计算机原理课电子教学课件

计算机组成原理计算机组成原理第一单元 第一讲学习目的和方法计算机发展简史学习目的了解计算机的组成五大组成部件掌握计算机的运行原理计算机为什么能执行高级语言程序掌握现代计算机中的一些核心技术流水、Cache、并行培养设计计算机的技能提高编程能力成为计算机科学家、计算机专家主要教学内容计算机的层次结构运算器的功能、组成和基本运行原理控制器的功能、组成和运行原理存储器及层次存储器系统输入/输出设备和总线学习目标掌握单台计算机的完整硬件组成基本运行原理内部运行机制了解计算机系统的最新发展达到能独立设计一台完整计算机的水平。学习方法课堂讲授阅读参考资料思考完成实验习题和实验报告讨论和总结考试考评办法课堂讨论习题和作业实验和报告考试计算机里有什么？什么是计算机？构成计算机的基础理论大部分已经有50年了。目前，计算机的关键部件也没有大的改变CPUDataPathControllerMemoryI/O什么是计算机？功能部件CPUDataPathControllerMemoryI/OIntelPentium什么是计算机？Datapath:完成算术和逻辑运算，通常包括其中的寄存器。Control:CPU的组成部分，它根据程序指令来指挥datapath，memory以及I/O运行，共同完成程序功能。Memory:存放运行时程序及其所需要的数据的场所。Input:信息进入计算机的设备，如键盘、鼠标等。Output:将计算结构展示给用户的设备，如显示器、磁盘、打印机、喇叭等。ComputerMemoryInputOutputDatapathControl计算机组成ProcessorVonNeumannMachineDatapathMemoryI/OBus-BasedComputerAnatomyofaModernPCMultiprocessorsIBMASCIWhite:8Kprocessors,13Tflops计算机剖析计算机系统计算机结构计算机处理器逻辑设计电路（VLSI）设计设备制造计算机剖析（续）计算机系统计算机结构计算机处理器高级语言汇编语言机器语言计算机组成原理LevelsofRepresentationHighLevelLanguageProgram(e.g.,C)AssemblyLanguageProgram(e.g.,MIPS)MachineLanguageProgram(MIPS)ControlSignalSpecificationCompilerAssemblerMachineInterpretationtemp=v[k];v[k]=v[k+1];v[k+1]=temp;lw $to, 0($2)lw $t1, 4($2)sw $t1, 0($2)sw $t0, 4($2)00001001110001101010111101011000101011110101100000001001110001101100011010101111010110000000100101011000000010011100011010101111

°°计算机组成ASix-LevelComputerMultilevelMachineEvolutionofMultilevelMachinesBarehardwareMicroprogrammingOperatingsystemCompilersHardware/softwareinterfaceSimpleISACISCRISC第一单元第二讲计算机发展简史运算器功能及数据表示内容提要计算机发展简史运算器基本功能数据表示数值整数定点小数浮点数字符逻辑值ComputerGenerationsGen-0:Mechanicalcomputers(BCtoearly1940s)Gen-1:VacuumTubes(1943-1959)Gen-2:Transistors(1960-1968)JohnBardeen,WalterBrattain,andWilliamShockleyGen-3:IntegratedCircuits(1969-1977)JackKilby(1958)Gen-4:VLSI(1978-present)Gen-5:Optical? Quantum?

生物？

古代及近代计算技术公元前500年，中国出现算盘1642年，BlaisePascal发明自动进位的加法机器，齿轮驱动拨盘，在窗口显示结果1822年，CharlesBabbage，差分机（DifferentialEngie）1833年，分析机（AnalyticalEngine），通用机器16世纪，Alkhowarizmi提出算法概念，并出版以算法（Algorithm）为题的书籍Turing机1937年，AlanTuring提出一种“通用”计算机的概念，它可以执行任何一个描述好的程序（算法），实现需要的功能，形成了“可计算性”概念的基础。存储程序的思想，使计算机从专用走向通用。正是这一创新，开创了计算机的新时代。Turing机特点通用计算机：并不是保存所有问题的结果。存储程序计算机：问题的求解由程序或过程给出，程序和过程可以通过语言描述。有限速度：计算机执行程序的时间是有限的。是现代计算机的鼻祖。现代计算机的里程碑第一台通用电子计算机ENIACElectronicNumericalandIntegrateCalculator

