组成原理课件 - 计算机中的逻辑部件和运算器分解
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《计算机的逻辑部》课件
计算机逻辑部将继续发展，趋向 更高性能和更小体积。
未来应用
未来挑战与机遇
计算机逻辑部将应用于更多领域， 如人工智能、物联网等。
发展计算机逻辑部面临着挑战， 也有很多机遇等待着我们去探索。
六. 总结
1 意义和作用
计算机逻辑部是计算机的 核心组成部分，负责处理 和执行各种指令和数据。
2 发展历程和现状
计算机逻辑部从人工制造 的第一台计算机开始逐步 演化发展，并成为现代计 算机的重要组成部分。
3 未来发展趋势和挑战
计算机逻辑部将继续发展， 面临着各种挑战，但也有 许多机遇等待着我们去探 索。
存储器负责存储和读取数据， 包括内存和外存。
四. 计算机逻辑部与计算机性能的关系
1
计算机逻辑部的优化与提升
通过改进逻辑电路设计和优化算法等方式提能的方法
除了优化逻辑部，还可以通过提高硬件配置和优化软件算法等方式提高计算机性 能。
五. 计算机逻辑部的未来
未来发展趋势
《计算机的逻辑部》PPT 课件
计算机的逻辑部是计算机的核心组成部分，负责处理和执行各种指令和数据。 本课件将介绍计算机逻辑部的定义、发展历程、主要组成部分以及与计算机 性能的关系。
一. 什么是计算机的逻辑部？
计算机的逻辑部是指负责处理和执行计算机指令和数据的部分。它由各种逻辑电路组成，具有识别、存储、运 算等功能。
二. 计算机逻辑部的发展历程
计算机逻辑部从人工制造的第一台计算机开始逐步演化发展，如今已经成为 现代计算机的重要组成部分。
三. 计算机逻辑部的主要组成部分
逻辑电路基础
逻辑电路是计算机逻辑部的 基础，包括与门、或门、非 门等。
CPU的功能和构成
CPU是计算机逻辑部的核心， 包括运算器、控制器等。
未来应用
未来挑战与机遇
计算机逻辑部将应用于更多领域， 如人工智能、物联网等。
发展计算机逻辑部面临着挑战， 也有很多机遇等待着我们去探索。
六. 总结
1 意义和作用
计算机逻辑部是计算机的 核心组成部分，负责处理 和执行各种指令和数据。
2 发展历程和现状
计算机逻辑部从人工制造 的第一台计算机开始逐步 演化发展，并成为现代计 算机的重要组成部分。
3 未来发展趋势和挑战
计算机逻辑部将继续发展， 面临着各种挑战，但也有 许多机遇等待着我们去探 索。
存储器负责存储和读取数据， 包括内存和外存。
四. 计算机逻辑部与计算机性能的关系
1
计算机逻辑部的优化与提升
通过改进逻辑电路设计和优化算法等方式提能的方法
除了优化逻辑部，还可以通过提高硬件配置和优化软件算法等方式提高计算机性 能。
五. 计算机逻辑部的未来
未来发展趋势
《计算机的逻辑部》PPT 课件
计算机的逻辑部是计算机的核心组成部分，负责处理和执行各种指令和数据。 本课件将介绍计算机逻辑部的定义、发展历程、主要组成部分以及与计算机 性能的关系。
一. 什么是计算机的逻辑部？
计算机的逻辑部是指负责处理和执行计算机指令和数据的部分。它由各种逻辑电路组成，具有识别、存储、运 算等功能。
二. 计算机逻辑部的发展历程
计算机逻辑部从人工制造的第一台计算机开始逐步演化发展，如今已经成为 现代计算机的重要组成部分。
三. 计算机逻辑部的主要组成部分
逻辑电路基础
逻辑电路是计算机逻辑部的 基础，包括与门、或门、非 门等。
CPU的功能和构成
CPU是计算机逻辑部的核心， 包括运算器、控制器等。
《计算机组成原理》ppt课件
输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
计算机的基本组成及工作原理 ppt课件
LEO 利昂电子办公
(Lyons Electronic Office)
找到英国剑桥大学“数学实验室”，加入了EDSAC的研制开发，并在EDSAC成功研制后，开始 复制EDSAC（命名为LEO，利昂电子办公）。利昂公司从烤面包卖茶点到复制EDSAC卖计算机
