计算机组成原理王诚刘卫东PPT学习教案

1、会计学1计算机组成原理王诚刘卫东计算机组成原理王诚刘卫东2第1页/共40页3第2页/共40页4Sum = (A*B*CarryIn) + (A*B*CarryIn) + (A*B*CarryIn) + (A*B*CarryIn)CarryOut = (A*B*CarryIn) + (A*B*CarryIn) + (A*B*CarryIn) +(A*B*CarryIn) = (B*CarryIn) + (A*CarryIn) + (A*B)第3页/共40页5补码减法根据算术运算规则：a-b=a+(-b)-b的补码为：将b的各位求反，并加1。我们可以用加法器实现减法。加法器第4页/共40页6Pro

2、duct (Multiplier)Multiplicand32-bit ALUWriteControl32 bits64 bitsShift Right原码乘法的实现 （三）第5页/共40页7除数除数32-bit ALUWriteControl32 bits64 bits左移左移除法的实现余数余数第6页/共40页8ALU第7页/共40页9F XFs F ALU 目的目的 寄存器寄存器源源 寄存器寄存器 选通门选通门二选通门二选通门选通门选通门F 1XYF YX F010 1F /YFsOVRZC累加器累加器X X+YX X-Y加加减减需要的控制信号：功能选择第8页/共40页10F XFs AL

3、U 目的目的 寄存器寄存器源源 寄存器寄存器 选通门选通门选通门选通门选通门选通门F 1XYF YX F010 1F /YFsOVRZC必要完善必要完善： 单累加器变多累积器单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路两个选通门均变为多路送操作数到送操作数到ALU处理处理接收门送指定累加器。接收门送指定累加器。支持寄存器移位功能支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即接收门变为三选一，即分别接收本位分别接收本位/低位低位/高高位送来的信息送累加器位送来的信息送累加器与外部部件的入出联系与外部部件的入出联系第9页/共40页11ALU 通用寄存器组通用寄存器组选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通

4、 门门F 1FsOVRZC 必要完善必要完善： 单累加器变多累积器单累加器变多累积器：第10页/共40页12ALU 通用寄存器组通用寄存器组选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通 门门F 1FsOVRZC必要完善必要完善： 单累加器变多累积器：单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路两个选通门均变为多路送操作数到送操作数到ALU处理处理接收门送指定累加器。接收门送指定累加器。增加的控制信号：操作数来源第11页/共40页13ALU 通用寄存器组通用寄存器组选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通 门门F 1FsOVRZC 必要完善必要完善： 单累加器变多累积器：单累加器变多累积器：两个选通

5、门均变为多路两个选通门均变为多路送送0还是送还是送1到到ALU处理处理接收门送每个累加器。接收门送每个累加器。支持寄存器移位功能支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即接收门变为三选一，即分别接收本位分别接收本位/低位低位/高高位送来的信息送累加器位送来的信息送累加器增加的控制信号：结果处理第12页/共40页14ALU 通用寄存器组通用寄存器组选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通 门门F 1FsOVRZC 必要完善必要完善： 单累加器变多累积器：单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路两个选通门均变为多路送送0还是送还是送1到到ALU处理处理接收门送每个累加器。接收门送每个累加器。支持寄

6、存器移位功能：支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即接收门变为三选一，即分别接收本位分别接收本位/低位低位/高高位送来的信息送累加器位送来的信息送累加器与外部部件的入出联系与外部部件的入出联系输出输出输入输入第13页/共40页15ALU 通用寄存器组通用寄存器组选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通 门门F 1FsOVRZC 必要完善必要完善： 单累加器变多累积器单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路两个选通门均变为多路送送0还是送还是送1到到ALU处理处理接收门送每个累加器。接收门送每个累加器。支持寄存器移位功能支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即接收门变为三选一，即分别接收本位

7、分别接收本位/低位低位/高高位送来的信息送累加器位送来的信息送累加器与外部部件的入出联系与外部部件的入出联系输出输出输入输入第14页/共40页16ALU 通用寄存器组通用寄存器组 乘商寄存器乘商寄存器 选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通 门门F 1YFsOVRZC可选择的完善可选择的完善： 支持硬件乘除运算指令支持硬件乘除运算指令需要增加一个需要增加一个Q寄存器寄存器该寄存器应能自行移位该寄存器应能自行移位选选 通通 门门送入送入输出输出第15页/共40页17ALU 通用寄存器组通用寄存器组 乘商寄存器乘商寄存器 选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通 门门F 1YFsOVRZC可

