性和灵活性。
通过合理的组合和控制，可以实现对32位数据进行高效的算术逻辑运算。
4. 位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的运用位可控加减法器的设计可以很好地应用在32位算术逻辑运算单元中，通过控制信号来选择进行加法或减法运算，从而满足不同情况下对数据的处理需求。
这种设计不仅能简化电路结构和控制逻辑，还能提高算术逻辑运算单元的灵活性和效率，使其更适用于不同的场景和运算需求。
5. 个人观点和理解从我个人的理解来看，位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的应用，可以很好地提高计算机的运算效率和灵活性。
通过合理的设计和控制，可以使得算术逻辑运算单元在不同的情况下具有不同的功能，从而更好地满足计算机对于数据处理的需求。
这种设计也为计算机的设计和优化提供了很好的思路和方法。
6. 总结通过本文的评估和解析，我们对于位可控加减法器的设计以及在32位算术逻辑运算单元中的应用有了更深入的理解。
通过灵活的控制信号，可以实现算术逻辑运算单元在不同情况下对数据进行不同的处理，从而提高了计算机的运算效率和灵活性。
简述冯诺依曼计算机体系结构的组成部分及功能
简述冯诺依曼计算机体系结构的组成部分及功能
冯·诺依曼体系结构是一种最简单的计算机结构，它由五个主要组成部分组成，分别是存储器、控制器、总线、ALU（算术逻辑单元）和输入输出设备。
存储器：冯·诺依曼体系结构的存储器用来存储程序代码和数据，并且能够为其他部件提供数据。
控制器：控制器用来控制计算机的运行，控制数据在各部件之间的流动，以及执行程序指令。
总线：总线连接存储器、控制器、ALU（算术逻辑单元）和输入输出设备，使这些部件能够交互通信。
ALU（算术逻辑单元）：ALU用来处理计算机中的数据，它可以完成运算操作，如算术运算和逻辑判断。
输入输出设备：输入输出设备用来将计算机处理的信息传递给外部设备，例如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
冯·诺依曼体系结构的功能为计算机提供了一种简单的计算机体系结构，它能够运行程序，处理输入数据并生成输出数据。
它是计算机科学的基础，也是当今日常计算机使用中的重要组成部分。
- 1 -。
电脑运算原理
电脑运算原理电脑作为现代社会不可或缺的工具，每天都在为我们处理大量的数据和信息。
然而，你是否曾想过电脑是如何进行运算的呢？本文将介绍电脑运算的原理。
一、二进制数系统为了更好地理解电脑的运算原理，我们首先需要了解二进制数系统。
与我们平常使用的十进制数系统不同，二进制数系统只由两个数字0和1组成。
在电脑中，所有的数据和指令都以二进制的形式表示。
二进制数的运算也与十进制数类似，包括加法、减法、乘法和除法等。
这些运算都是通过电子元件如逻辑门和电流开关等来实现的。
二、逻辑门逻辑门是电子电路中最基本的元件，用于实现逻辑运算。
在电脑中，主要使用的逻辑门有与门、或门和非门等。
1. 与门（AND Gate）与门是由两个输入和一个输出组成的逻辑门。
当两个输入同时为1时，输出为1；否则输出为0。
与门常用于判断条件是否满足。
2. 或门（OR Gate）或门也是由两个输入和一个输出组成的逻辑门。
当至少一个输入为1时，输出为1；只有当两个输入都为0时，输出才为0。
或门常用于多个条件中至少有一个满足的情况。
3. 非门（NOT Gate）非门只有一个输入和一个输出。
当输入为1时，输出为0；当输入为0时，输出为1。
非门可以将输入的真假值取反。
以上的逻辑门可以通过组合和连接的方式构建更复杂的逻辑电路，实现各种逻辑运算和计算功能。
三、算术逻辑单元（ALU）算术逻辑单元（ALU）是电脑中负责进行算术和逻辑运算的核心部件。
ALU由一组逻辑门和寄存器组成，可以执行加法、减法、与、或、非等运算。
1. 加法运算电脑中的加法运算实际上就是在ALU中进行的。
当进行两个二进制数的加法运算时，ALU会根据逻辑门的操作规则进行逐位的计算，并输出结果。
2. 逻辑运算ALU也可以执行逻辑运算，如与、或、非等。
在进行逻辑运算时，ALU会对输入的二进制数进行相应的逻辑操作，并输出结果。
四、控制器控制器是电脑中的重要部分，它负责控制和协调整个计算机的运行。
控制器根据输入的指令，控制ALU进行相应的运算，从而完成各种任务。
alu单元结构-概述说明以及解释