MauchlyandEckert设计1946年2月14日第一台通用电子计算机，设计用于计算火炮的弹道重30吨，占地15000平方英尺，18000个电子管，耗电140KW运算速度：5000次加法/秒使用十进制数20个寄存器，每个存放10位的十进制数通过设置6000个开关和其它众多的插头和插座来编程VonNeumann机IAS现代计算机结构的鼻祖：五大功能部件将程序和数据统一表示：存储器有4096个字，每个字40位。采用二进制数据：简化了存储器只提供整数运算：任何有能力的数学家都能在头脑中记住小数点的位置。第一台小型计算机：PDP-11957年由DEC公司生产第二代计算机（晶体管）18位字长，4K内存，机器周期为5微秒售价120000美元。售出50台。开创了计算机产业！第一个系列计算机：IBM360第三代计算机计算机应用：科学计算和商务处理如何在不同的硬件平台上运行相同的软件？系列计算机：IBM360计算机系统结构：程序员眼中的计算机。具有相同系统结构的计算机可以运行相同的程序。微程序控制器应用的普及：IBMPC机RISC计算机精简指令系统计算机指令系统尽量简单，复杂指令通过简单指令的组合来完成提高计算机的运行速度下一代计算机？？？？？？？？运算器基本功能完成算术、逻辑运算+、—、

、

、、、。取得操作数寄存器组、立即数输出、存放运算结果寄存器组、数据总线暂存运算的中间结果Q寄存器、移位寄存器运算器基本功能获得运算结果的状态C、Z、V、S理解、响应控制信号DatapathMemoryI/OALU功能和设计功能对操作数A、B完成算术逻辑运算ADD、AND、OR设计算术运算加法器逻辑运算与门、或门323232operationresultabALUOne-BitLogicalInstructionsMapdirectlyontohardwarecomponentsANDinstructionOneofdatalinesshouldbeasimpleANDgateORinstructionAnotherdatalineshouldbeasimpleORgateABC01Op(control)DefinitionAorB1AandB0COpOne-BitFullAdderEachbitofadditionhasThreeinputbits:Ai,Bi,CarryIniTwooutputbits:Sumi,CarryOuti(CarryIni+1=CarryOuti)CarryIn...(0)

(1)

(0)

(0)

(0)...0 0101...0 0110...0 (0)1(1)0(0)1(0)1+InputsOutputsA:B:Sum:CarryOutFullAdder’sTruthTableSumASymbolBCarryInCarryOut+DefinitionABCarryInCarryOutSum0000000101010010111010001101101101011111CarryOut=(A’*B*CarryIn)+(A*B’*CarryIn)+(A*B*CarryIn’)+ (A*B*CarryIn)=(B*CarryIn)+(A*CarryIn)+(A*B)Sum=(A’*B’*CarryIn)+(A’*B*CarryIn’)+(A*B’*CarryIn’)+(A*B*CarryIn)FullAdderCircuit(1/2)ConstructthegatesforSumImplementthegatesforCarryOutConnectallinputswiththesamenameFullAdderCircuit(2/2)One-BitALULeastsignificantbitOtherbits数据编码与表示计算机中要存储的数据程序、整数、浮点数、字符（串）、逻辑值需要编码进行表示存储方式用数字电路的两个状态表示由上一层的抽象计算机来识别不同的内容编码原则少量简单的基本符号一定的规则表示大量复杂的信息基二码（二进制码）只使用两个基本符号：１

０符号个数最少，物理上容易实现与二值逻辑的真

假两个值对应简单用二进制码表示数值数据运算规则简单数据表示二进制位可以表示任何对象:字符26字母=>5位大/小写+其它符号=>7bits(in8)世界上其他语言=>16bits(unicode)无符号整数(0,1,…,2n-1)逻辑值0->False,1=>True颜色位置/地址/指令但