8、选择的完善可选择的完善： 支持硬件乘除运算指令支持硬件乘除运算指令需要增加一个需要增加一个Q寄存器寄存器该寄存器应能自行移位该寄存器应能自行移位它应能接收与送出数据它应能接收与送出数据选选 通通 门门送入送入输出输出第16页/共40页18ALU 通用寄存器组通用寄存器组 乘商寄存器乘商寄存器 选选 通通 门门选选 通通 门门选选 通通 门门F 1YFsOVRZC选择完善选择完善： 支持硬件乘除运算指令支持硬件乘除运算指令需要增加一个需要增加一个Q寄存器寄存器该寄存器应能自行移位该寄存器应能自行移位应能接收与送出数据。应能接收与送出数据。选选 通通 门门送入送入输出输出第17页/共40页19二选

9、一二选一ALU二选一二选一三选一三选一R0R1R三选三选一一Q三选一三选一nCyF=0000OVRF15Y15Y0D15D0Cin数据输出数据输出数据输入数据输入乘乘商商通用寄存器通用寄存器定点运算器部件实例定点运算器部件实例OEABAm2901状态输出状态输出A口口地地址址B口口地址地址RAM15RAM0Q15Q0RS控制信号控制信号I2 I1 I0I5 I4 I3I8 I7 I6选数据源选数据源选操作功能选操作功能选结果安排选结果安排第18页/共40页20收的控制信号收的控制信号累加器与乘商寄存器的移位关系累加器与乘商寄存器的移位关系寄存器最高位与最低位的移入信号需用寄存器最高位与最低位的

10、移入信号需用另外线路提供另外线路提供第19页/共40页21Y15Y0D15D0RAM15Q15RAM0Q0CPOECinCyF=0OverF15运运 算算 器器 部部 件件A3A0B3B0I8I6 I5I3 I2I0第20页/共40页22Y15Y0（指示灯显示）（指示灯显示）D15D0（开关拨数（开关拨数）RAM15Q15RAM0Q0CPOE(已接地已接地)CinCyF=0OverF15运运 算算 器器 部部 件件4片片2901，1片片2902A3A0B3B0I8I6 I5I3 I2I0一片一片GAL一片一片GAL2个个12位的微型开关位的微型开关SCiSSTSSH第21页/共40页23100

11、 B F/2 Q Q/2 F R S 0 A101 B F/2 F R S D A110 B 2F Q 2Q F R S D Q111 B 2F F R S D 0B Q YR S第22页/共40页第23页/共40页25B15 B8 B7 B0 B口口 SCi SSH SA DC1 SB DC2第24页/共40页260 C 触发器的指令触发器的指令(4) 如何支持硬件乘法、除法指令如何支持硬件乘法、除法指令重点是前重点是前 2 项内容和第项内容和第 3 项中的项中的(1) (2)教学计算机运算器的控制和使用教学计算机运算器的控制和使用（包括教学实验）（包括教学实验）第25页/共40页27二选一

12、二选一 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器三选一三选一二选一二选一三选一三选一三选一三选一 A L U S RB锁存器锁存器A锁存器锁存器乘商寄存器乘商寄存器QCn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出输出YF3F=0000OVRCn+4输入输入DA口地址口地址B口地址口地址4 位的位的 Am2901内部组成与功能内部组成与功能组成组成算逻运算算逻运算 部件部件1 6 个个 累加器累加器乘商寄存器乘商寄存器 Q5组多路选择门组多路选择门功能功能 8 种种 运算功能运算功能8 种种 数据组合数据组合8 种种 结果处理结果处理第26页/共40页28 A L U S RCnFF3F=0000OVR

13、Cn+4 Am2901芯片是一个芯片是一个 4 位的位片结构的运算器器件位的位片结构的运算器器件,内部组成讲解如下内部组成讲解如下 第一个组成部分是第一个组成部分是算逻运算部件算逻运算部件ALU，完成，完成 3 种算术运算种算术运算 和和 5 种逻辑运算种逻辑运算 ，共，共 8 种运算功能种运算功能其输出为其输出为 F， 两路输入为两路输入为 S、R，最低位进位，最低位进位Cn， 4 个状态输出信号个状态输出信号,如图所示如图所示符号位符号位结果为零结果为零结果溢出结果溢出进位输出进位输出R+SS RR SRSRSRSR SR S8种运算功能种运算功能000001010011100101110