alu单元结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:ALU（算术逻辑单元）是计算机中的一个重要组成部分，负责执行大多数的算术和逻辑运算。
它是计算机中的“心脏”，承担着处理数据的重要任务。
ALU单元结构的设计和功能直接影响着计算机整体的性能和效率。
本文将主要介绍ALU单元的结构、功能及其在计算机中的应用。
通过深入了解ALU单元，读者可以更好地理解计算机的运作原理以及数据处理过程。
同时，也将探讨ALU单元在未来的发展趋势，展望其在计算机领域中的重要作用和发展前景。
1.2 文章结构文章结构部分是为了帮助读者更好地了解整篇文章的组织和内容安排。
本文的结构包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分将介绍文章的背景和主题，包括概述、文章结构和目的。
在正文部分，将详细介绍ALU单元的结构、功能和应用。
结论部分将总结ALU单元的重要性，展望其未来发展，并给出最终的结论。
通过这样清晰的文章结构，读者可以更好地理解文章的内容和逻辑脉络，从而更加深入地了解ALU单元的重要性和应用价值。
1.3 目的本文的主要目的是探讨ALU单元结构在现代计算机系统中的重要性和应用。
通过深入分析ALU单元的介绍、功能和应用，我们将帮助读者更好地理解ALU单元在计算机系统中的作用和意义。
我们希望通过本文的研究，读者可以对ALU单元有一个更全面的认识，为他们在学习和应用计算机技术时提供有益的参考和指导。
同时，我们也希望可以展望ALU 单元未来的发展方向，为计算机科技的进步做出贡献。
2.正文2.1 ALU单元介绍ALU（算术逻辑单元）是中央处理器（CPU）中的一个重要部分，它负责执行各种算术和逻辑运算。
ALU包含一组逻辑门和寄存器，用于执行加法、减法、逻辑运算等操作。
其结构通常包括输入端口、输出端口和控制信号线。
ALU单元通常由几个主要部分组成，包括运算器、寄存器和控制单元。
运算器负责执行算术运算，寄存器用于存储操作数和结果，控制单元负责控制各个部分的操作顺序和条件。
算术逻辑运算部件
并行化
为了提高计算效率，算术逻 辑部件正在向并行化方向发 展，通过多核、多线程等技 术实现并行计算。
智能化
算术逻辑部件与人工智能技 术的结合，可以实现更智能 化的计算，例如自适应计算、 神经网络计算等。
算术逻辑运算部件的未来展望
更高效能
随着技术的不断进步，算术逻辑部件的计算能力将得到进 一步提升，能够处理更复杂、更高精度的计算任务。
集成电路时代
随着集成电路技术的发展，算术逻辑运算部件被集成在一块芯片上， 进一步提高了运算速度和可靠性。
现代计算机中的算术逻辑运算部件
现代计算机中的算术逻辑运算部件通常采用超大规模集成电路（VLSI） 技术实现，具有更高的集成度和运算性能。
02 算术逻辑运算部件的组成
加法器
总结词
加法器是算术逻辑运算部件中的基本组成之一，用于执行加法运算。
逻辑运算器
总结词
逻辑运算器是算术逻辑运算部件中的基 本组成之一，用于执行逻辑运算。
VS
详细描述
逻辑运算器用于实现逻辑运算，如与、或 、非等操作。它通常由多个门电路组成， 如AND门、OR门和NOT门等。逻辑运算 器在计算机中广泛应用于各种逻辑运算和 位操作任务，如位与、位或、位异或等操 作。
03 算术逻辑运算部件的工作原理
功能
算术逻辑运算部件接收来自寄存器或 内存的数据，执行相应的运算，并将 结果输出到寄存器或内存中。
算术逻辑运算部件的重要性
1 2
实现计算机的基本功能
算术逻辑运算部件是计算机中实现计算和数据处 理的核心部件，没有它，计算机将无法完成基本 的算术和逻辑运算任务。
提高计算机性能
高效的算术逻辑运算部件能够提高计算机的运算 速度和性能，从而提升计算机的整体表现。
算术逻辑运算单元
多功能算术/逻辑运算单元(ALU) ,什么是多功能算术/逻辑运算单元(ALU)由一位全加器(FA)构成的行波进位加法器，它可以实现补码数的加法运算和减法运算。
但是这种加法/减法器存在两个问题：一是由于串行进位，它的运算时间很长。
假如加法器由n位全加器构成，每一位的进位延迟时间为20ns，那么最坏情况下，进位信号从最低位传递到最高位而最后输出稳定，至少需要n*2 0ns，这在高速计算中显然是不利的。
二是就行波进位加法器本身来说，它只能完成加法和减法两种操作而不能完成逻辑操作。
本节我们介绍的多功能算术/逻辑运算单元(ALU)不仅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。