n位只能代表2n

个不同的对象逻辑型数据逻辑型数据只有两个值：真和假，正好可以用二进制码的两个符号分别表示，例如

1

表示真则

0

表示假不必使用另外的编码规则。对逻辑型数据可以执行逻辑的与或

非等基本逻辑运算。其规则如下：逻辑型数据基本运算规则

X

YX与YX或YX的非

0

0001

0

1011

1

0010

1

1110

字符型数据的表示

字符作为人—机联系的媒介，是最重要的数据类型之一，当前的西文字符集由128

个符号组成，通常用8位二进制编码,即用一个字节来表示每一个符号，当前通用的两个标准字符集是：ASCII码：即AmericanStandardCodefor

InformationInterchangeUNICODE:IS10646ASCII码字符集具体编码如下表所示：

ASCII字符编码集

b6b5b4000001010011100101110111b3b2b1b00000NULDLESP0@P,p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>N^n~1111SIUS/?O_o字符串的表示与存储字符串是指连续的一串字符，它们占据主存中连续的多个字节，每个字节存放一个字符，对一个主存字的多个字节，有按从低位到高位字节次序存放的，也有按从高位到低位字节次序存放的。表示字符串数据要给出串存放的主存起始地址和串的长度。例如：IFA>BTHENREAD(C)就可以有如下不同的存放方式：

IFAAFI>BTTB>假定每个字

HENNEH由4个字节

READDAER组成

(C))C(UNICODE编码使用16位表示一个字符，可以表示65536个字符将整个编码空间划分为块，每块为16的整数倍，按块进行分配。保留6400个码点供本地化使用。并无法覆盖所有字符。进位记数法与进制转换进位记数法N=i=mDi*irN代表一个数值r是这个数制的基(Radix)i表示这些符号排列的位号Di是位号为i的位上的一个符号ri是位号为i的位上的一个1代表的值irDi*是第i位的所代表的实际值

表示m+k+1位的值求累加和

-k十进制转二进制整数部分除2取余小数部分乘2取整211222521011010.625*210.25*200.5*210.0除尽为止

求得位数满足要求为止低高高低从二进制数求其十进制的值，逐位码权累加求和二到八或十六进制转换二到八从小数点向左右三位一分组（10011100.01)2=(234.2)8010

二到十六从小数点向左右四位一分组（10011100.01)2=(9C.4)16

0100

说明：整数部分不足位数对转换无影响，

小数部分不足位数要补零凑足，否则出错。二—十进制编码（BCD编码）用四位二进制表示一位十进制，16个编码状态选用其中的10个编码有多种方案，例如：8421码，余3码，循环码又可区分为：有权码：每位上的1代表确定的值无权码：无法确定每位上的

1

代表的值00000001100000000100010100000101112001001010011011030011011000100101401000111011001005010110001110101160110100110101010701111010100010018100010111100100091001110001001111有权码

无权码8421余3码循环码84-2-1如何判定码权00000101114+（-2）+（-1）201104+（-2）验证每个码的值301014+（-1）401004从一编码求码权510118+（-2）+（-1）61010-2结论71001-1证明此编码系统为有权码81000

8911118+4+（-2）+（-1）如何判定码权000112+1=0验证各码的值101001从一编码求码权201011301102401115100061001结论71010

证明此编码系统为无权码

8101191100数值数据在计算机内的格式定点小数:N=NNN……...Ns-1-n-2整数:N=NNN...NN01snn-1浮点数:N=M

EE...EE

MM...M

ssm-110-1-2-n符号位

阶码位

尾数数码位

总位数

短浮点数:

1

8

2332长浮点数:1

11

5264临时浮点数:1

15

64

80IEEE标准：阶码用移码，尾数用原码

基为2数值数据在计算机内的格式定点小数:N=NNN……...Ns-1-n-2整数:N=NNN...NN01snn-1浮点数:N=M

EE...EE

MM...M

ssm-110-1-2-n符号位

阶码位

尾数数码位

总位数

短浮点数:

1

8

2332长浮点数:1

11

5264临时浮点数:1

15

64

80IEEE标准：阶码用移码，尾数用原码

基为2数值数据在计算机内的格式定点小数:N=NNN……...Ns-1-n-2整数:N=NNN...NN01snn-1浮点数:N=M

EE...EE

MM...M

ssm-110-1-2-n符号位

阶码位

尾数数码位

总位数

短浮点数:

1

8

2332长浮点数:1

11

5264临时浮点数:1

15

64

80IEEE标准：阶码用移码，尾数用原码

基为2定点小数表示:NsN1N2…Nn

[X]=[X]=[X]=原X1-X-1<X

0反X(2-2)+X-n0

X<1-1<X

0补X2+XMod(2-2)0

X<1-1

X

0Mod20

X<1-n（纯小数）原码，反码，补码的定义定点小数表示:NsN1N2…Nn

原码定义：[X]

