定点运算器的基本结构(图解篇)

定点运算器的基本结构(图解篇)
　　
　　运算器包括ALU\阵列乘除器\寄存器\多路开关\三态缓冲器\数据总线等逻辑部件。
　　
　　运算器的设计，主要是围绕ALU和寄存器同数据总线之间如何传送操作数和运算结果进行的。
　　
　　在决定方案时，需要考虑数据传送的方便性和操作速度，在微型机和单片机中还要考虑在硅片上制作总线的工艺。 计算机的运算器大体有如下三种结构形式：

1.单总线结构的运算器
　　
　　单总线结构的运算器如(a)所示。由于所有部件都接到同一总线上，所以数据可以在任何两个寄存器之间，或者在任一个寄存器和ALU之间传送。如果具有阵列乘法器或除法器，那么它们所处的位置应与ALU相当。对这种结构的运算器来说，在同一时间内，只能有一个操作数放在单总线上。为了把两个操作数输入到ALU，需要分两次来做，而且还需要A，B两个缓冲寄存器。这种结构的主要缺点是操作速度较慢。虽然在这种结构中输入数据和操作结果需要三次串行的选通操作，但它并不会对每种指令都增加很多执行时间。只有在对全都是CPU寄存器中的两个操作数进行操作时，单总线结构的运算器才会造成一定的时间损失。但是由于它只控制一条总线，故控制电路比较简单。
　　
　　2.双总线结构的运算器
　　
　　双总线结构的运算器如(b)所示。在这种结构中，两个操作数同时加到ALU进行运算，只需一次操作控制，而且马上就可以得到运算结果。图中，两条总线各自把其数据送至ALU的输入端。特殊寄存器分为两组，它们分别与一条总线交换数据。这样，通用寄存器中的数就可进入到任一组特殊寄存器中去，从而使数据传送更为灵活。ALU的输出不能直接加到总线上去。这是因为，当形成操作结果的输出时，两条总线都被输入数占据，因而必须在ALU输出端设置缓冲寄存器。为此，操作的控制要分两步完成：

　　（1）在ALU的两个输入端输入操作数，形成结果并送入缓冲寄存器；
　　
　　（2）把结果送入目的寄存器。假如在总线1，2和ALU输入端之间再各加一个输入缓冲寄存器，并把两个输入数先放至这两个缓冲寄存器，那么，ALU输出端就可以直接把操作结果送至总线1或总线2上去。
　　
　　3.三总线结构的运算器
　　
　　三总线结构的运算器如演示(C)所示。在三总线结构中，ALU的两个输入端分别由两条总线供给，而ALU的输出则与第三条总线相连。这样，算术逻辑操作就可以在一步的控制之内完成。由于ALU本身有时间延迟，所以打入输出结果的选通脉冲必须考虑到包括这个延迟。另外，设置了一个总线旁路器。如果一个操作数不需要修改，而直接从总线2传送到总线3，那么可以通过控制总线旁路器把数据传出；如果一个操作数传送时需要修改，那么就借助于ALU。很显然，三总线结构的运算器的特点是操作时间快。