计算机的定义（COMPUTER）
电子计算机：一种能够高速、准确、自动完成对各种数 字化信息进行算术和逻辑运算的电子设备。
软件系统 软件是计算机的灵魂。
二、计算机硬件组成
➢运算器 ➢控制器
中央处理器 CPU
➢存储器
➢输入设备 ➢输出设备
计算机 的大脑
常见CPU（intel与AMD）
存储器
主存储器 特点：读写速度快、
（内存储器）
存储量小，断电后信 息丢失
辅助存储器 特点：存储量大，读
（外存储器）
写速度较内存慢，断 电后仍能保存信息
主存储器与辅助存储器的 主要区别:
主存储器 CPU
辅助存储器
返回
常见输入设备
返回
常见输出设备
计算机硬件系统小结
显示器 键盘
CPU 内存储器 硬盘 光盘驱动器 软盘驱动器
鼠标
三、软件系统
软件
系统软件 如操作系统win98/xp、
C语言编译处理程序等。
应用软件
如办公软件、设计软 件、杀毒软件、动画
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
计算机发展史
第一台电子计算机（ENIAC）
Electronic Numerical Integrator And Calculator
5000次加法/秒 体重28吨 占地170m2
18800只电子管 1500个继电器 功率150KW
组成原理课件 - 计算机中的逻辑部件和运算器
二、N位加法器 完成两个二进制数A=Xn-1Xn-2……X1X0和B=Yn-1……Y1Y0 相加，求得和Fn=Fn-1Fn-2……F1F0的器件。 1、串行加法器 在串行加法器中，只有一个全加器，数据逐位串行送入加法器 进行运算。
0 1 C FA
A 0 1
0 1
B 0 1
0 1
计数器
CLK
A、B是两个具有移位功能的n 位寄存器，用来存放已知的被加 数和加数，FA是一个全加器，C用来保存进位信号的触发器，其初 始值为0。CLK为时钟，每一节拍完成的工作是，A、B最低位送FA， 与上次进位相加。本次运算的结果送A寄存器的最高位，进位送触发 器C，同时A、B右移一位。CLK的作用下，减1，当计数器为0时，加 法运算结束，在A寄存器中得到两数之和。
一、ALU 电路
Ai Bi
F3
F2
F1
F0
S3 S2 S1 S0 M
ALU
Fi
Cn+4 A=B G . . . Ki . P . .
SN74181 4位ALU
A3 A2 A1 A0 C-1 B3~B0和A3~A0是两个操作数，F3~F0是输出结果。C –1 是最低 位的进位，Cn+4是SN74181向高位的进位；P、G可供先行（跳跃） 进位使用。M用于区别是算术运算还是逻辑运算，S3~S0可产生16 种不同的运算。 SN74181算术运算是用补码实现的，其中减数的反码是内部电路 形成的，而末位加1是通过C-1=0来实现的（C-1输入端前有一反相器） ALU为组合逻辑电路，在应用ALU时两个输入端口A和B必须与锁存器 相连，而且在运算过程中锁存器的内容是不变的，其输出必须送到寄 存器中保存。
a行波进位b组内行波进行组间先行进位c组内先行进位组间先行进位d组内先行进位组间行波进位3使用74181构成一个16位的alu需要使用d164加法器采用先行进位的目的是a提高加法器的速度b产生进位信号c优化加法器结构d增强加法器的功能5串行运算器是一种最简单的运算器其运算规则是按时间先后次序a由低位到高位逐位运算b由高位到低位逐位运算c由低位到高位先行进位运算d由高位到低位先行借位运算三简答题1试述先行进位解决的问题及基本思想2串行加法器和并行加法器有何不同
第2章计算机的逻辑部件-资料
2007.7.2
计算机组成原理
31
利用使能端能方便地将两个3线-8线译码器组合 成一个4线-16线译码器，如图2-13所示。
图2-13 用两片74LS138组合成4-16译码器
2007.7.2
计算机组成原理
32
2．数码显示译码器
(1)七段发光二极管(LED)数码管
