ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Κεφάλαιο 3 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας ξργ
Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας ξργ Μονάδα επεξεργασίας ξργ δδ δεδομένων Μονάδα ελέγχου
Μονάδα επεξεργασίας ξργ δεδομένων
Δομή Αριθμητικής Λογικής Μονάδας
Μονάδα πρόσθεσης και αφαίρεσης
Πόθ Πρόσθεση δυαδικών δ αριθμών χωρίς πρόσημο Πόθ Πρόσθεση δυαδικών δ αριθμών χωρίς πρόσημο Α = 11100000 = 224 (10) Β = 01000001 = 65 (10) S = 1 00100001 = 33 (10)
Πόθ Πρόσθεση δυαδικών δ αριθμών σε παράσταση συμπληρώματος μ ως προς ρς 2 Πόθ Πρόσθεση δυαδικών δ αριθμών χωρίς πρόσημο Α = 11100000 = 224 (10) Β = 01000001 = 65 (10) S = 1 00100001 = 33 (10) Πρόσθεση δυαδικών αριθμών σε παράσταση συμπληρώματος μ ως προς 2 Α = 11100000 = -32 (10) Β = 01000001 = 65 (10) S = 1 00100001 = 33 (10)
Τιμή προσήμου και υπερχείλισης ως συνάρτηση των προσήμων των αριθμών που προστίθενται a ν-11 b ν-11 c ν-22 s ν-11 Υ ν 1 ν 1 ν 2 ν 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0
Τιμή προσήμου και υπερχείλισης ως συνάρτηση των προσήμων των αριθμών που προστίθενται a ν-11 b ν-11 c ν-22 s ν-11 Υ ν 1 ν 1 ν 2 ν 1 0 0 0 0 0 Υ = a ν-1 b ν-1 c ν-2 + a ν-1 b ν-1 c ν-2 0 0 1 1 1 c = + + ν-1 a ν-1 b ν-1 a ν-1 c ν-2 b ν-1 c 0 1 0 1 0 1 1 1 1 2 1 ν-2 2 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 Υ = c ν-1 1 c ν-2 2 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0
Υπολογισμός διεύθυνσης διακλάδωσης Πόθ Πρόσθεση περιεχομένου ΜΠ των 8 bit και Αριθμού Μετατόπισης ΜΠ = 011100000 = 224 (10) ΑΜ = 001000001 = 65 (10) S = 100100001 = 33 (10) ΜΠ = 00100001 = 33 (10)
Αθροιστής πρόβλεψης κρατούμενου ου των 4 δυαδικών ψηφίων
Αθροιστής δύο επιπέδων πρόβλεψης κρατούμενου των 16 δυαδικών δ ψηφίων
Μονάδα εκτέλεσης λογικών πράξεων
Λογικός σχεδιασμός 4 καταχωρητών με δύο πόρτες ανάγνωσης και μία εγγραφής I Δ Διεύθυνση-Α Διεύθυνση-Β Διεύθυνση-Δ Δ Α Β Αποκωδικοποιητής ηής Αποκωδικοποιητής ηής Αποκωδικοποιητής ηής Α Β Δ α 3 α 2 α 1 α 0 β 3 β 2 β 1 β 0 δ 3 δ 2 δ 1 δ 0 Γράψε CLK D Q D Q D Q δ... 0 α 0 β 0 Δάβ Διάβασε -ΑΑ Δάβ Διάβασε -ΒΒ...... Γράψε CLK δ 1 D Q D Q D Q... α 1 β 1 Διάβασε -ΑΑ Διάβασε -Β...... Γράψε CLK D Q D Q D Q δ 2... α 2... β2 β 2... Διάβασε -Α Διάβασε -ΒΒ Γράψε CLK D Q D Q D Q... δ... 3 α 3 β 3 Δάβ Διάβασε -ΑΑ Διάβασε -Β......