14、1113位功能选择码位功能选择码第27页/共40页29 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器 A L U S RB锁存器锁存器A锁存器锁存器CnFF3F=0000OVRCn+4A口地址口地址B口地址口地址第二个组成部分第二个组成部分是通用寄存器组是通用寄存器组由由16个寄存器构个寄存器构成，并通过成，并通过B口口与与A口地址选择口地址选择被读的寄存器，被读的寄存器，B口地址还用于口地址还用于指定写入寄存器指定写入寄存器通过通过B口地址、口地址、A口地址读出的口地址读出的数据将送到数据将送到B、A锁存器，要写锁存器，要写入寄存器的数据入寄存器的数据由一个多路选择由一个多路选择器送来。器送来。（

15、写入）（写入）第28页/共40页30 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器 A L U S RB锁存器锁存器A锁存器锁存器Q寄存器寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4A口地址口地址B口地址口地址第三个组成部分第三个组成部分是乘商寄存器是乘商寄存器Q它能对自己的内它能对自己的内容完成左右移位容完成左右移位功能，其输出可功能，其输出可以送往以送往ALU，并，并可接收可接收ALU的输的输出结果。出结果。第29页/共40页31该芯片的第四个该芯片的第四个组成部分是组成部分是 5 组组多路选通门多路选通门,包括包括 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器三选一三选一二选一二选一 A L U S

16、RB锁存器锁存器A锁存器锁存器Q寄存器寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4输入输入DA口地址口地址B口地址口地址一组三选一门和一组三选一门和另一组二选一门另一组二选一门用来选择送向用来选择送向ALU的的 R、S输入输入端的数据来源，端的数据来源，包括：包括：Q寄存器、寄存器、 A口、口、 B口数据、口数据、 外部输入外部输入D数据数据共共 8 种不同组合。种不同组合。第30页/共40页32 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器三选一三选一二选一二选一 A L U S RB锁存器锁存器A锁存器锁存器Q寄存器寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4输入输入DA口地址口地址B口地址口地址8

17、种数据组合种数据组合(R,S) AQ AB 0Q 0B 0A DA DQ D0 3位数据选择码位数据选择码000 001 010 011 100 101 110 111一组三选一门和一组三选一门和另一组二选一门另一组二选一门用来选择送向用来选择送向ALU的的 R、S输入输入端的数据来源，端的数据来源，包括：包括：Q寄存器、寄存器、 A口、口、 B口数据、口数据、 外部输入外部输入D数据数据共共 8 种不同组合。种不同组合。第31页/共40页33 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器三选一三选一二选一二选一三选一三选一三选一三选一 A L U S RB锁存器锁存器A锁存器锁存器Q寄存器寄存器C

18、nQ3Q0RAM0RAM3FF3F=0000OVRCn+4输入输入DA口地址口地址B口地址口地址一组三选一门一组三选一门完成把完成把ALU的的输出、或左移输出、或左移一位、或右移一位、或右移一位的值送往一位的值送往通用寄存器组通用寄存器组，最高、最低，最高、最低位移位信号有位移位信号有双向入双向入/出问题出问题一组三选一门一组三选一门完成完成Q寄存器寄存器的左移一位、的左移一位、或右移一位、或右移一位、或接收或接收ALU输输出值的功能，出值的功能，最高、最低位最高、最低位移位信号有双移位信号有双向入向入/出问题。出问题。第32页/共40页34二选一二选一 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器

19、三选一三选一二选一二选一三选一三选一三选一三选一 A L U S RB锁存器锁存器A锁存器锁存器Q寄存器寄存器Cn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出输出YF3F=0000OVRCn+4输入输入DA口地址口地址B口地址口地址一组二选一门，一组二选一门，选择把选择把ALU结果或结果或A口数据口数据 送出送出芯片，给出输出芯片，给出输出Y的数据，的数据，Y输出的有无还受使能输出的有无还受使能 信号控制，仅当信号控制，仅当 /OE为低才有为低才有 Y输出输出 ，/OE为高为高 Y输出为输出为 高阻态高阻态第33页/共40页35 100 BF/2 QF/2 F 101 BF/2 F 110 B2F Q

20、2F F 111 B2F F第34页/共40页36 B 16个个 A 通用寄存器通用寄存器B锁存器锁存器A锁存器锁存器A口地址口地址B口地址口地址二选一二选一三选一三选一二选一二选一三选一三选一三选一三选一Q3Q0RAM0RAM3 A L U S RCnFF3F=0000OVRCn+4运算器，三大件运算器，三大件运算暂存乘除快运算暂存乘除快多路选通连起来多路选通连起来数据组合选择数据组合选择 I2 I1 I0运算功能选择运算功能选择 I5 I4 I3运算结果处理运算结果处理 I8 I7 I6运算运算暂存暂存乘除快乘除快数据组合有内外数据组合有内外运算功能指明白运算功能指明白存移输出巧安排存移输出巧安排多路选通连起来多路选通连起来存存移输