《计算机组成原理》3.6运算器的组成

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(2)Am2901A位片式结构运算器
• 利用大规模集成电路技术（LSI）常将ALU与寄存器集 成为位片式结构的运算器芯片，如 4位/片。用几块 位片芯片拼接，可以构成较长位数的运算器。
• Am2901A是一种位片式结构运算器组件。
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Am2901A运算器组件的特点
• 采用位片式结构，内部有四位线路，把多块Am2901A芯片级联起 来，可实现不同位数的运算器。
⑵ 作乘除运算时
尾数运算部件和阶码运算部件独立工作，阶
码仅作加减运算，运算结束，对结果进行规
格化处理。
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浮点运算尾数部件中寄存器分配
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• 其ALU可实现八种运算功能，用外部送入的三位控制信号I5I4I3的 编码值，实现八种功能的选择控制。
• 由外部送来的三位控制码I2I1I0控制R、S的多路选择器选择输入。 • 运算器中有1个16×4位的通用寄存器组和一个4位的Q寄存器。
• ALU给出的四个状态信息。
• RAM3、RAM0、Q3、Q0：移位寄存器接收与送出移位数值的引线 • 运算器的四位输出为Y3～Y0，它可以是ALU的运算结果，也可以
OE
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例：给出实现指令2(D－R9)→R10的控制信号
解： • 选择R9：A地址＝1001； • 选择R10：B地址＝1010； • R＝D，S＝A：I2I1I0＝101； • R－S：I5I4I3＝010； • 输出运算结果2F到R10：I8I7I6＝111 • 为了封锁Y＝F的输出，OE＝1
△E为＋，E2小，R1右移，每移一位，EC－1
△E为－，E1小，R0右移，每移一位，EC＋1
直到EC＝0，完成对阶工作a 。
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② 尾数部件作加/减运算，结果存入R0。 ③ 判别运算结果，进行规格化。
在规格化处理过程中，每将R0左移(或右移) 一位时，应将E1与E2中的较大者减1(或加1)， 最后作为结果的阶码。
是寄存器组A输出端口上的内容。
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表 3-9 ALU 功能选择
编码 I5 I4 I3 000 001 010 011 100 101 110 111
功能
R＋S S－R R－S R∨S R∧S R ∧S R⊕S R⊙S
表 3-10 ALU 操作数选择
编码
ALU 操作数输入
I2 I1 I0
RS
000
AQ
3.6 运算器组成
3.6.1定点运算器
1.基本结构
运算器结构的基本组成部分：包括ALU、寄存器、多 路开关、标志/状态触发器、移位器和数据总线等基 本逻辑部件。
运算器设计主要是围绕着ALU和寄存器同数据总线之 间如何传送操作数和运算结果而进行的。
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（1）单总线结构运算器
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2
（2）双总线结构运算器
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3.6.2 浮点运算器
• 由于浮点运算中阶码运算与尾数运算分别进行， 因此浮点运算部件应包括尾数部件和阶码部件两 个部分。
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实现四则运算的浮点运算器
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尾数运算部件
进行尾数的加减乘除运算。 由寄存器R0、R1、MQ及并行加法器Fm组成。 R0、R1：暂存操作数。其中R0也称为累加器，用于存 放运算结果。 MQ：乘商寄存器 用于进行乘除运算，R0、MQ具有联合左移、右移的功 能，实现方法与定点乘、除法器相类似。 R1具有右 移功能，以实现对阶移位。
001
AB
010
0Q
011
0B
100
0A
101
DA
110
DQ
111
D0
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表 3-11 A L U 的 功 能 选 择
编码
功能
I8 I7 I6 000
寄存器组
Q 寄存器
Y 输出 F
001 010 011 100 101 110 111
F
F→ B
A
F→ B
F
F /2→ B
Q /2→ Q
F
F /2→ B
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阶码运算部件
进行阶码的加减运算。
由寄存器E1、E2、阶差计数器EC以及并行加法器Fe组 成。E1、E2：存放与R0、R1中尾数相对应的阶码。 ⑴ 作加减运算时
① 由阶码运算部件求出阶差△E＝E1－E2，并存入阶 差计数器EC中，EC可根据符号判断哪个阶码小，
控制将对应的尾数(R0或R1)进行右移。
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（3）三总线结构运算器
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2.定点运算器举例
(1)最简Fra Baidu bibliotek的运算器
最基本的运算器由算术逻 辑部件ALU、累加器(AC)、数据 缓冲寄存器(MDR)组成。
运算器与存储器之间通过 一条双向数据总线进行联系， 可以实现从存储器中读取一个 数据经MDR、ALU存放在AC中， 也可把AC中信息经MDR存入主存 的指定单元。它也可以实现AC 中数据与主存某一单元的数据 经ALU运算，结果暂存于AC中。
F
2F→ B
2Q→ Q
F
2F→ B a
F 10
例：给出实现指令R0＋R1→M的控制信号。
解： • 选择R0：A地址＝0000； • 选择R1：B地址＝0001； • R＝A，S＝B：I2I1I0＝001； • R＋S：I5I4I3＝000； • 输出运算结果F（Y＝F）：I8I7I6＝001
• 控制允许运算结果F输出： ＝0