第3章 運(yùn)算方法和運(yùn)算部件(3)

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1、3.6運(yùn)算部件1.定點(diǎn)運(yùn)算部件定點(diǎn)運(yùn)算部件由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、若干個(gè)寄存器、移位電路、計(jì)數(shù)器、門電路等組成。實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)運(yùn)算（算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算）定點(diǎn)運(yùn)算部件的框圖如圖3.9所示?？紤]到最簡單的情況，圖中僅有三個(gè)寄存器A、B、C。定點(diǎn)運(yùn)算部件框圖A，B，C寄存器的作用運(yùn)算A寄存器B寄存器C寄存器加法被加數(shù)運(yùn)算結(jié)果加數(shù)無用減法被減數(shù)運(yùn)算結(jié)果減數(shù)無用乘法部分積乘積高位被乘數(shù)乘數(shù)乘積低位除法被除數(shù)余數(shù)除數(shù)商表3.7A，B，C寄存器的作用浮點(diǎn)運(yùn)算器根據(jù)浮點(diǎn)運(yùn)算算法，浮點(diǎn)運(yùn)算器一般包括階碼運(yùn)算部件和尾數(shù)運(yùn)算部件兩個(gè)部分。階碼運(yùn)算是一個(gè)定點(diǎn)整數(shù)運(yùn)算部件；尾數(shù)運(yùn)算是一個(gè)定點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算部件。Intel8028

2、7支持80位浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，其中階碼16位，尾數(shù)64位。關(guān)鍵運(yùn)算部件有：指數(shù)模塊：通過指數(shù)總線從寄存器中獲得運(yùn)算的階碼，運(yùn)算結(jié)果通過指數(shù)總線送回寄存器棧。算術(shù)運(yùn)算部件：負(fù)責(zé)尾數(shù)的四則運(yùn)算。可編程移位器：尾數(shù)的移位。返回3.7數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼通過在數(shù)據(jù)位中加入一些冗余位，從而達(dá)到在數(shù)據(jù)傳輸過程中能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤（檢錯(cuò)碼）和校正錯(cuò)誤（糾錯(cuò)碼）。常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼有：奇偶校驗(yàn)碼Hamming校驗(yàn)碼CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）碼檢錯(cuò)和糾錯(cuò)實(shí)現(xiàn)原理通過函數(shù)f對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以產(chǎn)生一種代碼，代碼和數(shù)據(jù)都被存儲(chǔ)，因此如果原來數(shù)據(jù)字長為M位，校驗(yàn)碼長為K位，則實(shí)際存儲(chǔ)的字長應(yīng)該是M+K位。當(dāng)原先存儲(chǔ)的字讀出時(shí)，這個(gè)代碼用于檢錯(cuò)和

3、糾錯(cuò)，在M位數(shù)據(jù)中產(chǎn)生一組新的K位代碼，與取出的代碼進(jìn)行比較：結(jié)果一致，無差錯(cuò)，取出的數(shù)據(jù)位傳送出去；檢測到差錯(cuò)，并可以糾正，數(shù)據(jù)位和糾錯(cuò)位一起送入糾正器，然后產(chǎn)生一組正確的M位數(shù)據(jù)位；檢測到差錯(cuò)，但無法糾正，報(bào)告出錯(cuò)。檢錯(cuò)和糾錯(cuò)f存儲(chǔ)器比較f糾正器數(shù)據(jù)輸出出錯(cuò)信號數(shù)據(jù)輸入MMMKKK奇偶校驗(yàn)碼編碼方法:不管數(shù)據(jù)位長度多少，校驗(yàn)位只有一位。數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位一起所含“1”的個(gè)數(shù)，只能是奇數(shù)，稱為奇校驗(yàn)。數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位一起所含“1”的個(gè)數(shù)，只能是偶數(shù)，稱為偶校驗(yàn)。例：數(shù)據(jù)奇校驗(yàn)的編碼偶校驗(yàn)的編碼00000000100000000000000000010101000010101001010101000

