2 4 算數邏輯單元(ALU)

2021-09-26 10:46:22 字數 1540 閱讀 6366

在計算機中,運算器承擔了執行各種算術和邏輯運算的工作,運算器由算術邏輯單元(alu),累加器,狀態暫存器和通用暫存器等組成。alu的基本功能包括加,減,乘,除四則運算,與,或,非,異或等邏輯運算,以及移位,求補等操作。運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的資料來自儲存器;處理後的結果資料通常送回儲存器,或暫存在運算器中。

一位全加器,全加器(fa)是最基本的加法單元,有加數ai,加數bi與低位傳來的進製ci-1共三個輸入,有本位和si與向高位的進製ci共兩個輸出。

序列加法器,只有乙個全加器,資料逐位序列送入加法器中進行運算。若運算元長n位,則加法就要分n次進行。序列加法器具有器件少,成本低的優點,但運算速度慢,多用於某些低速的專用運算器。

並行加法器,由多個全加器組成,其位數與機器的字長相同,各位資料同時運算,雖然運算元的各位是同時提供的,但低位運算所產生的進製將逐位影響至最高位,所以並行加法器的最長運算時間主要是由進製訊號的傳遞時間決定的,而每個全加器本身的求和延遲只是次要因素。

進製表示式為

並行加法器的進製通常分為序列進製並行進製

把n個全加器串接起來,就可進行兩個n位數的相加,這種加法器稱為序列進製的並行加法器。

並行進製又稱先行進製,同時進製,其特點是各級進製訊號同時形成。

通過上式可以看出,進製輸出僅有gi,pi及最低進製輸入c0決定。這種進製方式是快速的,與字長無關。但隨著加法器位數的增加,ci的邏輯表示式會變得越來越長,輸入變數會越來越多,這會使電路結構變得複雜。

分組並行進製方式,通常採用分組並行進製方式。

1> 單級先行進製方式,又稱組內並行,組間序列進製方式。

2> 多級先行進製方式,又稱組內並行,組間並行進製方式

alu是一種功能較強的組合邏輯電路,它的核心是乙個並行加法器。可以實現多種算術運算和邏輯運算。最簡單的alu是4位的。下圖是典型的4位alu晶元(74181)。

m用於指定是算術運算(m=0)還是邏輯運算(m=1),s3~s0的不同取值可實現不同的操作。

之後用4片74181晶元可以利用類似於序列進製或並行進製的方式進行組合

32位算術邏輯運算單元alu設計 邏輯運算定律

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