LED数码管是目前最常用的数字显示器，图214(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不 同出线形式的引出脚功能图。
第2章 计算机的逻辑部件
2007.7.2
计算机组成原理
1
计算机的逻辑部件
本章从逻辑代数的基本知识、逻辑门电路的构 成及特性出发，介绍组合逻辑电路分析与设计的一 般方法；介绍了加法器、译码器等常用芯片的逻辑 功能；介绍了加法器、译码器等中规模器件设计组 合逻辑电路、解决实际问题的思路与方法。读者应 深入理解基本逻辑运算、逻辑运算规则、逻辑函数 的标准表达式、代数化简、卡诺图化简等基本理论； 掌握利用逻辑代数知识分析组合逻辑电路的方法； 掌握用小规模器件设计组合电路的一般过程；深入 理解中规模器件在设计组合逻辑电路、解决实际问 题中的应用。
计算机组成原理
11
符号表示:
A
1
Y
B
（a）国外符号
（b）国标符号
图2-3 非门逻辑符号
2007.7.2
计算机组成原理
12
5．或非门
真值表表示的两输入端或非门如表2-5所示，逻 辑符号如图2-5所示。可以利用或非门的输入端A来 控制输入端B。当A=0时，（输入信号被反相输 出）；当A=1时，则不管B的值是什么，Y都为0。
2007.7.2
计算机组成原理
33
第02章 计算机的逻辑部件PPT课件
与运算 0 ·0 = 0
0 ·1 = 0
1 ·0 = 0
1 ·1 = 1
或运算 0 + 0 = 0
0+1=1
1+0=1
1+1=1
非运算 1 0
01
精选PPT课件
17
逻辑代数的基本公式
2. 基本公式 0—1律 0·A=0
1·A=A
0+A=A 1+A=1
互补律 A A = 0
A+A=1
同一律 A·A=A A+A=A
George Boole，1815-1864)
精选PPT课件
2
2.1.1 基本逻辑运算
逻辑代数将事物存在的两个对立状态抽 象地表示为0和1，逻辑代数中的变量称为逻 辑变量。逻辑代数基本的运算有三种：
* 与运算 * 或运算 * 非运算
精选PPT课件
3
“与”逻辑操作
又称为逻辑乘，符号“·”。当且仅当A、B均为1 时，其逻辑乘A·B才为1，否则为0。“与”逻辑的 含义是，只有当所有前提条件都成立时，结论才成 立。有时为书写方便，常将中间点符号省去，记 A·B为AB。
利用反演规则可以方便地求得一个函数 的反函数。
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23
2.2 逻辑函数的化简
将一个逻辑函数变为一个形式更简单、并 与之等效的逻辑函数，称为逻辑，电路工作也更加稳定可靠。
代数化简法 卡诺图化简法 ……
精选PPT课件
24
2.2.1 代数化简法
精选PPT课件
21
2) 对偶规则
将某一逻辑表达式Y中的“· ”换为“+”， “+”换为“· ”，“1”换为“0”,“0”换为“1”， 可得到一个新的表达式Y’，称Y’是原表达式Y 的对偶式。或者说，Y’与Y互为对偶式。如果 两逻辑式相等，它们的对偶式也相等。
2_计算机的逻辑部件精品PPT课件
可得两个等价的最简布尔式分别为： F= ACD+ABD +ABD+AC F=BCD+ABC+AC+ABD
2.3 逻辑门的实现
任何复杂的逻辑运算都可以通过基本逻辑操作“与”、“或”、 “非”来实现。实现这三种基本逻辑操作的电路是三种基本门电路： “与”门、“或”门、“非”门（反相门）。
(P18)
返回
__
__
__
Cn X nYn C n1 X n Y n Cn1 X n YnCn1 X nYnCn1 X nYn ( X n Yn )Cn1
特点：输入均取反， 输出也均为反码
X1 Y1
(2)串行多位加法器
X2 Y2
X3 Y3
X4 Y4
C0
Xn Yn Cn-1 Cn
C1
Xn Yn Cn-1 Cn
第二章 计算机的逻辑部件
2.1 布尔代数的基础知识 2.2 计算机中常用的组合逻辑电路 2.3 时序逻辑电路 2.4 阵列逻辑电路
学习目的
1．快速复习三种基本逻辑操作及布尔代数的基 本公式、逻辑函数的化简和逻辑门的实现。