原

=实例：X1=0.10110-0.101100.0000[X]原

=0101101101100000010000

结论：原码为符号位加数的绝对值，0正1负

原码零有两个编码，+0和-0编码不同

原码难以用于加减运算，但乘除方便X1-X-1<X

0

0

X<1定点小数表示:NsN1N2…Nn

反码定义：[X]反

=实例：X1=0.10110-0.101100.0000[X]反=0101101010010000011111结论：反码为符号位跟数每一位的反，0正1负反码零有二个编码，分+0和-0

反码难以用于加减运算，有循环进位问题X(2-2-n)+X-1<X

0MOD(2-2-n)

0

X<1定点小数表示:NsN1N2…Nn

模2

补码定义：[X]补

=实例：X=0.10110-0.101100.0000[X]补=01011010101000000结论：补码最高一位是符号位，0正1负补码表示为2*符号位+数的真值补码零只有一个编码，故能表示-1

补码能很好地用于加减（乘除）运算X2+X-1

X

0MOD2

0

X<1整数的编码表示整数的原码

反码

补码表示与小数的三种表示基本相同，差别仅表现在小数点的位置，可以认为整数的小数点在最低数值位的右侧因此整数的模与整数位数有关，讲课中不大用整数讲原反补

码定义例如：整数八位码：

X=+01110[X]原=001110[X]补=001110X=-01110[X]原=101110[X]补=110010补码表示中的符号位扩展由[X]补求[X/2]补的方法

原符号位不变，且符号位与数值位均右移一位，例如，[X]补=10010则[X/2]补=110010不同位数的整数补码相加减时，位数少的补码数的符号位向左扩展，一直扩展到与另一数的符号位对齐。

01010101110000110101010111000011+1111111110011100+0000000000011100

01010101010111110101010111011111补码加减法的实现[X+Y]=[X]+[Y][X-Y]=[X]+[-Y][-Y]=对[Y]逐位取反,再在最低位加1溢出判断：正+正得负或负+负得正数字位有向符号位的进位，但符号位不产生向更高位的进位双符号位的值为01

或10補補補補補補補歩补补补补补补补补补码加减法运算实例X=0.1011y=-0.0101模

4补码[X]=001011,[Y]=111011 [-Y]=000101

001011001011+111011+0001011000110010000X+YX-Y(溢出)补补补小结计算机组成原理单台计算机完整的硬件系统的基本原理与内部运行机制计算机的层次结构理解计算机系统和结构的钥匙计算机的发展历史以史为鉴，可知兴替，可明得失。原反补码表示小结正数的原码，反码，补码表示均相同，符号位为0，数值位同数的真值。零的原码和反码均有2个编码，补码只一个码负数的原码，反码，补码表示均不同，符号位为1，数值位：原码为数的绝对值；反码为每一位均取反码；补码为反码再在最低位+1；由[X]补求[-X]补：每一位取反后再在最低位+1；

由[X]补求X的真值：X=-1+

Xi*2-ii=1n作业阅读：《结构化计算机组成》第1章思考：计算机发展历史经验和今后的方向。思考：计算机为什么采用二进制数据？计算题：教材：P130 习题2.12.2各任选两个数2.32.11思考：如何用加法器实现减法？乘法呢？78第一单元 运算器部件第四讲 运算器设计及举例79运算器基本功能完成算术、逻辑运算+、—、

