计算机组成原理与汇编语言
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则:Ci+1= AiBi+(Ai + Bi) Ci 令: Gi= AiBi Pi= Ai + Bi
于是: Ci+1= Gi+ Pi Ci
计
算
串行进位:使用进位线将n个全
机
加器串接起来,进位延迟时间较
组 成
长。节省器件,成本低。
原 理
Ci+1
Ci
与 汇
Ci-1
编
语 言
Ai+1 Bi+1 Ai Bi
成 移位,浮点加减,无符号数一位
原 理 与
乘、除,组合逻辑控制器(产生 微命令方法、优缺点),微程序
汇 控制器(基本思想、优缺点);
编
语
言
计
算
机
组
成 了解:
原 理 与
十进制运算,浮点乘、 除法,微指令格式、编码方法、
汇 顺序控制方法。
编
语
言
计 算
§3-1 运算器
机 组
运算器
成 包含: ALU、用于运算的寄
+1
语
可以用两+个半+加器构成的全加器;
言
∑I= Ai Bi +Ci
Ci+1= AiBi+(Ai
Bi) Ci
计
算
机
组
成
并行加法器的进位
原 理 与 汇 编 语 言
并行加法器:N位同时进行,由进位链 实现进位信号Ci的传递。
设:A=An-1An-2…Ai..A1A0 B=Bn-1Bn-2…Bi..B1B0
原
存器;
理 与
控制器
汇 包含:微操作信号发生器、时
编
序系统、用于运控制
语 言
的寄存器。
计
算
机
系 统总 线
组
成
原
理
寄存器
与
汇 编
运算器
语
(ALU)
言
控制器 CPU
计
算
机
组 CPU的功能
成
数据加工(运算器)
原
对数据进行算术和逻辑运算处理;
理
指令控制(控制器)
与
指令的执行次序,严格按顺序;
计
算
机
组
成 原 理
对于长字长的加法器通常采用分组 进位结构:
与
组内并行、组间串行进位链
汇
组内并行、组间并行进位链
编
语
言
计
算
机
组
成 ALU 举例
原
SN74181介绍
理
(见P62 图3-4)内部结构;
与
功能:4位ALU
汇
完成16种算术逻辑运算;
编 语 言
4片SN74181和1片SN74182组成一个16 位的组间并行进位ALU。 (见P63 图3-6 )
汇
操作控制(控制器)
编
由指令产生操作控制信号/微命令;
语
时间控制(控制器)
言
对各种操作实施时间上的控制/时序;
计
算
机
组 算术逻辑运算部件ALU
成
ALU的主要作用完成二进制代码的定
原
点算术运算和逻辑运算。ALU 的核心
理
是加法器。
与
加法器
汇
全加器 Ai Bi Ci
∑i,
Ci
编
计
算
机
组
成 原
并行进位:各级进位信号同时形成, 增加硬件逻辑线路,有效地减少进位 延迟时间。(同时进位)
理 与 汇 编 语 言
(见P61 图3-3)以4位加法为例
C1=G0+P0C0 C2=G1+P1C1 = G1 +P1G0 +P1P0C0 C3=G2+P2C2 =。。。。。 C4=G3+P3C3 =。。。。。 通过上式可以发现Ci可同时形成。
汇
E X补=11,10 M X补=00.011100(1入)
编
尾数求和: M X补+ M Y补= 11.110011
语
尾数为非规格化数,需要左规,即尾数
言
左移两位,阶码减2,即
[X]浮+ [Y]浮=1100;11.001100
计
算
机
组
成 十进制加减运算
原
转换为二进制后进行运算;
理 与
BCD码运算
计
算 机 组 成 原
课本P111 第5题
解:E X补=11,01 M X补=00.110111 E Y补=11,10 M Y补=11. 010111 [ △E ]补=[E x]补+[-Ey ]补
=1101+0010=1111
理
△E=-1,故X的阶码较小,要对阶
与
尾数M X补右移一位,阶码E X补加1,得
汇
BCD码指令
编
二进制码指令,然后进行校正(加
语
6校正)
言
计
算
机
组
成 定点数乘除运算
原
无符号数手算算法
理
无符号数一位乘法思想:将N位乘转
与
换为N次累加与移位,即每次只求一
汇
位乘数所对应的新部分积,并与原来
计算机组成原理 与 汇编语言
第三章 CPU原理
巢湖电视大学