2．掌握计算机中常用的组合逻辑电路，尤其是 算术逻辑单元的组成、工作原理和先行进位的方 法。
A(A B) A B
• 反演律
________ __ __
A B A B
______ __ __
A B A B
•包含律
__
__
A B AC B C A B AC
__
__
( A B) ( A C) (B C) ( A B) ( A C)
•重叠律 A+A=A A*A=A
•互补律
Xn Yn
C2 Cn-1 Cn
2.3 逻辑门的实现
任何复杂的逻辑运算都可以通过基本逻辑操作“与”、“或”、 “非”来实现。实现这三种基本逻辑操作的电路是三种基本门电路： “与”门、“或”门、“非”门（反相门）。
(P18)
返回
__
__
__
Cn X nYn C n1 X n Y n Cn1 X n YnCn1 X nYnCn1 X nYn ( X n Yn )Cn1
特点：输入均取反， 输出也均为反码
X1 Y1
(2)串行多位加法器
X2 Y2
X3 Y3
X4 Y4
C0
Xn Yn Cn-1 Cn
C1
Xn Yn Cn-1 Cn
第二章 计算机的逻辑部件
2.1 布尔代数的基础知识 2.2 计算机中常用的组合逻辑电路 2.3 时序逻辑电路 2.4 阵列逻辑电路
学习目的
1．快速复习三种基本逻辑操作及布尔代数的基 本公式、逻辑函数的化简和逻辑门的实现。
2．掌握计算机中常用的组合逻辑电路，尤其是 算术逻辑单元的组成、工作原理和先行进位的方 法。
A(A B) A B
• 反演律
________ __ __
A B A B
______ __ __
A B A B
•包含律
__
__
A B AC B C A B AC
__
__
( A B) ( A C) (B C) ( A B) ( A C)
•重叠律 A+A=A A*A=A
•互补律
Xn Yn
C2 Cn-1 Cn
计算机组成原理(本全)ppt课件(2024)
I/O设备的分类
按数据传输方式可分为字符设备和块设备；按设备 共享属性可分为独占设备和共享设备。
I/O接口与I/O设备的连 接方式
包括并行接口和串行接口，其中并行接口传 输速度快，但传输距离短，而串行接口传输 速度慢，但传输距离长。
I/O控制方式与中断技术
I/O控制方式
包括程序查询方式、中断方式和DMA方式。程序查询方 式需要CPU不断查询I/O设备的状态，效率低下；中断方 式可以在I/O设备准备好数据后主动通知CPU，提高了 CPU的利用率；DMA方式则允许I/O设备与内存直接交 换数据，进一步提高了数据传输效率。
计算机的发展
计算机经历了从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成 电路等多个发展阶段，性能和体积不断得到优化和改进。目 前，计算机已广泛应用于各个领域，成为现代社会不可或缺 的工具。
计算机系统的组成
要点一
硬件系统
计算机硬件是计算机系统的物质基础，包括中央处理器、 内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等部分。其中 ，中央处理器是计算机的核心部件，负责解释和执行指令 ；内存储器用于暂时存储数据和程序；外存储器用于长期 保存数据和程序；输入设备用于将数据和信息输入到计算 机中；输出设备则将计算机处理结果以人们能够识别的形 式输出。
人们日常生活中最为熟悉的数制，每一位上的数码都是 0~9之间的数字。
十六进制表示法
在二进制基础上发展起来的一种数制，每一位上的数码由 0-9和A-F（对应十进制中的10-15）组成，常用于表示内 存地址和机器码等信息。
数的定点表示与浮点表示
定点表示法
小数点固定在某一位置的数制表示方 法，包括定点整数和定点小数，适用 于表示范围较小的数值。
总线技术
计算机组成原理课件讲解PPT
计算机系统包括计算机硬件、操作系统、应用软件等多个部分，维护整个系 统的性能非常重要。
控制器