4、1111111001111111101111111奇偶校驗(yàn)碼校驗(yàn)位的值取0還是1，是由數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)決定的。這種方法只能發(fā)現(xiàn)一位錯(cuò)(或奇數(shù)個(gè)位錯(cuò))，但不能確定是哪一位錯(cuò)，也不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)。但是，一位出錯(cuò)的幾率比多位同時(shí)出錯(cuò)的幾率高得多，因此該方法還是有很好的實(shí)用價(jià)值。奇偶校驗(yàn)碼常用于存儲(chǔ)器讀寫檢查，或ASCII字符傳送過程中的檢查。奇偶校驗(yàn)位的形成及校驗(yàn)電路見圖3.10。海明校驗(yàn)碼海明校驗(yàn)碼不僅能發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，而且還能指出哪一位出錯(cuò)。(并可發(fā)現(xiàn)2位錯(cuò)。)設(shè)有r位校驗(yàn)位，則共有0到2r-1個(gè)共2r個(gè)組合。若用0表示無差錯(cuò)，則剩余2r-1個(gè)值表示有差錯(cuò)，并指出錯(cuò)在第幾位。由于差錯(cuò)可能發(fā)生在k個(gè)數(shù)

5、據(jù)位中或r個(gè)校驗(yàn)位中，因此有：2r–1≥r+k海明校驗(yàn)碼的校驗(yàn)位數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)位k與校驗(yàn)位r的關(guān)系：2r≥k+r+1，可以得到下表：數(shù)據(jù)位k校驗(yàn)位r總位數(shù)n1232~435~75~1149~1512~26517~3127~57633~6358~120765~127海明校驗(yàn)碼的校驗(yàn)位置校驗(yàn)位和數(shù)據(jù)位是如何排列的?校驗(yàn)位排列在2i–1(i=1,2,…)的位置上例：有一個(gè)BCD碼為D4D3D2D1,由此生成一個(gè)海明碼7654321D4D3D2P3D1P2P1222120有一字節(jié)的信息需生成海明碼D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P184211位糾錯(cuò)海明碼的實(shí)現(xiàn)把M+K=m個(gè)數(shù)據(jù)=>HmHm-1

6、...H2H1(海明碼）,每個(gè)校驗(yàn)位Pi在海明碼中被分配在2i-1位置上。Hi由多個(gè)校驗(yàn)位校驗(yàn)：每個(gè)海明碼的位號要等于參與校驗(yàn)它的幾個(gè)檢驗(yàn)位的位號之和。盡量增大合法碼的碼距。舉例：M=8，K=4，則海明碼為：H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1P4,P3,P2,P1根據(jù)規(guī)則，分別對應(yīng)于：H8,H4,H2,H1于是有(詳細(xì)過程見表3.9)：P1=M1?M2?M4?M5?M7P2=M1?M3?M4?M6?M7P3=M2?M3?M4?M8P4=M5?M6?M7?M81位糾錯(cuò)2位檢錯(cuò)海明碼如果要分清是兩位出錯(cuò)還是一位出錯(cuò)，還要補(bǔ)充一個(gè)總校驗(yàn)位P5，使：P5=M1?M2?M3?M4?M

7、5?M6?M7?M8?P4?P3?P2?P1在這種安排中，每一位數(shù)據(jù)位都至少出現(xiàn)在3個(gè)Pi值的形成關(guān)系中。當(dāng)任一位數(shù)據(jù)碼發(fā)生變化時(shí)，必將引起3個(gè)或4個(gè)Pi值跟著變化，該海明碼的碼距為4。按如下關(guān)系對所得到的海明碼實(shí)現(xiàn)偶校驗(yàn)：S1=P1?M1?M2?M4?M5?M7S2=P2?M1?M3?M4?M6?M7S3=P3?M2?M3?M4?M8S4=P4?M5?M6?M7?M8S5=P5?P4?P3?P2