第2章 算术逻辑运算单元(ALU)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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4月13日4时20分
6
第2章 计算机的逻辑部件
算术逻辑 单元 (ALU)
多位ALU
2020年4月13日4时20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4月13日4时20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4月13日4时20分
Fn=Xn ⊕ Yn ⊕ Cn Cn=XnYn+(Xn+Yn)Cn-1
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
28
2.1.5译码器-1
2输入4输出译码器
2020年4月13日4时20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4月13日4时20分
30
2.1.6数据选择器-1
双4通道选1数据选择器
2020年4月13日4时20分
31
2.1.6数据选择器-2
2020年4月13日4时20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4月13日4时20分
19
2-1-4 算术逻辑单元
Fi
Ci
∑
…
Sn~0
Xi
Yi
2020年4月13日4时20分
20
算 术 逻 辑 单 元
2020年4月13日4时20分
S3S2 00 01 10 11
Xi 1 Ai+Bi Ai+Bi Ai
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4月13日4时20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
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4月13日4时20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4月13日4时20分
当Ai=Bi ，则 Yi=0; 当Ai≠ Bi , 则 Yi=1
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4月13日4时20分
22
++
+
+
2020年4月13日4时20分
23
SN74181 4位ALU内部结构图
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4月13日4时20分
15
移位寄存器
Q2
Q1
CP D
2020年4月13日4时20分
16
2.1.3加法器—4位全加器
C2=X2Y2+(X2+Y2)C1
2020年4月13日4时20分
17
2.1.3加法器--4位超前进位加法 器
8选1数据wk.baidu.com择器
2020年4月13日4时20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
➢ 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）
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4月13日4时20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4月13日4时20分
8
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
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4月13日4时20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
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
由4位ALU构成的16位ALU
SN74182
2020年4月13日4时20分
27
半加器
真值表 逻辑表达式
2020年4月13日4时20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
2020年4月13日4时20分
24
SN74181 4位ALU外观图
2020年4月13日4时20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4月13日4时20分
26
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4月13日4时20分
6
第2章 计算机的逻辑部件
算术逻辑 单元 (ALU)
多位ALU
2020年4月13日4时20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4月13日4时20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4月13日4时20分
Fn=Xn ⊕ Yn ⊕ Cn Cn=XnYn+(Xn+Yn)Cn-1
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
28
2.1.5译码器-1
2输入4输出译码器
2020年4月13日4时20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4月13日4时20分
30
2.1.6数据选择器-1
双4通道选1数据选择器
2020年4月13日4时20分
31
2.1.6数据选择器-2
2020年4月13日4时20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4月13日4时20分
19
2-1-4 算术逻辑单元
Fi
Ci
∑
…
Sn~0
Xi
Yi
2020年4月13日4时20分
20
算 术 逻 辑 单 元
2020年4月13日4时20分
S3S2 00 01 10 11
Xi 1 Ai+Bi Ai+Bi Ai
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4月13日4时20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
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4月13日4时20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4月13日4时20分
当Ai=Bi ，则 Yi=0; 当Ai≠ Bi , 则 Yi=1
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4月13日4时20分
22
++
+
+
2020年4月13日4时20分
23
SN74181 4位ALU内部结构图
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4月13日4时20分
15
移位寄存器
Q2
Q1
CP D
2020年4月13日4时20分
16
2.1.3加法器—4位全加器
C2=X2Y2+(X2+Y2)C1
2020年4月13日4时20分
17
2.1.3加法器--4位超前进位加法 器
8选1数据wk.baidu.com择器
2020年4月13日4时20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
➢ 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）
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4月13日4时20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4月13日4时20分
8
2.1计算机中常用的组合逻辑电 路
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4月13日4时20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
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
由4位ALU构成的16位ALU
SN74182
2020年4月13日4时20分
27
半加器
真值表 逻辑表达式
2020年4月13日4时20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
2020年4月13日4时20分
24
SN74181 4位ALU外观图
2020年4月13日4时20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4月13日4时20分
26