负责从存储器中提取指令，对整 个计算机进行协调和控制。
寄存器
用于快速存储和访问计算机执行 过程中需要用到的数据。
流水线技术的应用
流水线技术是将一个大的任务分成若干个小任务，分别处理后再组合成整体任务的技术，可以大大提高计算机 运行速度。
计算机性能指标
CPU主频
衡量CPU运行速度的重要标准。
存储器的层次结构
高速缓存
位于CPU和主内存之间，是存储器层次结 构中速度最快也最小的一层。
主内存
是计算机中大小和访问速度相对均衡的存 储器，主要用于保存程序及数据。
辅助存储器
数据传输速度较慢的存储器，常用于长期存储，如硬盘和光盘。
中央处理器的组成与工作原理
运算器
负责进行各种算术和逻辑运算， 是中央处理器的核心部分。
输入输出设备的分类
人机交互设备
如鼠标、键盘、触摸屏等，用于交互式操 作和输入。 Nhomakorabea图形设备
如显示器、投影仪等，用于显示图像、视 频等数据。
字符设备
如打印机、扫描仪等，用于数据输入输出。
输入输出方式的实现
1
中断方式
2
当有输入输出任务需要处理时，CPU会
停止当前的操作，并进入服务程序处理
输入输出任务。
3
计算机硬件系统的构架
1
冯诺依曼体系结构
由冯诺依曼于1945年提出，是计算机硬件结构设计的基本原则。
2
哈佛体系结构
指将指令和数据储存在不同的内存中，使得数据和指令可以同时传输。
3
人工智能体系结构
指为了加速特定类型的人工智能计算而设计的硬件和软件。
控制器
负责从存储器中提取指令，对整 个计算机进行协调和控制。
寄存器
用于快速存储和访问计算机执行 过程中需要用到的数据。
流水线技术的应用
流水线技术是将一个大的任务分成若干个小任务，分别处理后再组合成整体任务的技术，可以大大提高计算机 运行速度。
计算机性能指标
CPU主频
衡量CPU运行速度的重要标准。
存储器的层次结构
高速缓存
位于CPU和主内存之间，是存储器层次结 构中速度最快也最小的一层。
主内存
是计算机中大小和访问速度相对均衡的存 储器，主要用于保存程序及数据。
辅助存储器
数据传输速度较慢的存储器，常用于长期存储，如硬盘和光盘。
中央处理器的组成与工作原理
运算器
负责进行各种算术和逻辑运算， 是中央处理器的核心部分。
输入输出设备的分类
人机交互设备
如鼠标、键盘、触摸屏等，用于交互式操 作和输入。 Nhomakorabea图形设备
如显示器、投影仪等，用于显示图像、视 频等数据。
字符设备
如打印机、扫描仪等，用于数据输入输出。
输入输出方式的实现
1
中断方式
2
当有输入输出任务需要处理时，CPU会
停止当前的操作，并进入服务程序处理
输入输出任务。
3
计算机硬件系统的构架
1
冯诺依曼体系结构
由冯诺依曼于1945年提出，是计算机硬件结构设计的基本原则。
2
哈佛体系结构
指将指令和数据储存在不同的内存中，使得数据和指令可以同时传输。
3
人工智能体系结构
指为了加速特定类型的人工智能计算而设计的硬件和软件。
计算机组成原理讲义第1章计算机的逻辑部件
1.3.2 寄存器和移位寄存器
⒈寄存器：如图1.32 常用正边沿触发D触发器和锁存器，在CP正沿作用 下，外部数据才能进入寄存器。 ⒉移位寄存器：如图1.33 有移位功能的寄存器称为移位寄存器，每来一个 CP，寄存器中的数向左或向右移一位。
1.3.3 计数器
* 计数器由移位寄存器构成。 ⒈按时钟作用方式划分： 同步计数器和异步计数器。 ⒉按计数进位划分： 二进制和十进制，如图1.39。
1.3.1 触发器（续）
⒊主-从触发方式触发器：
⑴主-从R-S触发器：如图1.30
由两个R-S型电位触发器级联而成，主触发器接收 输入数据，从触发器接收主触发器的输出，主、 从触发器的同步控制信号是互补的。
⑵主-从J-K触发器：如图1.31
若将主-从R-S触发器的Q和非Q分别与R和S相连， 再增设J和K输入端，就构成主-从J-K触发器。
1.2.1 加法器（续）
⒊n位加法器： n个全加器相连形成n位加法器； 见图1.15 串行加法器。 ⒋超前进位加法器： 采用“超前进位产生电路”同时形成各位进位； 见图1.16 4位超前进位加法器。