1.基本思想一位全加器(FA)的逻辑表达式为F i＝A i⊕B i⊕C iC i＋1＝A i B i＋B i C i＋C i A i(2.35)我们将A i和B i先组合成由控制参数S0，S1，S2，S3控制的组合函数X i和Y i，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。
图2.10ALU的逻辑结构原理框图因此，一位算术/逻辑运算单元的逻辑表达式为F i=X i⊕Y i⊕X n+iC n+i+1=X i Y i+Y i C n+i+C n+i X i上式中进位下标用n＋i代替原来以为全加器中的i，i代表集成在一片电路上的ALU的二进制位数。
对于4位一片的ALU，i＝0，1，2，3。
n代表若干片ALU组成更大字长的运算器时每片电路的进位输入，例如当4片组成16位字长的运算器时，n＝0，4，8，12。
2.逻辑表达式控制参数S0，S1，S2，S3分别控制输入A i 和B i ，产生Y和X的函数。
其中Y i是受S0，S1控制的A 和B i的组合函数，而X i是受S2，S3控制的A i和B i组合函数，其函数关系如表2.4所示。
实验二-算术逻辑单元实验
实验二算术逻辑单元（ALU）的设计与实现实验目的1．认识算术逻辑单元的功能及意义2．掌握算术逻辑单元的结构与实现3．进一步熟练Modelsim、Vivado软件和Verilog硬件描述语言的使用4．理解Digilent N4 DDR FPGA开发板上数码管显示原理实验原理1.ALU算术逻辑单元（Arithmetic/Logic Unit , ALU）是现代计算机的核心部件之一。
其内部由算术和逻辑操作部件组合而成，可以实现整数加、减等算术运算和与、或等逻辑运算。
一个典型的算术逻辑单元由两路N位输入、一路N位输出、一组功能选择信号和一些标志位（flag）组成。
两路N位输入数据作为参与运算的两个操作数，输入到ALU中，通过改变功能选择信号，控制ALU对两操作数进行不同的算术或逻辑运算操作，并将N位的结果输出，与结果一同输出的还有运算产生的标志位，例如运算结果为零的标记信号Z（zero）与运算结果溢出的标记信号O（over）、进位标志C（CY）、符号位S（SF）等，如图2-1所示。
图2- 1ALU模块示意图在本次实验中，我们把输入和输出的数据长度定为4位，数据输入命名为A、B，数据输出为F，功能控制信号输入为opcode，进位输入为C n，只产生结果为零的zero标志位。
功能控制信号opcode的定义如表2-1所示。
例如：opcode=0001，运算器实现加法运算。
2.数码管显示关于N4 DDR开发板上数码管的显示原理，参见前面的实验准备部分内容。
实验内容1.基础实验。
用实验调试软件验证ALU的功能，并操作分析、记录结果。
图2- 2 ALU虚拟实验示意图（1）运算功能和控制信号①输入输出对于的开关指示灯分配如下：输入信号A:SW(4-7) B:SW(3-0) Cn:SW8 opcode:SW(12-9)输出信号F：LD(12-15) 标志位S :LD(3) Z LD(2) O: LD(1) C: LD(0)②各种运算对应的控制信号及功能，如下表。
算术逻辑运算单元
运算器部件实验：加法器一、实验目的1、掌握运算器的工作原理。
2、验证运算器的功能。
二、实验原理算术逻辑单元的主要功能是对二进制数据进行定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
算术运算包括定点加减乘除运算；逻辑运算主要有逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非操作。
ALU通常有两个数据输入端A和B，一个数据输出端Y以及标志位等。
74181是一种典型的4位ALU器件。
下图是74181的逻辑电路图。
20世纪80年代计算机中的算术逻辑单元有许多是用现成的算术逻辑器件连接起来构成的，如上面提到的74181和Am2901等就是著名的算术逻辑器件。
使用这些4位的算术逻辑器件，能够构成8位、16位等长度的算术逻辑单元。
现在由于超大规模器件的广泛应用，使用这种方法构成算术逻辑单元已经不多见，代之以直接用硬件描述语言设计算术逻辑单元。
三、实验内容设计一个16位算术逻辑单元，满足以下要求。
（1）16位算术逻辑单元能够进行下列运算：加法、减法、加1、减1、与、或、非和传送。
用3位运算操作码OP[2…0]进行运算，控制方式如下表所示。