吴毅俊
计
算 第 三 章 CPU原理
机
组 成 原 理
掌握:
CPU基本组成模型(寄存 器组成、数据通路结构),同
与
步控制方式与常见时序信号,
汇
微命令(脉冲、电位),熟练
编 语
掌握指令流程(能拟出给定指 令的流程);
言
计
算机 理解:
组 进位链,ALU组成,补码加减,
理 与
例[X]补= 00110110 11001101
[Y]补=
汇
[X + Y]补
[X - Y]补
编
00110110
00110110
语
+ 11001101
+ 00110011
言
100000011
01101001
计
算
机
溢出的判断
组
运算结果为正,且大于所能表达的最大
成
正数,称为正溢出;
言
补码左移
计
算
机 浮点加减运算
组 成
规格化浮点数具有唯一的表示形式和 最长的有效位;
原
运算与实现 (例 P70)
理 与
X=Mx*2Ex ,Y=My * 2Ey 对阶操作:小阶向大阶看齐,尾数右移;
汇
求△E=Ex-Ey
编
尾数相加减:定点数的加减;
语
规格化和判溢
言
舍入:常用恒置1法
计 算
§3-2 运算方法
机 定点加减运算
组 成
原码加减
原
由操作码、操作数的符号决定最终的操
理
作,结果的符号判断复杂;
与
繁琐,硬件复杂;
汇
编
语
言
计
算
机
补码加减
组
[X + Y]补= [X]补+[Y]补
成
[X - Y]补= [X]补+[-Y]补
原
补码表示,符号参加运算,结果为补码 表示;
原
运算结果为负,且小于所能表达的最小
理
负数,称为负溢出;
与
溢出判断方法: P66
汇
单符号位判断
编
最高有效位的进位判断 变形补码(双符号位)
语
00为正,11为负(运算时扩充)
言
结果01正溢出,10负溢出(判断)
计
算
机
组 成
例
P67 变形补码
原 请同学们练习
理 与
P111
第3题
(2)
汇 编
第4题
(2)
语
言
计
算
机 组
移位
成
逻辑移位、循环移位和算术移位;
原 理 与 汇
逻辑移位 无数值意义的二进制码,左 移时低位补0,右移时高位补0;
循环移位 闭合移位环路
算术移位 带符号数的移位,左移一 位相当于乘2,右移一位相当于除2;
编
原码
P68
语
补码右移
于是: Ci+1= Gi+ Pi Ci
计
算
串行进位:使用进位线将n个全
机
加器串接起来,进位延迟时间较
组 成
长。节省器件,成本低。
原 理
Ci+1
Ci
与 汇
Ci-1
编
语 言
Ai+1 Bi+1 Ai Bi
成 移位,浮点加减,无符号数一位
原 理 与
乘、除,组合逻辑控制器(产生 微命令方法、优缺点),微程序
汇 控制器(基本思想、优缺点);
编
语
言
计
算
机
组
成 了解:
原 理 与
十进制运算,浮点乘、 除法,微指令格式、编码方法、
汇 顺序控制方法。
编
语
言
计 算
§3-1 运算器
机 组
运算器
成 包含: ALU、用于运算的寄
+1
语
可以用两+个半+加器构成的全加器;
言
∑I= Ai Bi +Ci
Ci+1= AiBi+(Ai
Bi) Ci
计
算
机
组
成
并行加法器的进位
原 理 与 汇 编 语 言
并行加法器:N位同时进行,由进位链 实现进位信号Ci的传递。
设:A=An-1An-2…Ai..A1A0 B=Bn-1Bn-2…Bi..B1B0
原
存器;
理 与
控制器
汇 包含:微操作信号发生器、时
编
序系统、用于运控制
语 言
的寄存器。
计
算
机
系 统总 线
组
成
原
理
寄存器
与
汇 编
运算器
语
(ALU)
言
控制器 CPU
计
算
机
组 CPU的功能
成
数据加工(运算器)
原
对数据进行算术和逻辑运算处理;
理
指令控制(控制器)
与
指令的执行次序,严格按顺序;
计
算
机
组
成 原 理
对于长字长的加法器通常采用分组 进位结构:
与
组内并行、组间串行进位链
汇
组内并行、组间并行进位链
编
语
言
计
算
机
组
成 ALU 举例
原
SN74181介绍
理
(见P62 图3-4)内部结构;
与
功能:4位ALU
汇
完成16种算术逻辑运算;
编 语 言
4片SN74181和1片SN74182组成一个16 位的组间并行进位ALU。 (见P63 图3-6 )