Λειτουργίες του ολισθητή ηή t 1 t 0 Πάξ Πράξη 00 Κυκλική ολίσθηση προς τα δεξιά δξά 01 Λογική ολίσθηση η προς τα αριστερά ρ 10 Λογική ολίσθηση η προς τα δεξιά 11 Αριθμητική ολίσθηση η προς τα δεξιά
Ολισθητής ηής των οκτώ δυαδικών δ ψηφίων υλοποιημένος με πολυπλέκτες λέ
Λογική ολίσθηση η προς τα δεξιά δξά κατά 5 θέσεις t 1 t 0 =10 και c 2 c 1 c 0 =101 1 0 2 1 0
Λογική ολίσθηση η προς τα δεξιά δξά κατά 5 θέσεις t 1 t 0 =10 και c 2 c 1 c 0 =101 1 0 2 1 0
Λογική ολίσθηση η προς τα δεξιά δξά κατά 5 θέσεις t 1 t 0 =10 και c 2 c 1 c 0 =101 1 0 2 1 0
Πολλαπλασιασμός λ με χαρτί και μολύβι 1 1 0 1 πολλαπλασιαστέος Α 0 1 0 1 πολλαπλασιαστής λ Β = Β 3 Β 2 Β 1 Β 0 ---------- 1 1 0 1 Α Β 0 0 0 0 0 Α 2 Β 1 1 1 0 1 Α 2 2 2 ΒΒ 2 + 0 0 0 0 Α 2 2 ΒΒ 3 --------------- 0 1 0 0 0 0 0 1 Γ = Α Β
Πολλαπλασιασμός λ με χρήση ενδιάμεσων δά αθροισμάτων 1101 1 1 πολλαπλασιαστέος λ Α 0101 0 1 πολλαπλασιαστής Β = Β 3 Β 2 Β 1 Β 0 ---------- 1101 1 1 Α ΒΒ 0 +0000 0 0 0 Α 2 Β 1 --------------- 01101 1 0 1 ημιάθροισμα μ +1101 1 1 Α 2 2 Β 2 ------------------ 1000001 0 0 0 0 1 ημιάθροισμα μ +0000 0 0 0 Α 2 3 Β 3 ------------------ 01000001 0 0 0 0 0 1 Γ = Α Β
Αριθμητική Λογική Μονάδα με τη δυνατότητα εκτέλεσης πολλαπλασιασμού λ
Αλγόριθμος εκτέλεσης της πράξης του πολλαπλασιασμού λ
Πολλαπλασιασμός λ με διαδοχικές δ προσθέσεις και ολισθήσεις: 10 38 (1) επανάληψη λειτουργία Κ1 / Κ2 Κ3 0 Τοποθέτηση αρχικών τιμών 00000000 00100110 0 00001010 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=0 ( ) όχι πρόσθεση 00001010 1 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 κατά μία θέση προς ρς τα δεξιά 00000000 00010011 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=1 ( ) 1 πρόσθεση +00001010 -------------- 00001010 2 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 000001010 00010011 κατά μία θέση προς ρς τα δξά δεξιά 00000101 00001001 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=1 ( ) 1 πρόσθεση +00001010 -------------- 00001010 3 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 000001111 00001001 κατά μία θέση προς ρς τα δξά δεξιά 00000111 10000100 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=0 ( / ) όχι πρόσθεση 00001010 0 0 4 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 κατά μία θέση προς τα δεξιά 00000011 11000010 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=0 όχι πρόσθεση 00001010 5 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 κατά μία θέση προς τα δξά δεξιά 00000001 11100001