（2）设立两个标志寄存器Z和C。
当复位信号reset为低电平时，将这两个标志寄存器清零。
当运算结束后，在时钟clk的上升沿改变标志寄存器Z和C的值。
运算结果改变标志寄存器C、Z的情况如下：加法、减法、加1、减1运算改变Z、C；与、或、非运算改变Z，C保持不变；传送操作保持Z、C不变。
因此在运算结束时Z、C需要两个D触发器保存。
（3）为了保存操作数A和B，设计两个16位寄存器A和B。
当寄存器选择信号sel=0时，如果允许写信号write=1，则在时钟clk的上升沿将数据输入dinput 送入A寄存器；当sel=1时，如果允许写信号write=1，则在时钟clk的上升沿将数据输入dinput送入B寄存器。
（4）算术逻辑单元用一个设计实体完成。
四、实验数据五、心得体会本次实验中，实现了算术逻辑运算单元，其主要功能是对二进制数据进行定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
算术逻辑运算部件构造
算术逻辑运算部件构造算术逻辑运算部件是指在计算机硬件中用于实现算术和逻辑运算的部件。
这些部件可以执行各种算术运算（如加法、减法、乘法、除法）和逻辑运算（如与、或、非）。
在计算机中，算术逻辑运算部件是非常重要的，它们负责执行各种数学运算和逻辑判断，是计算机运行的基础。
这些部件通常由逻辑门电路组成，可以实现各种复杂的数学运算和逻辑判断。
算术逻辑运算部件通常包括加法器、减法器、乘法器、除法器、逻辑门电路等。
这些部件可以单独使用，也可以组合在一起实现更复杂的功能。
下面来详细介绍一下几种常见的算术逻辑运算部件。
1. 加法器加法器是计算机中常用的算术逻辑运算部件之一，用于实现两个数的加法运算。
加法器一般由半加器和全加器组成。
半加器用于实现单位数的二进制加法，而全加器可以实现多位数的二进制加法。
加法器的输入是两个二进制数和一个进位位，输出是一个二进制数和一个进位位。
2. 减法器减法器也是计算机中常用的算术逻辑运算部件之一，用于实现两个数的减法运算。
减法器一般由半减器和全减器组成。
半减器用于实现单位数的二进制减法，而全减器可以实现多位数的二进制减法。
减法器的输入是两个二进制数和一个借位位，输出是一个二进制数和一个借位位。
3. 乘法器乘法器是计算机中用于实现两个数的乘法运算的部件。
乘法器可以实现各种乘法操作，如加法器和减法器一样，乘法器也可以由多个乘法位相加器组成。
乘法器的输入是两个二进制数，输出是一个二进制数。
4. 除法器除法器是计算机中用于实现两个数的除法运算的部件。
除法器需要实现除法的所有步骤，包括除法法则、被除数和除数的对齐、试商、加减、取商和取余等操作。
除法器的输入是一个二进制被除数和一个二进制除数，输出是一个二进制商和一个二进制余数。
5. 逻辑门电路逻辑门电路是计算机中用于实现逻辑运算的部件，包括与门、或门、非门等。
与门实现逻辑与运算，或门实现逻辑或运算，非门实现逻辑非运算。
逻辑门电路一般由晶体管、集成电路等元器件组成，可以实现各种逻辑运算。
微型计算机中运算器的主要功能
微型计算机中运算器的主要功能微型计算机的运算器是计算机中最关键的部分之一，它是用来完成各种数学运算的重要部件，功能十分强大。
运算器主要包括ALU（算术逻辑单元）、寄存器、时钟、控制器等组成部分。
下面将详细介绍微型计算机中运算器的主要功能。
1. 算术运算功能：运算器最主要的功能就是算术运算，包括加减乘除四则运算以及求余数等。
这些运算是计算机处理数据的基础，而运算器正是完成这些运算的核心部分。
2. 逻辑运算功能：运算器还可以完成逻辑运算，包括与、或、非等逻辑运算。
逻辑运算可以控制计算机的执行流程，例如判定语句的真假等，它是计算机中控制指令执行的一项非常重要的功能。
3. 数据移位功能：运算器还可以进行数据移位操作，包括向左移位和向右移位。
这项功能在进行位运算时非常实用，可以快速的使数据进行位操作，提高了数据处理的效率。
4. 数据比较和转移功能：运算器还可以进行数据比较和数据转移等操作。
数据比较可以帮助计算机进行条件判定，比如在执行if语句时，可以比较两个数据的大小来进行判断。
而数据转移可以将数据从一个位置转移到另一个位置，是计算机进行数据处理时的必备工具。
5. 浮点数运算功能：运算器还可以进行浮点数运算，包括浮点数加减乘除等运算。
浮点数是一种十进制数表示方式，用于表示非整数，这项功能在科学计算、图像处理等领域非常重要。
总之，微型计算机中运算器的功能是非常强大和多样化的。