、

、、、。取得操作数寄存器组、立即数输出、存放运算结果寄存器组、数据总线暂存运算的中间结果Q寄存器、移位寄存器80运算器基本功能获得运算结果的状态C、Z、V、S理解、响应控制信号81全加器电路Sum=(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)82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8332-位被乘数寄存器，32-位ALU,64-位部分积寄存器(0-位乘数寄存器)Product(Multiplier)Multiplicand32-bitALUWriteControl32bits64bitsShiftRight原码乘法的实现（三）8432-位除数寄存器，32-位ALU,64-位余数（被除数）寄存器除数32-bitALUWriteControl32bits64bits左移除法的实现余数85运算器实现ALU完成算术、逻辑运算。寄存器组存放数据和结果辅助寄存器完成中间结果的存放选通门等控制数据通行需要哪些控制信号？ALU86FX实现补码加减运算的逻辑电路FsFALU目的寄存器源寄存器选通门二选通门选通门F1XYFYXF0101F/YFsOVRZC累加器XX+YXX-YＦＸＦＹＸＦＦＸＦ／ＹＦ１ＸＦ加减需要的控制信号：功能选择87FX实现补码加减运算的逻辑电路FsALU目的寄存器源寄存器选通门选通门选通门F1XYFYXF0101F/YFsOVRZC必要完善：单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路送操作数到ALU处理接收门送指定累加器。支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即分别接收本位/低位/高位送来的信息送累加器与外部部件的入出联系88实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组选通门选通门选通门F1FsOVRZC

必要完善：单累加器变多累积器：89实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组选通门选通门选通门F1FsOVRZC必要完善：单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路送操作数到ALU处理接收门送指定累加器。增加的控制信号：操作数来源90实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组选通门选通门选通门F1FsOVRZC

必要完善：单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路送0还是送1到ALU处理接收门送每个累加器。支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即分别接收本位/低位/高位送来的信息送累加器增加的控制信号：结果处理91实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组选通门选通门选通门F1FsOVRZC

必要完善：单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路送0还是送1到ALU处理接收门送每个累加器。支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即分别接收本位/低位/高位送来的信息送累加器与外部部件的入出联系输出输入92实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组选通门选通门选通门F1FsOVRZC

必要完善：单累加器变多累积器：两个选通门均变为多路送0还是送1到ALU处理接收门送每个累加器。支持寄存器移位功能：接收门变为三选一，即分别接收本位/低位/高位送来的信息送累加器与外部部件的入出联系输出输入93实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组

乘商寄存器

选通门选通门选通门F1YFsOVRZC可选择的完善：支持硬件乘除运算指令需要增加一个Q寄存器该寄存器应能自行移位选通门送入输出94实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组

乘商寄存器选通门选通门选通门F1YFsOVRZC可选择的完善：支持硬件乘除运算指令需要增加一个Q寄存器该寄存器应能自行移位它应能接收与送出数据选通门送入输出95实现补码加减运算的逻辑电路ALU通用寄存器组

乘商寄存器选通门选通门选通门F1YFsOVRZC选择完善：支持硬件乘除运算指令需要增加一个Q寄存器该寄存器应能自行移位应能接收与送出数据。选通门送入输出96二选一ALU二选一三选一R0R1R三选一Q三选一nCyF=0000OVRF15Y15~Y0D15~D0Cin数据输出数据输入乘商通用寄存器定点运算器部件实例OEABAm2901状态输出A口地址B口地址RAM15RAM0Q15Q0RS控制信号I2I1I0I5I4I3I8I7I6选数据源选操作功能选结果安排97运算器的控制与操作ALU支持多种算数与逻辑运算功能需要提供运算功能选择信号寄存器组含多个累加器需要提供两组选择累加器编号的信号有多种不同方案组合数据送ALU的使用要求需要提供选择数据组合的信号运算器内寄存器有多种接收数据的不同方案需提供那个寄存器接收，按什么办法接收的控制信号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另外线路提供98入出信号及引脚Y15~Y0D15~D0RAM15Q15RAM0Q0CPOECinCyF=0OverF15运算器部件A3~A0B3~B0I8~I6I5~I3I2~I099入出信号及引脚Y15~Y0（指示灯显示）D15~D0（开关拨数）RAM15Q15RAM0Q0CPOE(已接地)CinCyF=0OverF15运算器部件4片2901，1片2902A3~A0B3~B0I8~I6I5~I3I2~I0一片GAL一片GAL2个12位的微型开关SCiSSTSSH100Am2901的控制信号编码I8I7I6I5I4I3I2I1I0000QFFR+SAQ001FS-RAB010BFAR-S0Q011BFFR

S0B100BF/2QQ/2F R

S0A101BF/2FR

SDA110B2FQ2QFR

SDQ111B2FFR

SD0BQYRS运算器用的GAL20V8的控制信号GAL1：状态寄存器GAL3：进位入、移位入SSTCZVSSCi运算Cn运算Cn000CZVS00加0减1001CyZROVF1501加1减0010内部总线的一位10加C减/C0111ZVS11方波方波1000ZVSSSH左移位右移位101RAM0ZVS000X0X110RAM15ZVS01CXCX111Q0ZVS10Q15/F15Cy