汇
操作控制(控制器)
编
由指令产生操作控制信号/微命令;
语
时间控制(控制器)
言
对各种操作实施时间上的控制/时序;
计
算
机
组 算术逻辑运算部件ALU
成
ALU的主要作用完成二进制代码的定
原
点算术运算和逻辑运算。ALU 的核心
理
是加法器。
与
加法器
汇
全加器 Ai Bi Ci
∑i,
Ci
编
计
算
机
组
成 原
并行进位:各级进位信号同时形成, 增加硬件逻辑线路,有效地减少进位 延迟时间。(同时进位)
理 与 汇 编 语 言
(见P61 图3-3)以4位加法为例
C1=G0+P0C0 C2=G1+P1C1 = G1 +P1G0 +P1P0C0 C3=G2+P2C2 =。。。。。 C4=G3+P3C3 =。。。。。 通过上式可以发现Ci可同时形成。
汇
E X补=11,10 M X补=00.011100(1入)
编
尾数求和: M X补+ M Y补= 11.110011
语
尾数为非规格化数,需要左规,即尾数
言
左移两位,阶码减2,即
[X]浮+ [Y]浮=1100;11.001100
计
算
机
组
成 十进制加减运算
原
转换为二进制后进行运算;
理 与
BCD码运算
计
算 机 组 成 原
课本P111 第5题
解:E X补=11,01 M X补=00.110111 E Y补=11,10 M Y补=11. 010111 [ △E ]补=[E x]补+[-Ey ]补
=1101+0010=1111
理
△E=-1,故X的阶码较小,要对阶
与
尾数M X补右移一位,阶码E X补加1,得
汇
BCD码指令
编
二进制码指令,然后进行校正(加
语
6校正)
言
计
算
机
组
成 定点数乘除运算
原
无符号数手算算法
理
无符号数一位乘法思想:将N位乘转
与
换为N次累加与移位,即每次只求一
汇
位乘数所对应的新部分积,并与原来
计算机组成原理 与 汇编语言
第三章 CPU原理
巢湖电视大学
吴毅俊
计
算 第 三 章 CPU原理
机
组 成 原 理
掌握:
CPU基本组成模型(寄存 器组成、数据通路结构),同
与
步控制方式与常见时序信号,
汇
微命令(脉冲、电位),熟练
编 语
掌握指令流程(能拟出给定指 令的流程);
言
计
算机 理解:
组 进位链,ALU组成,补码加减,
理 与
例[X]补= 00110110 11001101
[Y]补=
汇
[X + Y]补
[X - Y]补
编
00110110
00110110
语
+ 11001101
+ 00110011
言
100000011
01101001
计
算
机
溢出的判断
组
运算结果为正,且大于所能表达的最大
成
正数,称为正溢出;
言
补码左移
计
算
机 浮点加减运算
组 成
规格化浮点数具有唯一的表示形式和 最长的有效位;
原
运算与实现 (例 P70)
理 与
X=Mx*2Ex ,Y=My * 2Ey 对阶操作:小阶向大阶看齐,尾数右移;
汇
求△E=Ex-Ey
编
尾数相加减:定点数的加减;
语
规格化和判溢
言
舍入:常用恒置1法
计 算
§3-2 运算方法
机 定点加减运算
组 成
原码加减
原
由操作码、操作数的符号决定最终的操
理
作,结果的符号判断复杂;
与
繁琐,硬件复杂;
汇
编
语
言
计
算
机
补码加减
组
[X + Y]补= [X]补+[Y]补
成
[X - Y]补= [X]补+[-Y]补
原
补码表示,符号参加运算,结果为补码 表示;
原
运算结果为负,且小于所能表达的最小
理
负数,称为负溢出;
与
溢出判断方法: P66
汇
单符号位判断
编
最高有效位的进位判断 变形补码(双符号位)
语
00为正,11为负(运算时扩充)
言
结果01正溢出,10负溢出(判断)
计
算
机
组 成
例
P67 变形补码
原 请同学们练习
理 与
P111
第3题
(2)
汇 编
第4题
(2)
语
言
计
算
机 组
移位
成
逻辑移位、循环移位和算术移位;
原 理 与 汇
逻辑移位 无数值意义的二进制码,左 移时低位补0,右移时高位补0;
循环移位 闭合移位环路
算术移位 带符号数的移位,左移一 位相当于乘2,右移一位相当于除2;
编
原码
P68
语
补码右移