1、6.5 算术逻辑单元,一、ALU 电路,四位 ALU 74181,M = 0 算术运算,M = 1 逻辑运算,S3 S0 不同取值，可做不同运算,M,位片式运算器,4位双极型位片式运算器AM2901，它将ALU、通用寄存器组、多路开关、移位器等逻辑构件集成在一个芯片内。,通用寄存器,寄存器写入数据,八功能的ALU:3种算术运算和5种逻辑运算,4位运算结果,进位,最高位的取值，可作符号位,运算结果溢出信号,运算结果为零信号,执行直送、左移一位或右移一位的操作,控制数据发送的去向以及是否进行移位操作,G P,超前进位信号,实现乘、除运算时用作乘商存储器,AM2901选择数据来源,AM2901 运算
2、功能,RS,AM2901 选择结果处理,运算示例：,R1+R0 =R1 R1 = port B 0001 R0 = port A 0000 数据来源：I2 I1 I0： L L H 运算功能：I5 I4 I3： L L L 选择结果：I8 I7 I6： L H H,二、快速进位链,1. 并行加法器,= Ai Bi + (Ai+Bi)Ci-1,di = Ai Bi 本地进位,ti = Ai + Bi 传送条件,则 Ci = di + tiCi-1,6.5,2. 串行进位链,进位链,传送进位的电路,串行进位链,进位串行传送,以 4 位全加器为例，每一位的进位表达式为,C0 = d0 + t0C-1
3、,C1 = d1 + t1C0,C2 = d2 + t2C1,C3 = d3 + t3C2,4 位 全加器产生进位的全部时间为 8ty,n 位全加器产生进位的全部时间为 2nty,设与非门的级延迟时间为ty,6.5,3. 并行进位链,n 位加法器的进位同时产生,（先行进位，跳跃进位）,各进位信号的产生不与低位的进位信号有关，而只与两个参加运算的数和C0有关.,3. 并行进位链,n 位加法器的进位同时产生,以 4 位加法器为例,C0 = d0 + t0C-1,C1 = d1 + t1C0,C2 = d2 + t2C1,C3 = d3 + t3C2,= d1 + t1d0 + t1t0C-1,=
4、d2 + t2d1 + t2t1d0 + t2t1t0C-1,= d3 + t3d2 + t3t2d1 + t3t2t1d0 + t3t2t1t0C-1,（先行进位，跳跃进位）,当 di ti 形成后，只需 2.5ty产生全部进位,di = Ai Bi 本地进位,ti = Ai + Bi 传送条件,设与或非门的延迟时间为 1.5ty,与非门的级延迟时间为ty,3. 并行进位链,C0 = d0 + t0C-1,C1 = d1 + t1C0,C2 = d2 + t2C1,C3 = d3 + t3C2,= d1 + t1d0 + t1t0C-1,= d2 + t2d1 + t2t1d0 + t2t1
5、t0C-1,= d3 + t3d2 + t3t2d1 + t3t2t1d0 + t3t2t1t0C-1,（先行进位，跳跃进位）,1,&,&,1,&,1,&,1,&,C-1,d3,t3,d2,t2,d1,t1,d0,t0,1,1,1,1,C0,C1,C2,C3,n 位全加器分若干小组，小组中的进位同时产生，小组与小组之间采用串行进位,当 di ti 形成后,经 2.5 ty,5 ty,7.5 ty,1 0 ty,(1) 单重分组跳跃进位链,产生 C3 C0,产生 C7 C4,产生 C11 C8,产生 C15 C12,以 n = 16 为例,(2) 双重分组跳跃进位链,n 位全加器分若干大组，大组
6、中又包含若干小组。每个大组中小组的最高位进位同时产生。大组与大组之间采用串行进位。,以 n = 32 为例,(3) 双重分组跳跃进位链 大组进位分析,C3 = d3 + t3C2 = d3 + t3d2 + t3t2d1 + t3t2t1d0 + t3t2t1t0C-1,以第 1 小组为例,D1 小组的本地进位 与外来进位无关,T1 小组的传送条件 与外来进位无关 传递外来进位,C7 = D2 + T2C3,C11= D3 + T3C7,展开得,C15 = D4 + T4C11,C3 = D1+T1C-1,C7 = D2+T2C3,C11 = D3+T3C7,C15 = D4+T4C11,第
7、2 小组,第 3 小组,第 4 小组,同理,D1,T1,C-1,=,+,= D2+T2D1+T2T1C-1,= D3+T3D2+T3T2D1+T3T2T1C-1,= D4+T4D3+T4T3D2+T4T3T2D1+T4T3T2T1C-1,(4) 双重分组跳跃进位链的 大组 进位线路,以第 一 大组为例,(5) 双重分组跳跃进位链的 小组 进位线路,以第 1 小组为例,只产生 低 3 位 的进位和 本小组的 D1 T1,(6) n =16 双重分组跳跃进位链,C1412,C108,C64,C20,C-1,经 5 ty,经 7.5 ty,经 3 2 ty,经 1 0 ty,产生 C2、C1、C0、
8、D1 D4、T1 T4,产生 C15、 C11、 C7、 C3,产生 C14C12、 C10C8 、 C6C4,产生 全部进位,产生 全部进位,经 2.5 ty,当 di ti 和C-1形成后,串行进位链,单重分组跳跃进位链,(7) n =32 双重分组跳跃进位链,di,ti,di,ti,di,ti,di,ti,di,ti,di,ti,di,ti,di,ti,8,7,6,5,4,3,2,1,第 二 大 组,第 一 大 组,D8,T8,D7,T7,D3,T3,D4,T4,D5,T5,D6,T6,D2,T2,D1,T1,C31,C27,C23,C19,C15,C11,C7,C3,C3028,C2624,C2220,C1816,C1412,C108,C64,C20,C-1,当 di ti 形成后,产生 C2、C1、C0、D1 D8、T1 T8,产生 C15、 C11、 C7、 C3,产生 C18 C16、 C14C12、 C10C8 、 C6C4 C31、 C27、 C23、 C19,产生 C30C28、 C26 C24、 C22 C20,经 2.5 ty,5 ty,7.5 ty,1 0 ty,
