[IT认证]第四章2 运算器部件.ppt
1,运算器部件2,2,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,3,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,4,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,5,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 I2 I1 I0,运算功能选择 I5 I4 I3,运算结果处理 I8 I7 I6,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,6,二选一,B 16个 A 通用寄存器,三选一,二选一,三选一,三选一,A L U S R,B锁存器,A锁存器,乘商寄存器Q,Cn,/OE,Q3,Q0,RAM0,RAM3,F,输出Y,F3F=0000OVRCn+4,输入D,A口地址,B口地址,Am2901内部组成,组成算逻运算 部件1 6 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,I5I3,I2I0,I8I6,7,Am2901的控制信号,编码 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0000 Q F F R+S A Q001 F S-R A B 010 B F A R-S 0 Q011 B F F R S 0 B100 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 0,B Q Y,R S,8,入出信号及引脚,Y3Y0,D3D0,RAM3,Q3,RAM0,Q0,CP,OE,Cin,CnF=0OverF3,运 算 器 部 件,A口,B口,I8I6 I5I3 I2I0,9,TEC-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/3,10,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）,11,Y118,Y30,D118,D74,D30,Cin,RAM0,Q0,Y74,4 片Am2901之间的连接,VccR,12,片间高速进位用 Am2902,高位Am2901,Am2901,Am2901,低位Am2901,Am2902 Cn+z Cn+y Cn+x,/G/P,+5V,Y1512,Y118,Y74,Y30,D1512,D118,D74,D30,OVER,F=0,F15,Cy,Cin,CP,RAM15,Q15,RAM0,Q0,A口,B口,I86I53I20,/G,/P并行进位信号,13,16(8)位机 运算器 入出信号及引脚,Y15（7）Y0,D15（7）D0,RAM15（7）,Q15（7）,RAM0,Q0,CP,OE,Cin,CyF=0OverF15（7）,运 算 器 部 件,A3A0,B3B0,I8I6 I5I3 I2I0,14,ALU可完成的功能,ADD R0,R1;SUB R0,R1?INC R0?MOV R1,1;ADD R0,R1DEC R0?ADC R0?SBB R0,R1,R0+/R1+1(C),R0+0+1(C),R0+/0+0(C),R0+R1+0(C),R0+0+C,R0+/R1+C,15,TEC2000 ALU最低位进位信号,最低位进位Cin 控制码SCI 应用场合举例 0 00 ADD DEC 1 01 SUB INC C 10 ADC SBB 方波 11 量测波形和转移 地址计算,（16 位机 和 8 位机 都是如此处理）,最低位进位信号由 SCi 编码决定,16,最低位进位信号Cin的逻辑表达式,Cin=/SCI1*SCI0+SCI1*/SCI0*C+SCI1*SCI0*TCLK2,17,16位的 运算器,16 位运算器最低位进位输入信号Cin,最低位进位 GAL3,CyF=0OVRF7,SCi,RAM7Q7,RAM0Q0,01CC0或方波,Y70,D70,B口,A口,I8I0,Cin,18,ALU完成功能需要的控制信号（1）,数据组合（I2 I1 I0）功能代码（I5 I4 I3）结果处理（I8 I7 I6）A口地址B口地址最低位进位控制信号（SCi）,19,运算结果标志,算术与逻辑的运算指令结果产生标志位的值该标志位的值只在执行运算步骤接受算术运算指令的结果影响 C、Z、V、S逻辑运算指令的结果只影响 Z其他指令或其他执行步骤不接受标志位的值由此可见:若设置标志位寄存器,会有接收或不接受标志位的值这样两种处理(依据什么指令的什么时刻),20,几条影响 C触发器的指令,指令中有 STC（C1）、CLC指令（C 0）指令中有RCL、RCR、SHL、SHR指令，他们的移位输出要传送进 C(还决定寄存器的移位输入),C,通 用 寄 存 器,通 用 寄 存 器,C,0,0,RCL,RCR,SHR,SHL,RAM15,RAM0,RAM0,RAM15,21,对乘除法指令的支持,指令中 MUL SR 指令，DIV SR指令他们的运行用到了移位输出要传送进 C（还决定寄存器的移位输入）,C,通用寄存器,通用寄存器,Q 寄存器,乘法，联合右移位,Q 寄存器,除法，联合左移位,/F15,Q0,Cy,22,状态寄存器的控制,用3位码控制 有8处来源SST