多功能算術/邏輯運算單元(ALU)[1]_跨考網(wǎng)

由一位全加器(FA)構成的行波進位加法器，它可以實現(xiàn)補碼數(shù)的加法運算和減法運算。但是這種加法/減法器存在兩個問題：一是由于串行進位，它的運算時間很長。假如加法器由n位全加器構成，每一位的進位延遲時間為20ns，那么最壞情況下， 進位信號從最低位傳遞到最高位而最后輸出穩(wěn)定，至少需要n*20ns，這在高速計算中顯然是不利的。二是就行波進位加法器本身來說，它只能完成加法和減法兩種操作而不能完成邏輯操作。本節(jié)我們介紹的多功能算術/邏輯運算單元(ALU)不僅具有多種算術運算和邏輯運算的功能，而且具有先行進位邏輯， 從而能實現(xiàn)高速運算。
　　
　　1.基本思想
　　
　　一位全加器(FA)的邏輯表達式為
　　
　　Fi＝Ai⊕Bi⊕Ci　　
　　Ci＋1＝AiBi＋BiCi＋CiAi???????? (2.35)
　　
　　我們將Ai和Bi先組合成由控制參數(shù)S0，S1，S2，S3控制的組合函數(shù)Xi和Yi，然后再將Xi，Yi和下一位進位數(shù)通過全加器進行全加。這樣，不同的控制參數(shù)可以得到不同的組合函數(shù)，因而能夠實現(xiàn)多種算術運算和邏輯運算。

因此，一位算術/邏輯運算單元的邏輯表達式為
　　
　　Fi=Xi⊕Yi⊕Xn+i　　
　　Cn+i+1=XiYi+YiCn+i+Cn+iXi
　　
　　上式中進位下標用n＋i代替原來以為全加器中的i，i代表集成在一片電路上的ALU的二進制位數(shù)。對于4位一片的ALU，i＝0，1，2，3。n代表若干片ALU組成更大字長的運算器時每片電路的進位輸入，例如當4片組成16位字長的運算器時，n＝0，4，8，12。