计组-06-算数逻辑单元ALU

计算机组成原理-06-算数逻辑单元ALU

前言

• 回顾 ALU (Arithmetic and Logic Unit)

  • 功能
    • 算数运算：加减乘除
    • 逻辑运算：与或非 异或
    • 辅助功能：移位 求补
  • 逻辑结构如下所示
  

• 本节概览

1. 逻辑运算 电路表示

• 门电路的本质：高低电平

• 门电路的运算优先级：离散数学
  • 与运算 > 或运算

• 门电路的复合逻辑运算
  • 与或
  • 或非
  • 异或

• 异或门的具体实现

• 同或： 对异或的结果进行取反

2. 门电路求 奇偶校验位

• 偶校验位

3. 加法器原理

3.1 一位全加器

• 一位全加器
  • 加数A
  • 加数B
  • 低位传来的进位

复杂电路图如下所示：

简略电路图如下所示：

3.2 串行加法器

• 本质在一位加法器上保存了进位位
  • 如果操作数长n位，加法分n次进行，每次产生一位和，并且串行的送回寄存器中

3.3 并行加法器

3.3.1 串行进位

• 电路图所下所示：

• 缺点 ： 低位运算产生所需要的时间影响最高位运算产生的时间

3.3.2 并行进位

• 优化思路：递归展开到C0(第一个进位)

方式一：单级先行进位方式：组内并行，组间串行

• 4位进位电路的CLA加法器

方式二 ： 多级先行进位方式

• 组内并行，组件并行

3.3.3 ALU优化

• 16位的组内并行，组间串行

• 16位的组内并行，组间并行

• 小结

串行加法器 -> 串行进位的并行加法器 -> 组内并行，组间串行 ->组内并行，组间并行

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