很多朋友对计算机组成原理知识点，计算机组成原理还不了解，今天小绿就为大家解答一下。
计算机(354)计算机组成原理详细介绍2.4计算机常用的逻辑元件2.4.1当加法器不考虑进位输入时，两个数Xn和Yn的相加称为半加法器；如果将低阶进位输入Cn-1相加，则称为全加器。总和Fn和进位输出Cn的表达式为：Fn=xnyncn-1 xycn-1 xycn-1cn=xnyncn-1 xycn-1 xycn-1 xycn-1。推导过程和逻辑电路图见教材第19页图26。半加法器和全加器的功能表和逻辑图如教材中的图2.5和图2.6所示。一个全加器的真值表如右图所示：其中Xn为加数，Yn为加数，Cn-1为低电平进位信号，Fn为和，Cn为上电平进位信号。一个简单的串行级联4位全加器如下图所示：(教科书图2-7四位串行加法器)4位加法器可以由4个全加器连接而成(图2.7)，但其加法时间较长。这是因为位之间的进位是串行传输的。全基加法和Fi必须等到低阶进位Ci-1到来，加法时间与位数有关。只有改变进位逐位传输的路径，才能提高加法器的工作速度。解决方案之一是利用“进位提前产生电路”同时形成各个进位，从而实现快速加法。我们称这个加法器为超前进位加法器。根据每一位进位的形成条件，Ci的逻辑表达式可以分别写成：C1=X1Y1 (X1 Y1)C0=G1 P1C0其中：Gi=伊稀称为进位生成函数Pi=伊稀称为进位传递函数Gi。GI的意思是，当伊稀都为“1”时，一定会产生进位Pi到高位。当和易中的一个为“1”时，如果两者都是低位。一般公式为：C1=G1 P1C0(低位)(2.22)C2=G2 p2c 1=G2 P2(g1p1c 0)=G2 p2g 1 p2p1c 0(2.23)C3=G3 P3 p2g 1 P3 p2p1c 0(2.24)C4=g4p 4 G3 P4 P3 G2 P4 P3 p2g 1 P4 P3 p2p1c 0(2.2(求逆法则采用NAND、NOR、NOR表达式)将上述公式改写如下：C1=P1 G1 c0 C2=p2g 2g 21 c0 c 3=P3 G3 G2 G32.4.2算术逻辑单元(ALU)ALU是一种功能强大的组合逻辑电路。它可以执行各种算术运算和逻辑运算。ALU的基本逻辑结构是一个超前进位加法器，通过改变加法器的进位生成函数G和进位传递函数P，可以获得各种运算能力。下面通过介绍SN74181四位ALU中规模集成电路来介绍ALU的原理。在图2.9的菜单中，“加”表示算术加法，“”表示逻辑加法。它可以执行16种算术运算和16种逻辑运算。M是状态控制端，M=H进行逻辑运算。M=L执行算术运算。S0 ~S3是运算选择端子，决定电路执行哪种算术运算或逻辑运算。四个74181电路可以组成一个16位ALU。如下图所示，内进位快，但间进位是片间传递，所以总的形成时间还是比较长的。如果把16位ALU的每4位作为一组，用类似于位间快速进位的方法实现16位ALU(由4块ALU组成)，那么就可以得到16位快速ALU。推导过程如下：图2.10类似于前面提到的一位进位生成函数Gi的定义。根据四位进位生成函数GN为“1”的条件，可以得到GN的表达式如下：GN=G3 p 3g 2 p 2g 1g 0类似于前面提到的一位进位传递函数Pi的定义。根据四位进位传递函数PN为“1”的条件，可以得到PN的表达式如下：PN=P3P2P1P0。图2.10中每个芯片的进位被命名为Cn X，Cn Y和Cn Z(即C3 C7 C11)。
根据公式2.22~2.25的推导，公式中的G1、G2、G3和P1 P2、P3分别可用GN0、GN1、GN2和PN0、PN1、PN2代替，C0可用Cn代替。Cn X、Cn Y、Cn Z的表达式可以得到如下：cnx=GN 0 PN 0 Cn=GN 0 PN 0 ng 0 Cn(2-33)Cn Y=GN1 PN 1 GN 0 PN 1 PN 0 Cn=GN1 PN 1 PN 0 Cn=GN1 PN 1 GN1 GN 0 PN 0 GN1 GN 0 Cn(2-34)Cn=gn2 PN 2 PN 1 PN 1 GN 0n 0 PN 2 PN 0 Cn=gn2 PN 1 PN 1 PN 0 Cn=gn2 PN 0n 0 Cn(2-35)=gn2 PN 2 GN 1 GN1实现2-33、2-34和2-35的逻辑电路将成为一个超前进位扩展器(74182芯片)。图2-11所示为其逻辑电路图，其中Pni和GNi分别用Pi和Gi表示。图中的P和G输出可用于将四组16位快速alu扩展为64位快速alu。图2-12显示了一个由74181和74182芯片组成的16位快速ALU。图2.11与7418 ALU一起使用的进位生成电路。由两个16位全进位单元(74182)和八个74181单元组成的32位ALU电路可以级联。一个由4个16位全进位单元(74182)和16个74181单元组成的64位ALU电路可以级联。随着集成器件集成度的提高，更多的alu可以集成到一个芯片上。比如AMD的AM29332就是一个32位ALU，而在Intel的奔腾处理器中，32位ALU只是芯片中电路的一部分。虽然器件不同，但基本电路原理都很熟悉。2.4.3解码器解码：将一组代码翻译成唯一的输出。在实际应用中，使用地址译码器和指令译码器。解码器：有2-4解码器、3-8解码器(8选1解码器)、4-16解码器(16选1解码器)。书中介绍了2-4解码器的组成和应用。比如3-8译码器，即8选1译码器，有三个输入信号：C、B、A(A为低位)，三个二进制数可以组成八个不同的数，所以可以选择输出Y0到Y7中的一个，所以称为8选1译码器。数据手册中的型号是74138。下图分别是解码器引脚图和I/O真值表：G1、G2A、G2B为片选端，G1高电平有效，G2A、G2B低电平有效。2.4.4数据选择器的逻辑功能是在地址选择信号的控制下，选择多路数据中的一路作为输出信号。也称为复用器或多路复用器。以四选一选择器为例：2.4.5数据分配器在数据传输过程中，往往需要将一路数据分配到多通道设备中的指定通道，执行这一功能的电路称为数据分配器。以下面四路数据分配器为例：2.5时序电路2.5.1 (1) D触发电路符号：D为数据输入；CLK是时钟信号；s是置位信号端子；CLR信号端子；q是输出信号端。d触发菜单：正向跳转触发有效。(2)J-K触发电路符号：JK为控制输入；CLK是时钟信号；s是置位信号端子；CLR信号端子；q是输出信号端。2.5.2-1寄存器计算机中的一个常用组件，用来临时存储二进制信息。该寄存器可以由多个触发器组成。每个触发器存储1位，n个触发器存储n位二进制数据。下图显示了一个由四个D触发器组成的四位缓冲寄存器。2.5.2-2移位寄存器移位寄存器不仅具有存储数据的功能，还具有移位的功能。所谓移位功能，就是在移位脉冲信号的作用下，将存储在移位寄存器中的数据按要求左右移动。从信号输入来说，有串行输入和并行输入，从信号输出来说，有串行输出和并行输出。下面是一个串行输入并行右移位寄存器的例子：2.5.3，四级二进制并行计数器。
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