1.2.2 算术逻辑单元(ALU)
⒈定义： 进行多种算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路。 ⒉基本逻辑结构： 超前进位加法器。 ⒊举例： 美国SN74181型4位ALU中规模集成电路。
计算机组成原理讲义
第1章 计算机的逻辑部件
诀窍
详细内容请参阅王诚主编
“计算机组成原理”
本章主要教学内容
⒈三态电路：介绍三态电路的原理、参数及使用特 点。掌握总线上三态驱动器驱动三态接收器时输 入、输出电流的计算方法。 ⒉算术逻辑单元：掌握其分析和设计方法。 ⒊触发器：掌握其触发方式特点及其参数。 ⒋阵列逻辑部件：了解其原理及其使用特点。
曹红根《计算机组成原理》3.6运算器的组成课件
运算器的作用和意义
1 数据处理
运算器能够对输入的数据进行各种运算和处理，为计算机提供丰富的功能。
2 计算能力
运算器的高效运算能力决定了计算机的计算速度和性能。
3 逻辑判断
运算器可以执行各种逻辑运算，实现条件判断和逻辑控制。
运算器的分类
1 固定点运算器
用于处理固定位数的整数或小数。
3 向量处理器
用于高速计算向量和矩阵运算。
曹红根《计算机组成原理》 3.6运算器的组成课件
这是一份关于《计算机组成原理》中3.6运算器的组成课件。我们将深入探讨 运算器的作用、分类以及算术逻辑单元(ALU)的组成和功能等内容。
什么是运算器
运算器是计算机中负责执行各种算术和逻辑运算的关键组件。它将数据进行处理和计算，为计算机提供强大的 计算能力。
运算器的硬连线(组合逻辑电路)
运算器的硬连线是基于组合逻辑电路实现的，通过预先固定的逻辑电路实现 特定的运算功能。
2 浮点运算器
用于处理带有浮点数表示的大型运算。
算术逻辑单元(ALU)的组成和 功能
ALU是运算器的核心部分，负责执行算术和逻辑运算。它由加法器、控制器 和多功能逻辑门等模块组成。
数据通路和控制信号
数据通路
将数据从存储器传送给ALU，或者将ALU的运算结 果传送回存储器。
Байду номын сангаас
控制信号
控制ALU的运算步骤和操作。
算术逻辑单元运算流程
1
执行运算
2
按照指定的运算规则进行算术或逻辑运
算。
3
获取操作数
从存储器中获取待操作的数据。
存储结果
将运算结果存储到寄存器或存储器中。
存储器存储的数据如何送入ALU进行 运算
计算机的逻辑部件PPT课件
00000000 100000000 000000000
01010100 001010100 101010100
海明校验码：是只要增加几个校验位就能检测 出二位同时出错、也能检测出一位出错并能 自动恢复该出错位的正确值的有效手段。它 的实现原理是：在K个数据位之外加上R个校 验位，从而形成一个K+R位的新的码字，使 新的码字的码距比较均匀地拉大。（分析p59) 8
使用两个基本符号“0”和“1”，并且通过由 这两个符号组成的符号串来表示各种信息。 （P52） • 二进数据（P52） • 3、数制转换（P53-P56） • 十进制《=》R进制 (r=2、8、16）
6
第三讲 数据表示、运算和运算器部件（续）
4.二进制数的运算规则 （略见）
5检错纠错码：数据在计算机系统内加工、存取和传送 的过程中可能产生错误。
五、寄存器和移位寄存器（略讲）
寄存器由触发器和一些控制门组成
（P24-28）
3
第二讲 时序逻辑电路（序）
六、计数器 计数器按时钟作用方式来分，有同步计数器和异步计
数器 异步计数器（P21）:计数速度较低，而且位数愈多速
度愈低，由于各触发器不是在同一时间翻转的，因此 各触发器输出之间存在“偏移”，若对计数器输出进 行译码就会出现“毛刺”，但其结构简单 同步计数器（P21）：它中各触发器的时钟信号是由 同一脉冲来提供，因此，各触发器是同时翻转的，不 存在触发器时钟到输出的传输延迟的积累，它的工作 频率比异步计数器高，但其结构较复杂 计数器按计数进位来分：有二进制、十进制两大类 注：在计算机内较少使用异步计数器 简单分析P29-P31中的十进制同步计数器
