计算机组织与糸统结构 AU设计乖法与敢位 (第八讲 程旭 2000330 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ ¯æ §ù;é BMVøÇ §$¡ ÄZ Å È
1位ALU °完成AND、OR和ADD功能的一位ALU 输入进位( CarryIn) 结果( Result) 1-bit 全加器 输出进位( CarryOut) 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ } $/8 e`ä $1'Ã25` $''sÑXÔ! $/8 $ % ELW <t< gί!Ä&DUU\2XWÅ g9¯!Ä&DUU\,QÅ îÃ Ý ½ < §pÄ5HVXOWÅ
更加细化的框图 °LSB和MSB需要进行特殊处理 A signed-arith and cin xor co Y:318 ALUO ALUO M C/l to produce select Ovflw C-n 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ $ÐöF´v. $ % 0 6 2YIOZ $/8 D E FR FLQ V $/8 D E FR FLQ V &/WR SURGXFH VHOHFW FRPS FLQ VLJQHGDULWK DQG FLQ[RU FR e/6%` 06%ÔU¯ M^ØÚ
先行进位 Carry look ahead(设计技巧:窥探) Cin ab C-out 000 Fill C-in Propagate BO 0 C-in Propagate 11 1 Generate C1=G0+c0°P0 A P=Aand B G G=Axor B c2=G1+k0·P1+C0·P0●P1 A c3=G2+1·P2+G0·P1·P2+C0P0·P1·P2 G G P C4 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ x| } &DUU\/RRN$KHDG îÑ° ÕÒ $ % &RXW )LOO &LQ 3URSDJDWH &LQ 3URSDJDWH *HQHUDWH $ % 6 * 3 3 $DQG% * $ [RU % $ % 6 * 3 $ % 6 * 3 $ % 6 * 3 &LQ & *&• 3 & **• 3&• 3• 3 & **• 3*• 3• 3&• 3• 3• 3 * & 3
先行进位的理论基础(续) 使用新定义的两个术语: ·第i位产生的进位 gi Ai& Bi 通过第位的传播进位pi= Ai or bi we can rewrite Cin1 g0(po& cinO Cin2=g1(p1& go)I(p1& p0& cinO Cin3=g2|(p2&g1)|(p2&p1&g0)|(p2&p1&p0&cin0) 进入第3位的进位是1,如果 在第2位,产生了进位(g2) ·或者在第1位产生了进位(g1并且 第2位传播了这个进位(P2&g1) 或者在第0位产生了进位(g0)并且 第1位和第2位都传播了这个进位p2&p1&g0) 或者在第0位有输入进位(cin0)并且 第0位、第1位和第2位都传播了这个进位(p2&p1&p0&cin0) 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ x| }´6ê*p eSün XøþÁ L!{óX¯! JL $L %L îL!Xô¯! SL $L RU %L :HFDQUHZULWH &LQ J_ S &LQ &LQ J_ S J _ S S &LQ &LQ J_ S J _ S S J _ S S S &LQ e¯9!X¯!È Vp ü!È{óZ¯! J êÙ ü!{óZ¯! J Jè !ôZþ¯! S J êÙ ü!{óZ¯! J Jè !`!ÑôZþ¯! S S J êÙ ü!Ýg9¯! &LQ Jè !Ã!`!ÑôZþ¯! S S S &LQ
道管:先行进位的类比 A 人 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ Ñx| }´« S F J F S F J S J F S F J S J S J S J F
设讣过程的要素 °分治 Divide and conquer(eg,ALU) ·针对较简单的部件,阐明解决方案. ·设计每个部件(子问题) °产生并测试 Generate and test(e:g,ALU) 给出一组积木,寻求如何将它们组装起来,满足需求 °逐步求精 Successive refinement(eg, carry lookahead) ·解决“大多数”问题(即,忽视一些约束或特殊情况),检查并修改缺陷 °阐明可供选择的高级方案 Formulate High-Level Alternatives(eg, carry select ·当追踪任何一种步骤时,都要最考虑多种策略 °做已知如何做的事情 Work on the Things you know How to Do ·在不断前进中,未知的事情将越来越明显。 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ îÑ÷;´±P eÚ 'LYLGHDQG&RQTXHU HJ$/8 \ÍWT)X¼ÊÈäâ· u£þ¼ÊÄ$ÂlÅ e{ó J © *HQHUDWHDQG7HVW HJ$/8 ÎÔÃüÈÏV)ÚWÀK9ÈµÔ eä9 6XFFHVVLYH5HILQHPHQW HJFDUU\ ORRNDKHDG ·ûîDÂl G ÑÔoz3êM^ŹJ K eäâÃoݽX¬{ )RUPXODWH+LJK/HYHO$OWHUQDWLYHV HJFDUU\VHOHFW 'ÑþÏ)Ô¡9xÊÈÑUÔ×%î¡*9 e.ƹV).X_ :RUNRQWKH7KLQJV\RX.QRZ+RZWR'R üá!¯Èþ¹X_Ú^9^âÄ
设讣过程小结 采用层次式设计处理复杂性 自顶向下vs自底向上vs.逐步求精 设计表达的重要性 ·基本模块( Block Diagrams) ·分解为位片( Bit slices) bottom down 真值表、 K-Maps mux design ·电路图 meets at tt ·其他描述:状态图、时序图,寄存器传输, 优化标准: 门数 面积 Logic Levels Delay Power [封装数] Fan-in/Fan-out 管教输出 Cost Design time 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ îÑ÷;? üõãuØÚáû ¾Jåß YV¾iåÞ YVä9 uÕD@ /RJLF/HYHOV )DQLQ)DQRXW 3RZHU WRS GRZQ ERWWRP XS 6à 'HOD\ PX[ GHVLJQ PHHWVDW77 u-gÎ &RVW 'HVLJQWLPH
上讲总结 °设计过程概述 设计是一个不断反复的过程-逐步求精 无需等到洞察一切后才开始设计 °二进制算术绪论 ·使用补码表示,易于实现减法 ALU设计 设计一个简单的4位ALU 其他构建ALU的技术 SA驱动的ALU设计 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ :âk eußVÄ uÔþá¡áXß ä9 ´Ô ò³ÔÛâ !Ôu e`¯ k¾ Sü9Õ<Èçbr£© e$/8u uÔþT)X! $/8 JªXÎ$/8XT e,6$E|X$/8u
本讲提纲 °上一讲复习 °根据指令系统和移位,设计ALU °乘法 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
ñ¯M§¯æ*§cù ¯æù;étÐ@ \ââ eÞÔá4 e B۸ϳ`Ï!Èu$/8 e,©