RAM0

RAM0Q0RAM15Q15102控制器提供的控制信号

B55~B48

下地址

B47~B40B39~B32

备用CI3~CI0SCCSC备SST

B31~B24B23~B16

MIOI8~I6REQI5~I3WEI2~I0A口

B15~B8B7~B0B口SCiSSHSADC1SBDC2103教学计算机的运算器概述教学计算机的运算器的组成与设计字长16(8)位，用4(2)片4位的位片结构的Am2901组成1.要详细介绍Am2901芯片的内部组成和实现的功能2.怎样连接4(2)片Am2901成为16(8)位的运算器3.怎样解决运算器实用中的几个问题：(1)如何给出Am2901最低位的进位输入信号(2)如何处理运算结果的标志位(3)如何处理移位指令、置‘1’C和清‘0’C触发器的指令(4)如何支持硬件乘法、除法指令 重点是前2项内容和第3项中的(1)(2)教学计算机运算器的控制和使用（包括教学实验）104二选一B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器乘商寄存器QCn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出YF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址4位的Am2901内部组成与功能组成算逻运算部件16个累加器乘商寄存器Q5组多路选择门功能

8种运算功能8种数据组合8种结果处理105ALUSRCnFF3F=0000OVRCn+4Am2901芯片是一个4位的位片结构的运算器器件,内部组成讲解如下

第一个组成部分是算逻运算部件ALU，完成3种算术运算和5种逻辑运算，共8种运算功能其输出为F，两路输入为S、R，最低位进位Cn，4个状态输出信号,如图所示符号位结果为零结果溢出进位输出R+SS

RR

SR∨SR

SR

SR

SR

S8种运算功能0000010100111001011101113位功能选择码106B16个A通用寄存器ALUSRB锁存器A锁存器CnFF3F=0000OVRCn+4A口地址B口地址第二个组成部分是通用寄存器组由16个寄存器构成，并通过B口与A口地址选择被读的寄存器，B口地址还用于指定写入寄存器通过B口地址、A口地址读出的数据将送到B、A锁存器，要写入寄存器的数据由一个多路选择器送来。（写入）107B16个A通用寄存器ALUSRB锁存器A锁存器Q寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4A口地址B口地址第三个组成部分是乘商寄存器Q它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出结果。108该芯片的第四个组成部分是5组多路选通门,包括B16个A通用寄存器三选一二选一ALUSRB锁存器A锁存器Q寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的R、S输入端的数据来源，包括：Q寄存器、

A口、B口数据、外部输入D数据共8种不同组合。109B16个A通用寄存器三选一二选一ALUSRB锁存器A锁存器Q寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址8种数据组合(R,S)AQAB0Q0B0ADADQD03位数据选择码000001010011100101110111一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的R、S输入端的数据来源，包括：Q寄存器、

A口、B口数据、外部输入D数据共8种不同组合。110B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器Q寄存器CnQ3Q0RAM0RAM3FF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址一组三选一门完成把ALU的输出、或左移一位、或右移一位的值送往通用寄存器组，最高、最低位移位信号有双向入/出问题一组三选一门完成Q寄存器的左移一位、或右移一位、或接收ALU输出值的功能，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。111二选一B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器Q寄存器Cn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出YF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址一组二选一门，选择把ALU结果或A口数据送出芯片，给出输出Y的数据，Y输出的有无还受使能信号控制，仅当/OE为低才有Y输出，/OE为高Y输出为高阻态1128种结果处理3位控制码通用寄存器Q寄存器Y输出

000QFF001F010BFA011BFF100BF/2QF/2F101BF/2F110B2FQ2FF111B2FF113B16个A通用寄存器B锁存器A锁存器A口地址B口地址二选一三选一二选一三选一三选一Q3Q0RAM0RAM3ALUSRCnFF3F=0000OVRCn+4运算器，三大件运算暂存乘除快多路选通连起来数据组合选择