第三讲 数据表示、运算和运算器部件（续）
6、常用的信息编码：
01010100 001010100 101010100
海明校验码：是只要增加几个校验位就能检测 出二位同时出错、也能检测出一位出错并能 自动恢复该出错位的正确值的有效手段。它 的实现原理是：在K个数据位之外加上R个校 验位，从而形成一个K+R位的新的码字，使 新的码字的码距比较均匀地拉大。（分析p59) 8
使用两个基本符号“0”和“1”，并且通过由 这两个符号组成的符号串来表示各种信息。 （P52） • 二进数据（P52） • 3、数制转换（P53-P56） • 十进制《=》R进制 (r=2、8、16）
6
第三讲 数据表示、运算和运算器部件（续）
4.二进制数的运算规则 （略见）
5检错纠错码：数据在计算机系统内加工、存取和传送 的过程中可能产生错误。
五、寄存器和移位寄存器（略讲）
寄存器由触发器和一些控制门组成
（P24-28）
3
第二讲 时序逻辑电路（序）
六、计数器 计数器按时钟作用方式来分，有同步计数器和异步计
数器 异步计数器（P21）:计数速度较低，而且位数愈多速
度愈低，由于各触发器不是在同一时间翻转的，因此 各触发器输出之间存在“偏移”，若对计数器输出进 行译码就会出现“毛刺”，但其结构简单 同步计数器（P21）：它中各触发器的时钟信号是由 同一脉冲来提供，因此，各触发器是同时翻转的，不 存在触发器时钟到输出的传输延迟的积累，它的工作 频率比异步计数器高，但其结构较复杂 计数器按计数进位来分：有二进制、十进制两大类 注：在计算机内较少使用异步计数器 简单分析P29-P31中的十进制同步计数器
第三讲 数据表示、运算和运算器部件（续）
6、常用的信息编码：
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§ 3· 1 计算机中常用的组合逻辑电路
组合逻辑电路： 逻辑电路的输出状态仅与当时的输入状态有关， 而与过去的输入状态无关。 一、加法器（half adder） 1、半加器：不考虑低位传来的进位输入，只有本位的两个数码Xn 和Yn相加，产生一个半加和Hn的逻辑电路。 （1）真值表 （3）逻辑电路
Xn
Xn 0 0 0 0 1 Yn 0 0 1 1 0 Cn-1 0 1 0 1 0 Fn 0 1 1 0 1 Cn 0 0 0 1 0
Xn
Yn
Cn-1
⊕
⊕
Fn
Fn
（4）逻辑符号
Cn
1
1 1
0
1 1
1
0 1
0
0 1
1
1 1
FA
Xn Yn Cn-1
（2）逻辑表达式
Yn· Cn-1+ Xn· Yn· Cn-1 + Xn· Yn· Cn-1 + Xn· Yn· Cn-1 Fn =Xn· = Xn⊕Yn ⊕ Cn-1 Cn =Xn· Yn· Cn-1+ Xn· Yn· Cn-1 + Xn· Yn· Cn-1 + Xn· Yn· Cn-1 =Xn· Yn+Xn· Cn-1+Yn· Cn-1 =Xn· Yn+（Xn+Yn）· Cn-1
并行进位加法器
每一位进位信号的生成均由操作数及最低进位信号C-1直接决定， 进位信号间不发生联系，这种进位电路称为并行进位链。 特点： 结构复杂，运算速度快。
*练习 1、写出四位并行加法以Pi、Gi和C-1为输入信号的Ci 逻辑表 达式， 并画出逻辑电路图。 *作业 1、写出四位并行加法以Pi、Gi和C-1为输入信号的Ci 逻辑表 达式，并画出逻辑电路图。 2、写出全加器的功能表、逻辑表达式，并画出由基本与、 或、非门组成的逻辑电路和逻辑符号。
知识回顾
1、叙述浮点加减法运算的步骤有哪些？ 2、叙述浮点乘除法运算的步骤有哪些？ 3、浮点四则运算时出现哪些情况时需要进行 规格化处理？ 4、浮点四则运算第几步为舍入操作？方法有 几种？
第3章 计算机的常用逻辑部件 和运算器
§ 3-1 计算机中常用的逻辑部件
§ 3-2 算术运算单元ALU