无论是进行基本的算术运算，还是进行浮点数运算，都需要运算器的支持。
因此，对于学习计算机的人来说，掌握运算器的相关知识是非常重要的，它能够帮助我们更好地理解和掌握计算机系统的运行机制，提高我们的编程能力和计算能力。
运算器的工作流程
运算器的工作流程
运算器是计算机中的核心部件之一，它用来执行各种算术和逻辑运算。
运算器的工作流程可以大致分为以下几个步骤：
1. 数据输入：运算器需要从计算机的主存储器或者寄存器中获取输入的数据，这些数据可能是整数、浮点数或者二进制码等形式。
2. 算术逻辑单元(ALU)计算：运算器的算术逻辑单元(ALU)是它的核心部件，它负责执行各种算术和逻辑运算，比如加、减、乘、除、与、或、非等等。
3. 存储结果：运算器计算出结果后，需要将结果存储到主存储器或者寄存器中，以便后续的操作使用。
4. 决定下一步操作：运算器根据当前运算的结果，决定接下来需要执行的操作，比如分支、跳转等等。
总的来说，运算器的工作流程就是不断地获取输入数据，执行各种算术和逻辑运算，然后将结果存储下来，最后根据结果决定下一步操作。
这个过程一直持续到计算机程序运行结束。
- 1 -。
计算机中运算器的主要功能
计算机中运算器的主要功能一计算机中运算器的主要功能是执行各种算术和逻辑运算操作。
运算器由算术逻辑单元、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。
运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。
运算器和控制器共同组成CPU的核心部分。
二运算器的主要功能是完成算术和逻辑运算。
运算器是计算机中处理数据的功能部件，对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作；因此，实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。
运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。
运算器：arithmetic unit，计算机中执行各种算术运算和逻辑运算操作的部件。
运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。
计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。
运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。
与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。
运算器是计算机中处理数据的功能部件。
对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作。
因此，实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。
运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。
运算器中的寄存器用于临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。
运算器中还要设置相应的部件，用来记录一次运算结果的特征情况，如是否溢出，结果的符号位，结果是否为零等。
运算器类型计算机所采用的运算器类型很多，从不同的角度分析，就有不同的分类方法。
从小数点的表示形式可分为定点运算器和浮点运算器。
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28
2.1.5译码器-1
2输入4输出译码器
2020年5月19日1时50分
29
2.1.5译码器-2
两块3输入变量译码器扩展成4输入译码器
D=0,Y0~Y7 D=1,Y8~y15
2020年5月19日1时50分
30
2.1.6数据选择器-1
双4通道选1数据选择器
2020年5月19日1时50分
31
2.1.6数据选择器-2
2.1计算机中常用的组合逻辑电路 2.1.1三态电路
三态电路应用实例
图2.1三态反相门(1)的功能表及逻辑图
2020年5月19日1时50分
7
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
2.1.2异或门及其应用
1.异或门
图2.7异或门的功能表和逻辑图 逻辑表达式?