I2I1I0运算功能选择

I5I4I3运算结果处理

I8I7I6运算暂存乘除快数据组合有内外运算功能指明白存移输出巧安排多路选通连起来存移输出巧安排存移输出巧安排存移输出巧安排Q寄存器输入D/OE输出Y114二选一B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器乘商寄存器QCn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出YF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址Am2901内部组成组成算逻运算部件16个累加器乘商寄存器Q5组多路选择门功能8种运算功能8种数据组合8种结果处理I5~I3I2~I0I8~I6115运算器的时钟脉冲信号运算器的时钟脉冲信号CP教学计算机的主频:1.8432MHz/3A、B口锁存通用寄存器接受Q接受周期和低电平的作用

注意两个跳变沿116Am2901的操作使用操作功能控制信号B口A口I8I7I6I5I4I3I2I1I0CnR0R0+R1R2

R2

R0Q

R0

右移R0R0+R1R0

R0

R1YA口YF00000110001000001000100000010001001100001010001000001000000000001000/0000000001000011000010R0

R0

R1YF000001100011000010117作业阅读：教材第2章思考：运算器是如何完成算术运算的？思考：运算器设计中应考虑哪些主要问题？书面作业：教材P131第11、13、14、15题。118第一单元 运算器部件第五讲 教学计算机运算器设计119运算器基本功能完成算术、逻辑运算+、—、

、

、、、。取得操作数寄存器组、立即数输出、存放运算结果寄存器组、数据总线暂存运算的中间结果Q寄存器、移位寄存器120运算器基本功能获得运算结果的状态C、Z、V、S理解、响应控制信号121内容提要TEC-2000运算器指标运算器设计芯片连接方式超前进位最低位进位标志位设计移位指令122B16个A通用寄存器B锁存器A锁存器A口地址B口地址二选一三选一二选一三选一三选一Q3Q0RAM0RAM3ALUSRCnFF3F=0000OVRCn+4运算器，三大件运算暂存乘除快多路选通连起来数据组合选择

I2I1I0运算功能选择

I5I4I3运算结果处理

I8I7I6运算暂存乘除快数据组合有内外运算功能指明白存移输出巧安排多路选通连起来存移输出巧安排存移输出巧安排存移输出巧安排Q寄存器输入D/OE输出Y123二选一B16个A通用寄存器三选一二选一三选一三选一ALUSRB锁存器A锁存器乘商寄存器QCn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出YF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址Am2901内部组成组成算逻运算部件16个累加器乘商寄存器Q5组多路选择门功能8种运算功能8种数据组合8种结果处理I5~I3I2~I0I8~I6124Am2901的控制信号编码I8I7I6I5I4I3I2I1I0000QFFR+SAQ001FS-RAB010BFAR-S0Q011BFFR

S0B100BF/2QQ/2F R

S0A101BF/2FR

SDA110B2FQ2QFR

SDQ111B2FFR

SD0BQYRS125TEC-2000运算器指标字长16位（8位），由4（2）片Am2901组成支持16位（8位）的算术、逻辑运算主频：1.8432MHz/3126Am2901Y11~8Y3~0D11~8D7~4D3~0CinRAM0Q0Y7~4高位Am2901Y15~12D15~12OVERF=0F15CyCPRAM15Q15A口B口I8~6I5~3I2~04片Am2901之间的连接Am2901Am2901VccR127片间高速进位用Am2902高位Am2901Am2901Am2901低位Am2901Am2902Cn+zCn+yCn+x/G/P+5VY15~12Y11~8Y7~4Y3~0D15~12D11~8D7~4D3~0OVERF=0F15CyCinCPRAM15Q15RAM0Q0A口B口I8~6I5~3I2~012816(8)位机运算器入出信号及引脚Y15（7）~Y0D15（7）~D0RAM15（7）Q15（7）RAM0Q0CPOECinCyF=0OverF15（7）运算器部件A3~A0B3~B0I8~I6I5~I3I2~I0129ALU可完成的功能ADDR0,R1;SUBR0,R1?INCR0?MOVR1,1;ADDR0,R1DECR0?ADCR0?SBBR0,R1R0+/R1+1(C)R0+0+1(C)R0+/0+0(C)R0+R1+0(C)R0+0+CR0+/R1+C130TEC—2000ALU最低位进位信号最低位进位Cin

控制码SCI应用场合举例

000ADDDEC

101SUBINCC10

ADCSBB

方波11量测波形和转移地址计算

（16位机和8位机都