| 词条 | ＡＬＵ |
| 释义 | § 关键词 ＡＬＵ § 概念表示 ALU的全称是Arithmetic Logic Unit，是处理器中的一个功能模块，用来执行诸如加减乘除以及寄存器中的值之间的逻辑运算，通常在一般的处理器上被设成一个周期运行一次上升沿，这主要是由附属于ALU的输入输出寄存器以及在ALU输入处插入旁路乘法器来决定的。 Pentinum 4的ALU令人十分吃惊，Intel竟然使用0.18微米铝连接技术制造出了延迟时间少于0.35ns的Rapid Execution Engine(快速执行引擎)，其中包括了载入/存储地址生成器，可以在上下沿同时进行时序运算，使用了这种ALU,从理论上来讲处理器的计算可以增加到两倍。从而使运算速度大大加快。 http://www.sztvu.com/kfjy/jx/zk/jsjsz/jsjzcyl/chapter3.htm 第三章 CPU原理 § *CPU的基本组成： CPU的三个主要组成部分如图，在本章的学习中我们将要建立起CPU一级的整机概念，即CPU的逻辑组成、CPU的工作原理。 3.1 算术逻辑运算部件ALU *算术逻辑运算部件ALU主要完成二进制代码的定点算术和逻辑运算，有时也叫多功能函数发生器； *算术运算主要包括定点加、减运算； *逻辑运算主要包括逻辑与、或、非、异或； *ALU的核心加法器。 3.1.1 加法单元 *半加器： 输入：A操作数的第i位Ai,B操作数的第i位Bi； 输出：和∑的第i位∑i 逻辑表达式： *全加器： 输入：A操作数的第i位Ai,B操作数的第i位Bi，以及低位送来的进位Ci； 输出：和∑的第i位∑i,向高位的进位Ci+1 逻辑表达式： 3.1.2 并行加法器与进位链结构 *用n位全加器实现两个n位操作数各位同时相加，这种加法器称为并行加法器。 *并行加法器中传递进位信号的逻辑线路称为进位链。 1. 基本进位公式 设两个n位操作数为： A=An-1An-2...Ai...A0 B=Bn-1Bn-2...Bi...B0 进位信号表达式： 定义辅助函数： 其中，Gi称为进位产生函数，其含义：若该位两个输入端Ai，Bi均为1，必向高位产生进位，此分量与低位进位无关；Pi称为进位传递函数，其含义：当Pi=1，如果低位有进位，本位必产生进位，也即低位传来的进位能工越过本位而向更高位传递。因此有： Ci+1=Gi+PiCi 2. 并行加法器的串行进位 *所谓串行进位又叫行波进位，其中的进位是逐级形成的，每一级进位直接依赖前一级进位。 将i=0,1,...,n-1分别代入上式，可得： *优点：节省器件，成本低 *缺点：延迟时间长 3.并行进位（先行进位，同时进位） *各级进位同时形成 *根据上式得到的逻辑图： *常用的分组进位结构： （1）组内并行，组间串行； （2）组内并行，组间并行。 3.1.3 ALU举例 1. SN74181外特性 2. SN74181内部结构 3. SN74181功能表 4. 用SN74181构成多位的ALU *由于SN7418I是4位片结构，因此很容易将其连接成各种位数的ALU。每片74181可作为一个4位的小组，组间可以采用串行进位也可采用并行进位。采用组间并行进位时，要使用一片SN74182并行进位组件。图3－6提供了一个16位组间并行进位的ALU连接实例。 3.2 运算方法 *数值运算的核心是加、减、乘、除四则运算。由于计算机中的数有定点和浮点表示，因此相应有定点数的运算和浮点数的运算。 3.2.1 定点加减运算 在大多数计算机中，通常只设置加法器，减法运算是通过转换为加法来实现的。 § 1. 原码加减运算 对原码表示的两个操作数进行加减运算时，计算机的实际操作是加还是减，不仅取决指令中的操作码，还取决于两个操作数的符号。而且运算结果的符号判断也较复杂。 例如，加法指令指示做（＋A）＋（－B）由于一操作数为负，实际操作是做减法（＋A）-（+B），结果符号与绝对值大的符号相同。同理，在减法指令中指示做（＋A）－（－B）实际操作做加法（＋A）＋（＋B），结果与被减数符号相同。由于原码加减法比较繁琐，相应地需要由复杂的硬件逻辑才能实现，因此在计算机中很少被采用。 2. 补码加减运算 在计算机中，参加补码运算的操作数及运算结果皆用补码表示。 （1）补码加法运算 两个相加的数无论正负，只要表示成对应的补码形式，则可直接按二进制规则相加，且符号位作为数的一部分直接参与运算，所得结果就是和的补码形式。可用如下关系式描述： 【X】补+【Y】补=【X+Y】补 （2）补码减法运算 *公式： 【X-Y】补=【X+(-Y)】补=【X】补+【-Y】补 *求机器负数【-Y】补的方法： 将【Y】补连同符号位一起变反，末尾加“1” |
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