B34 33 32 C Z V S000 不变 三位不变(C,Z,V,S)001 接受ALU状态输出（Cy,ZR,OV,F15）010 接收内部总线输出(IB7 6 5 4)011 0 三位不变100 1 三位不变101 RAM0 三位不变110 RAM15 三位不变111 Q0 三位不变,23,状态寄存器的逻辑表达式,C:=/B34*/B33*/B32*C V:=/B34*/B33*/B32*V+/B34*/B33*B32*Cy+/B34*/B33*B32*OV+/B34*B33*/B32*IB7+/B34*B33*/B32*IB5+B34*/B33*/B32+/B34*B33*B32*V+B34*/B33*B32*RAM0+B34*V+B34*B33*/B32*RAM15+B34*B33*B32*Q0Z:=/B34*/B33*/B32*Z S:=/B34*/B33*/B32*S+/B34*/B33*B32*ZR+/B34*/B33*B32*F15+/B34*B33*/B32*IB6+/B34*B33*/B32*IB4+/B34*B33*B32*Z+/B34*B33*B32*S+B34*Z+B34*S,24,0,1,RAM0Q0,RAM15,16位的 运算器,16 位运算器的状态寄存器,四位标志位GAL1,SST,CZVS,CyF=0OVF15,来自内部总线 IB,RAM15Q15,RAM0Q0,Y150,D150,B口,A口,I8I0,Cin,25,ALU完成功能需要的控制信号（2）,数据组合（I2 I1 I0）功能代码（I5 I4 I3）结果处理（I8 I7 I6）A口地址B口地址最低位进位控制信号（SCi）状态寄存器接收信号（SST）,26,寄存器移位输入信号,2位控制码 左移操作 右移操作 指令 SSH RAM0 Q0 RAM15(7)Q15(7)00 0/0/SHL SHR 01 C/C/RCL RCR 10 Q15(7)/F15(7)C y RAM0 DIV MUL实现中，具体移位输入信号是用 SSH 编码和 ALU 中的结果处理控制信号 I7 共同决定的,27,左右移位输入信号逻辑表达式,RAM15=/B9*B8*C+B9*/B8*CyQ15=B9*RAM0RAM0=/B9*B8*C+B9*/B8*Q15Q0=B9*/B8*/F15RAM15.OE=/MI7Q3.OE=/MI7RAM0.OE=MI7Q0.OE=MI7,28,16位的 运算器,16 位运算器的最高位、最低位移位输入信号,右移输入信号GAL3,左移输入信号GAL3,CyF=0OVRF15,SSH,SSH,右移控制,左移控制,RAM15Q15,RAM0Q0,0CQ15/F15,0CCyRAM0,Y150,D150,B口,A口,I8I0,Cin,29,0,1,RAM0Q0,RAM15,16位的 运算器,16 位机的运算器的完整组成,四位标志位GAL1,右移输入信号GAL3,SST,左移输入信号GAL3,最低位进位 GAL3,CZVS,CyF=0OVRF15,来自内部总线 IB,SSH,SSH,SCi,运算功能码,右移控制,左移控制,RAM15Q15,RAM0Q0,0CQ15/F15,0CCyRAM0,01C/C方波,Y150,D150,B口,A口,I8I0,Cin,30,0,1,RAM0Q0,RAM15,16位的 运算器,完整 16 位运算器的脱机实验,四位标志位GAL1,右移输入信号GAL3,SST,左移输入信号GAL3,最低位进位 GAL3,CZVS,CyF=0OVRF15,来自内部总线 IB,SSH,SSH,SCi,运算功能码,右移控制,左移控制,RAM15Q15,RAM0Q0,0CQ15/F15,0CCyRAM0,01C/C方波,Y150,D150,B口,A口,I8I0,31,16位运算器脱机实验,Y15Y0(用16个指示灯显示结果),D15D0,RAM15,Q15,RAM0,Q0,Cin,CyF=0OverF15,运 算 器 部 件,A30,B30,I86,(用16个开关提供输入数据),CZVS,SSH,SST,SCi,I53,I20,A口 B口 SCi SSH,I86 I53 I20 SST,通过24位微型开关提供控制信号,用四个指示灯显示状态,32,ALU完成功能需要的控制信号（2）,数据组合（I2 I1 I0）功能代码（I5 I4 I3）结果处理（I8 I7 I6）A口地址B口地址最低位进位控制信号（SCi）状态寄存器接收信号（SST）移位控制信号（SSH）,33,16 位运算器的操作使用,操作功能,控制信号B口 A口 SST I86 I53 I20 Cn SSH,R0R0+R1,R2R2R0,QR0,右移R0R0+R1,R0QR0R3Q,Y F,0000,011,0001,000,001,000,0010,0000,010,001,001,101,0000,101,0001,000,001,0000,000,000,100,/0000,0000,110,0011,001,001,00,R0R0R1,Y A口,0000,010,0001,100,001,00,/,/,001,001,001,001,001,001,0001,逻辑右移,与C循环右移,SCi,00,00,10,/,/,联合左移,34,运算器设计小结,完成从4位到16位的扩充最低位进位信号设计（完成减法等）状态寄存器设计（接收并保存状态值）移位信号设计（支持乘除法及逻辑移位）需要提供必要的控制信号（由控制器提供）其它功能由这些功能组合而成，自动执行,