Πολλαπλασιασμός λ με διαδοχικές δ προσθέσεις και ολισθήσεις: 10 38 (2) επανάληψη λειτουργία Κ1 / Κ2 Κ3 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=0 ( ) όχι πρόσθεση 00001010 5 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 κατά μία θέση προς ρς τα δξά δεξιά 00000001 11100001 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=1 1 πρόσθεση +00001010 --------------- 00001010 6 000001011 11100001 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2/ κατά μία θέση προς τα δεξιά 00000101 11110000 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=0 όχι πρόσθεση 00001010 7 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 2 κατά μία θέση προς τα δεξιά 00000010 11111000 ΛΣΨ(Κ1/Κ2)=0 ( ) όχι πρόσθεση 00001010 8 Ολίσθησε το περιεχόμενο των Κ1/Κ2 κατά μία θέση προς ρς τα δξά δεξιά 00000001 01111100
Πολλαπλασιασμός λ με χρήση ενδιάμεσων δά αθροισμάτων 1101 1 1 πολλαπλασιαστέος λ Α 0101 0 1 πολλαπλασιαστής Β = Β 3 Β 2 Β 1 Β 0 ---------- 1101 1 1 Α ΒΒ 0 +0000 0 0 0 2 Α Β 1 --------------- 01101 1 0 1 ημιάθροισμα μ +1101 1 1 2 2 Α Β 2 ------------------ 1000001 0 0 0 0 1 ημιάθροισμα μ +0000 0 0 0 2 3 Α Β 3 ------------------ 01000001 0 0 0 0 0 1 Γ = Α Β
Πολλαπλασιαστής λ δάδ διάδοσης κρατούμενου
Πολλαπλασιαστής λ δάδ διάδοσης κρατούμενου Πλήρης αθροιστής: c = a b + a c + b c i i i i i 1 i i 1 s = a b c + a b c + a b c + a b c i i i i 1 i i i 1 i i i 1 i i i 1 κρατούμενου εξόδου = καθυστέρηση η 2 πυλών αθροίσματος = καθυστέρηση 3 πυλών Ημιαθροιστής: c = a b κρατούμενου εξόδου = καθυστέρηση η 1 πύλης i i i s = a b b i i i αθροίσματος = καθυστέρηση η 2 πυλών
Πολλαπλασιαστής λ δάδ διάδοσης κρατούμενου καθυστέρηση η ΠΑ: κρατούμενου εξόδου =2πύλες αθροίσματος =3πύλες ς καθυστέρηση η ΗΑ: κρατούμενου εξόδου =1πύλη η αθροίσματος =2πύλες Τ δ =19 πύλες Τ δκ Τ δκ = t AND + t HAcarry +2 (ν-2) t 2) t t ΠΑcarry +(ν-1) t t ΠΑsum
Πολλαπλασιαστής λ δάδ διάδοσης κρατούμενου Τ δκ = t AND + t HAcarry +2 (ν-2) t 2) t t ΠΑcarry +(ν-1) t t ΠΑsum
Αθροιστής πρόβλεψης κρατούμενου των 4 δυαδικών δ ψηφίων Κθ Καθυστέρηση η =5πύλες
Πολλαπλασιαστής λ δάδ διάδοσης κρατούμενου καθυστέρηση η ΠΑ: κρατούμενου εξόδου =2πύλες αθροίσματος =3πύλες ς καθυστέρηση η ΗΑ: κρατούμενου εξόδου =1πύλη η αθροίσματος =2πύλες Τ δ =19 πύλες Τ δκ Κθ Καθυστέρηση η τελευταίας βαθμίδας =5πύλες
καθυστέρηση η ΠΑ: κρατ. εξόδου =2πύλες αθροίσματος =3πύλες ς Πολλαπλασιαστής λ διατήρησης ης κρατούμενου (1) Τ δκ =19 πύλες Τ =15 πύλες Τ διατ.κ καθυστέρηση η ΗΑ: κρατ. εξόδου =1πύλη, η αθροίσματος =2πύλες ς
Πολλαπλασιαστής λ διατήρησης ης κρατούμενου (2) Τ διατ.κ = t AND + (ν-2) t t ΠΑsum + t ΑΤΒ