第2章 算术逻辑运算单元(ALU)

4位ALU
多位ALU
2013年10月15日7时39分
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2.1.5译码器-1
2输入4输出译码器
2013年10月15日7时39分
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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
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2.1.6数据选择器-1

双4通道选1数据选择器
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 硬件~总线结构 软件系统

计算机层次结构


性能指标
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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 数字逻辑电路 要求：


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
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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
体系结构-存储程序 （冯·诺依曼） 软件

状 态
运算器 数 据 存储器 地 址 命 令 结 果 命 令
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SN74181 4位ALU内部结构图
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SN74181 4位ALU外观图
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由4位ALU构成的16位ALU
C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2C1 = G2 + P2(G1 + P1C0 ) = G2+P2G1+P2P1C0
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 真值表，和逻辑表达式，进位表达式 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

全加器


多位加法器



算术逻辑单元(ALU) 多位ALU
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第2章 计算机的逻辑部件
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
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移位寄存器
Q2
Q1
CP D
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2.1.3加法器—4位全加器
C2=X2Y2+(X2+Y2)C1
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2.1.3加法器--4位超前进位加法 器
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S1S0
00 01 10 11
Yi Ai AiBi Ai Bi 0
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S3S2
00 01 10 11
Xi
1 Ai+/Bi Ai+Bi Ai
S1S0
00 01 10 11
Yi
Ai AiBi Ai/ Bi 0
2013年10月15日7时39分
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+ +
+
+
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图2.14四位超前进位加法器
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4位超前进位加法器
2013年10月15日7时39分
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2-1-4 算术逻辑单元
Fi
Ci
∑
Sn~0
…
Xi
Yi
2013年10月15日7时39分
20
算 术 逻 辑 单 元
S3S2 00 01 10 11
Xi 1 Ai+Bi Ai+Bi Ai
算术逻辑 单元 (ALU)
多位ALU
2013年10月15日7时39分
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2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
2.1.3加法器—半加器
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2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
2.1.3加法器—全加器
Fn=Xn ⊕ Yn ⊕ Cn Cn=XnYn+(Xn+Yn)Cn-1
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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
图2.9四位比较器
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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
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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
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2.1.6数据选择器-2

8选1数据选择器
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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
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2013年10月15日7时39分
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由4位ALU构成的16位ALU
SN74182
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第2章 小结
半加器 全加器 多位加法器 算术逻辑单 元
一位ALU
真值表
真值表
串行进位
并行进位 逻辑表达式 逻辑表达式（和， 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
2.1.2异或门及其应用 数码比较器
当Ai=Bi ，则 Yi=0; 当Ai≠ Bi , 则 Yi=1
图2.9四位比较器
逻辑表达式？
2013年10月15日7时39分
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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
当Ai=Bi ，则 Yi=0; 当Ai≠ Bi , 则 Yi=1
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
2013年10月15日7时39分
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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?
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2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
程 序 请 求
输入设备
命 令
输出设备
命 令 请 求

组成

控制器

语言支持 资源管理 应用软件
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