2020年5月19日1时50分
8
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
14
串行加法器和并行加法器
移位寄存器
速度慢，在ALU中很少采用
2020年5月19日1时50分
15
移位寄存器
Q2
Q1
CP D
2020年5月19日1时50分
16
2.1.3加法器—4位全加器
C2=X2Y2+(X2+Y2)C1
2020年5月19日1时50分
17
2.1.3加法器--4位超前进位加法 器
2.1.2异或门及其应用 数码比较器
图2.9四位比较器
2020年5月19日1时50分
当Ai=Bi ，则 Yi=0; 当Ai≠ Bi , 则 Yi=1
逻辑表达式？
9
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
2.1.2异或门及其应用 数码比较器
图2.9四位比较器
2020年5月19日1时50分
当Ai=Bi ，则 Yi=0; 当Ai≠ Bi , 则 Yi=1
2020年5月19日1ALU外观图
2020年5月19日1时50分
25
由4位ALU构成的16位ALU
C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2C1 = G2 + P2(G1 + P1C0 )
= G2+P2G1+P2P1C0
2020年5月19日1时50分
26
8选1数据选择器
2020年5月19日1时50分
32
2.2时序逻辑电路
2.2.1触发器 1. 电位触发方式触发器
图2.23 锁存器
2. 边沿触发方式触发器
图2.24 D触发器
第一章 小结
课程简介 冯.诺依曼体系结构
采用5大部件 采用程序、数据存储 采用2进制
计算机层次结构
硬件~总线结构 软件系统
性能指标
2020年5月19日1时50分
1
第一章 小结
课程简介
计算机组成原理：计算机的结构、组成及实现
➢ 地位：承上启下
OS 接口 体系结构
➢ 性质：重要的专业基础课 组成原理
➢ 任务：建立对计算机系统的整机概念
➢ 要求：
数字逻辑电路
➢ 熟练掌握计算机系统的基本概念和基本原理
➢ 了解各主要部件硬件结构，相互作用和联系及其工作 原理
➢ 掌握指令系统
2
计算机系统的基本组成及层次结构
从功能角度分析
数据输入 存储 运算、处理（传送） 输出
组成
体系结构-存储程序 （冯·诺依曼）
算术逻辑 单元 (ALU)
多位ALU
2020年5月19日1时50分
12
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
2.1.3加法器—半加器
2020年5月19日1时50分
13
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
2.1.3加法器—全加器
2020年5月19日1时50分
Fn=Xn ⊕ Yn ⊕ Cn Cn=XnYn+(Xn+Yn)Cn-1
由4位ALU构成的16位ALU
SN74182
2020年5月19日1时50分
27
半加器
真值表 逻辑表达式
2020年5月19日1时50分
第2章 小结
全加器
多位加法器
算术逻辑单 元
真值表
逻辑表达式（和， 进位）
串行进位
并行进位
•进位表达式（进位产生 函数G、进位传递函数P)
•多位进位表达式
一位ALU 4位ALU 多位ALU
10
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
2.1.2异或门及其应用 奇偶检测电路
图2.10八位奇偶检测电路
2020年5月19日1时50分
11
上一讲小结
半加器
• 真值表，和 逻辑表达式
全加器
• 真值表，和 逻辑表达式， 进位表达式
多位加法器
• 串行加法器 • 进位链表达式
（进位产生函 数、进位传递 函数） • 并行加法器
5
第2章 算术逻辑运算单元(ALU）
内容提要
半加器
真值表，和逻辑表达式
全加器
真值表，和逻辑表达式，进位表达式
多位加法器
串行加法器 进位链表达式（进位产生函数、进位传递函数） 并行加法器
算术逻辑单元(ALU) 多位ALU
2020年5月19日1时50分
6
第2章 计算机的逻辑部件
4
存储程序工作方式与诺依曼机
冯·诺依曼领导研制EDVAC（Electronic Discreate Variable Computer)机要点（1943~1946） 采用二进制代码表示数据和指令 采用5大部件 采用存储程序工作方式
事先编制程序 程序存储于计算机的存储器之中 计算机运行时自动取指、执行
2020年5月19日1时50分
图2.14四位超前进位加法器
18
4位超前进位加法器
2020年5月19日1时50分
19
2-1-4 算术逻辑单元
Fi
Ci
∑
…
Sn~0
Xi
Yi
2020年5月19日1时50分
20
算 术 逻 辑 单 元
2020年5月19日1时50分
S3S2 00 01 10 11
Xi 1 Ai+Bi Ai+Bi Ai
21
S1S0
00 01 10 11
Yi Ai AiBi Ai Bi 0
S3S2 00 01 10 11
Xi 1 Ai+/Bi Ai+Bi Ai
S1S0 00 01 10 11
Yi Ai AiBi Ai/ Bi 0
2020年5月19日1时50分
22
++
+
+
2020年5月19日1时50分
23
SN74181 4位ALU内部结构图
软件
语言支持 资源管理 应用软件
状
运算器
态数
命 结令
据
果
程 序
输入设备
请 求
命 令
存储器
地
命
址
令
输出设备
命
请
令
求
控制器
3
计算机系统的基本组成及层次结构
从硬件组成角度来分析 硬件组成层次结构
数字逻辑层 微体系结构层
功能部件 具体组成、运行原理、连接、协同
指令系统层
从软件组成角度来分析 操作系统层 汇编语言层 高级语言（算法语言）层 应用层