運算器中全加器標志位的邏輯設計與應用

湯龍梅， 陳敏， 許雪林

(福建工程學院 信息科學與工程學院， 福建 福州 350118)

運算器中全加器標志位的邏輯設計與應用

湯龍梅， 陳敏， 許雪林

(福建工程學院 信息科學與工程學院， 福建 福州 350118)

介紹全加器實現邏輯基礎，給出4個常用標志位的生成邏輯，重點分析借位標志和溢出標志的生成邏輯，并給出標志位在MACH芯片中的實現過程。最后給出標志位在比較轉移等指令中的應用方法。

計算機; 組成原理； 全加器； 標志位； 邏輯設計

運算器的核心部分是對數據信息進行加工處理的算術邏輯運算單元(arithmetic logic unit, ALU)，而ALU除了給出處理結果，還應給出結果的某些特征，如溢出否、有無進/借位輸出等[1]。這些特征以狀態標志位的形式提供，是CPU程序狀態字的一部分。因此，運算器設計乃至CPU設計應包含標志位生成電路的設計。隨著大規模集成電路制造技術的迅速發展，電子系統設計技術發生了很大的變化，將EDA和可編程邏輯器件設計與計算機組成原理授課相結合，讓學生將理論應用于實踐，已經在很多院校嘗試[2-3]。多數計算機組成原理類教材詳細介紹了ALU中全加器的設計原理[4-7]，但對標志位的生成邏輯并沒有深入分析。文獻[8-10]介紹了ALU處理邏輯的實現或優化方法，但沒有給出除進位標志以外的標志位的實現過程。事實上，有些標志位如借位標志和溢出標志的生成邏輯并不像其概念那么直接。在全加器/全減器設計基礎上，介紹了4個常用標志位的生成邏輯，重點分析了借位標志和溢出標志的生成邏輯，并給出了4個標志位在MACH芯片中的實現過程；……