定點運算器的基本結(jié)構(gòu)(圖解篇)

定點運算器的基本結(jié)構(gòu)(圖解篇)
　　
　　運算器包括ALU\陣列乘除器\寄存器\多路開關(guān)\三態(tài)緩沖器\數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。
　　
　　運算器的設(shè)計，主要是圍繞ALU和寄存器同數(shù)據(jù)總線之間如何傳送操作數(shù)和運算結(jié)果進(jìn)行的。
　　
　　在決定方案時，需要考慮數(shù)據(jù)傳送的方便性和操作速度，在微型機(jī)和單片機(jī)中還要考慮在硅片上制作總線的工藝。 計算機(jī)的運算器大體有如下三種結(jié)構(gòu)形式：

1.單總線結(jié)構(gòu)的運算器
　　
　　單總線結(jié)構(gòu)的運算器如(a)所示。由于所有部件都接到同一總線上，所以數(shù)據(jù)可以在任何兩個寄存器之間，或者在任一個寄存器和ALU之間傳送。如果具有陣列乘法器或除法器，那么它們所處的位置應(yīng)與ALU相當(dāng)。對這種結(jié)構(gòu)的運算器來說，在同一時間內(nèi)，只能有一個操作數(shù)放在單總線上。為了把兩個操作數(shù)輸入到ALU，需要分兩次來做，而且還需要A，B兩個緩沖寄存器。這種結(jié)構(gòu)的主要缺點是操作速度較慢。雖然在這種結(jié)構(gòu)中輸入數(shù)據(jù)和操作結(jié)果需要三次串行的選通操作，但它并不會對每種指令都增加很多執(zhí)行時間。只有在對全都是CPU寄存器中的兩個操作數(shù)進(jìn)行操作時，單總線結(jié)構(gòu)的運算器才會造成一定的時間損失。但是由于它只控制一條總線，故控制電路比較簡單。
　　
　　2.雙總線結(jié)構(gòu)的運算器
　　
　　雙總線結(jié)構(gòu)的運算器如(b)所示。在這種結(jié)構(gòu)中，兩個操作數(shù)同時加到ALU進(jìn)行運算，只需一次操作控制，而且馬上就可以得到運算結(jié)果。圖中，兩條總線各自把其數(shù)據(jù)送至ALU的輸入端。特殊寄存器分為兩組，它們分別與一條總線交換數(shù)據(jù)。這樣，通用寄存器中的數(shù)就可進(jìn)入到任一組特殊寄存器中去，從而使數(shù)據(jù)傳送更為靈活。ALU的輸出不能直接加到總線上去。這是因為，當(dāng)形成操作結(jié)果的輸出時，兩條總線都被輸入數(shù)占據(jù)，因而必須在ALU輸出端設(shè)置緩沖寄存器。為此，操作的控制要分兩步完成：

　　（1）在ALU的兩個輸入端輸入操作數(shù)，形成結(jié)果并送入緩沖寄存器；
　　
　　（2）把結(jié)果送入目的寄存器。假如在總線1，2和ALU輸入端之間再各加一個輸入緩沖寄存器，并把兩個輸入數(shù)先放至這兩個緩沖寄存器，那么，ALU輸出端就可以直接把操作結(jié)果送至總線1或總線2上去。
　　
　　3.三總線結(jié)構(gòu)的運算器
　　
　　三總線結(jié)構(gòu)的運算器如演示(C)所示。在三總線結(jié)構(gòu)中，ALU的兩個輸入端分別由兩條總線供給，而ALU的輸出則與第三條總線相連。這樣，算術(shù)邏輯操作就可以在一步的控制之內(nèi)完成。由于ALU本身有時間延遲，所以打入輸出結(jié)果的選通脈沖必須考慮到包括這個延遲。另外，設(shè)置了一個總線旁路器。如果一個操作數(shù)不需要修改，而直接從總線2傳送到總線3，那么可以通過控制總線旁路器把數(shù)據(jù)傳出；如果一個操作數(shù)傳送時需要修改，那么就借助于ALU。很顯然，三總線結(jié)構(gòu)的運算器的特點是操作時間快。

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