2021年计算机组成原理与汇编语言.ppt

第 三 章 CPU原理
掌握：
CPU基本组成模型（寄存器组成、数据通路结构），同步控制方式与常见时序信号，微命令（脉冲、电位），熟练掌握指令流程（能拟出给定指令的流程）；
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理解：
进位链，ALU组成，补码加减，移位，浮点加减，无符号数一位乘、除，组合逻辑控制器（产生微命令方法、优缺点），微程序控制器（基本思想、优缺点）；
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了解：
十进制运算，浮点乘、除法，微指令格式、编码方法、顺序控制方法。
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§3-1 运算器
运算器 包含： ALU、用于运算的寄 存器；
控制器 包含：微操作信号发生器、时 序系统、用于运控制 的寄存器。
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运算器（ALU）
寄存器
控制器
CPU
系 统 总 线
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CPU的功能
数据加工（运算器）
对数据进行算术和逻辑运算处理；
指令控制（控制器）
指令的执行次序，严格按顺序；
操作控制（控制器）
由指令产生操作控制信号/微命令；
时间控制（控制器）
对各种操作实施时间上的控制/时序；
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算术逻辑运算部件ALU
ALU的主要作用完成二进制代码的定点算术运算和逻辑运算。ALU 的核心是加法器。
加法器
全加器 Ai Bi Ci ∑i, C i +1
可以用两个半加器构成的全加器;
∑I= Ai Bi Ci
Ci+1= AiBi+(Ai Bi) Ci
+
+
+
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并行加法器的进位
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
则：Ci+1= AiBi+(Ai Bi) Ci
令： Gi= AiBi
Pi= Ai Bi
于是： Ci+1= Gi+ Pi Ci
+
+
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串行进位：使用进位线将n个全加器串接起来，进位延迟时间较长。节省器件，成本低。
Ai+1 Bi+1 Ai Bi
Ci+1 Ci
Ci-1
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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）
（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。
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