§ 3-3 运算器AM2901
0 0 1 1
Yn
0 1 0 1
Hn
0 1 1 0
Xn
+
Yn
Hn
Xn Yn
⊕
Hn
Hn HA Xn Yn
（2）逻辑表达式 Hn= Xn·Yn+ Xn· Yn =Xn ⊕ Yn
（4）逻辑符号
2、全加器：考虑进位输入时，两个数码Xn、Yn及进位数码Cn-1相 （full adder） 加产生一个全加和Fn和进位Cn的逻辑电路。 （1）真值表 （3）逻辑电路
Fn-1 Fn-2 F1 ..……. F0
Cn-1
FA
Yn-1
Cn-2
FA
Yn-2
C1
X1
FA
Y1
C
Xn-1
Xn-2
特点： 简单清晰，运算速度很慢。
练习：已知n=4写出串行进位加法器的各进位信号的表达式
（2）并行进位加法器
第i 位进位信号： Ci = Xi· Yi +（Xi+Yi）· Ci-1 进位生成信号： Gi= Xi· Yi 含义：当Xi、Yi均为1时，不管有无进位输入，定会产生向高 位的进位。 进位传播信号：Pi=Xi+Yi 含义：当Xi、Yi中有一个为1时，若有进位输入，则本位向高 位传送进位。 以Gi和Pi为输入的进位信号Ci = Gi + Pi· Ci-1
C0=P0+G0· C-1 C1=P1+G1· P0+G1· G0· C-1 练习：如下图所示，写出以Pi、Gi 和C-1为输入的Ci的逻辑表达式 C2=P2+G2· P1+G2· G1· P1 +G2· G1· G0· C-1 C3=P3+G3P2+G3· G2· P1+G3· G2· G1· P0+G3· G2· G1· G0· C-1
练习1：写出以Gi、Pi 和Ci-1为输入的C0、C1、C2、C3的输出逻 辑表达式 练习2：写出以Gi和Pi和C-1为输入的C0、C1、C2、C3的输出逻辑 表达式 C0 =G0+P0· C-1 C0 = G0 + P0 ·C-1 C1 =G1+P1· G0+P1· P0· C-1C1 = G1 + P1 ·C0 C2 =G2+P2· G1+P2· P1· G0C2 +P P1· P C-1·C1 = G2 +0· P2 2· C3 =G3+P3· G2+P3· P2· G1+P · P P1 · G P2· P1· P0· C-1 C33= G3 + P3 ·C2 2· 0+P 3·
二、N位加法器 完成两个二进制数A=Xn-1Xn-2……X1X0和B=Yn-1……Y1Y0 相加，求得和Fn=Fn-1Fn-2……F1F0的器件。 1、串行加法器 在串行加法器中，只有一个全加器，数据逐位串行送入加法器 进行运算。
0 1 C FA
A 0 1
0 1
B 0 1
0 1
计数器
CLK
A、B是两个具有移位功能的n 位寄存器，用来存放已知的被加 数和加数，FA是一个全加器，C用来保存进位信号的触发器，其初 始值为0。CLK为时钟，每一节拍完成的工作是，A、B最低位送FA， 与上次进位相加。本次运算的结果送A寄存器的最高位，进位送触发 器C，同时A、B右移一位。CLK的作用下，减1，当计数器为0时，加 法运算结束，在A寄存器中得到两数之和。
C3 + C2 + C1 + C0 +
G3 P3 + x3 y3
G2 P2 + x2 y2 x1
G1
0
P1 +
G0 P0 + x0 y0 c-1
y1
C3
C2
C1
C0
+
+
+
+
G3
2、并行加法器 并行加法器由多个全加器组成，其位数的多少取决于机器的字 长，数据的各位同时运算。并行加法可同时对数据的各位相加，由 进位链：进位信号的产生与传递逻辑 于多个全加器的进位输出是另一个全加器的进位输入，因而并行加 法器中进位信号的传递问题是影响全加器本身速度的主要因素。 （1）N位串行进位加法器 由Cn = Xn· Yn +（Xn+Yn）· Cn-1可知，第n位的进位Cn与第 n-1位有关，第i – 1位与i – 2位有关，……..最后一位C1与C0有关， （高一级进位是低一级进位的函数）逐次连接起来，这个链叫串 行进位链。采用串行进位链的加法器为串行进位加法器。