计算机组成原理-第3章优秀PPT.ppt

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1、第三章第三章计算机中的算术运算计算机中的算术运算第第1讲：算术逻辑单元讲：算术逻辑单元ALU第第2讲：定点加减运算讲：定点加减运算第第3讲：定点乘除运算讲：定点乘除运算第第4讲讲：运运算算器器组组织织、浮浮点点运运算算、本本章章复习复习3.1算术逻辑单元算术逻辑单元ALUALU是是运运算算器器的的核核心心组组成成部部分分，以逻辑运算为基础。以逻辑运算为基础。ALU的核心部件是加法器。的核心部件是加法器。3.1.1加法器及其进位结构加法器及其进位结构门电路的几种表示方法门电路的几种表示方法一、半加器一、半加器0001011001010011Ci+1SiBiAi输出输出输入输入图图3-1半加器框图

2、及真值表半加器框图及真值表图图3-2半加器逻辑电路图半加器逻辑电路图Ci+1SiSiCiCi+1AiBiFA0001011101101001010101010011001100001111SiCiBiAi输出输出输入输入Ci+1图图3-3全加器全加器框图及真值表框图及真值表二、全加器二、全加器Si=Ai Bi CiCi+1=AiBi+AiCi+BiCi=AiBi+(Ai+Bi)Ci=AiBi+(Ai Bi)Ci图图3-4全加器逻辑电路图全加器逻辑电路图11&=1=1SiCiAiBiCi+13ty4ty1ty1.5ty1.5tyFull adder constructed from 2 Half

3、 Adders！三、串行加法器三、串行加法器ABCPFAIDCIC图图3-5串行加法器框图串行加法器框图四、并行加法器四、并行加法器进位公式分析进位公式分析Ci+1=AiBi+(Ai Bi)Ci=AiBi+(Ai+Bi)Ci定义两个协助函数定义两个协助函数Gi=AiBiPi=Ai BiGi(CarryGenerateFunction)Pi(CarryPropagateFunction)Ci+1=Gi+PiCi 串串 行行 进进 位位 加加 法法 器器（Ripple CarryAdder）S3S2S1S0FA3FA2FA1FA0C3C2C1C0A3B3A2B2A1B1A0B0C4图图3-6四位串

4、行进位加法器框图四位串行进位加法器框图C1=G0+P0C0C2=G1+P1C1C3=G2+P2C2 Cn=Gn-1+Pn-1Cn-1最进步位延迟时间为最进步位延迟时间为4+2.5(n1)ty,形成最终和的时间是形成最终和的时间是4+2.5(n2)+1.5ty，与与n成正比。成正比。先行进位加法器先行进位加法器提提高高加加法法器器运运算算速速度度的的关关键键是是消消退退行行波波进进位位中中进进位位逐逐位位串串行行传传播播，让让各位进位独立同时形成。各位进位独立同时形成。C1=G0+P0C0C2=G1+P1C1=G1+P1(G0+P0C0)C3=G2+P2C2=G2+P2(G1+P1(G0+P0C

5、0)C4=G3+P3C3=G3+P3(G2+P2(G1+P1(G0+P0C0)绽开并整理得到绽开并整理得到C1=G0+P0C0C2=G1+P1G0+P1P0C0C3=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C0C4=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0(图图3-8)先先 行行 进进 位位 CLA(Carry LookAhead)加法器加法器(图图3-9)。3-83-9组间行波进位加法器组间行波进位加法器图图3-11组间行波进位形成过程组间行波进位形成过程ty10864C16C12C8C4C1C0Ci3-10两级先行进位加法器两级先行进位加法器Gi*为为第第i组

6、组先先行行进进位位加加法法器器的的进进位位产产生函数，生函数，Pi*为第为第i组先行进位加法器的进位传组先行进位加法器的进位传递函数递函数Gi*=G4i+3+P4i+3G4i+2+P4i+3P4i+2G4i+1+P4i+3P4i+2P4i+1G4iPi*=P4i+3P4i+2P4i+1P4i,i=0,1,2,3小组间产生四个进位小组间产生四个进位C4=G0*+P0*C0C8=G1*+P1*G0*+P1*P0*C0C12=G2*+P2*G1*+P2*P1*G0*+P2*P1*P0*C0C16=G3*+P3*G2*+P3*P2*G1*+P3*P2*P1*G0*+P3*P2*P1*P0*C03-12

7、3-133-143-15其它的并行加法器其它的并行加法器图图3-16 32 32位进位选择加法器位进位选择加法器10五、一位五、一位8421码十进制加法器码十进制加法器1、十进制数的、十进制数的8421码加法运算规则码加法运算规则(1)和和1001时，不必修正时，不必修正例例x=3，y=4,求求x+y=?解：十进制数运算解：十进制数运算3+478421码码0011+)01000111(+7)正确结果正确结果例例 x=8，y=5，求求x+y=?解：十进制数运算解：十进制数运算8+5138421码码1000+)01011101错误结果错误结果(2)和和1010时，须要修正时，须要修正例例 x=9，

8、y=8，求求x+y=?解：十进制数运算解：十进制数运算9+8178421码码1001+)100010001错误结果错误结果1101+)011010011（13）正确正确10001+)011010111（17）正确正确2、8421码十进制加法器的组成码十进制加法器的组成十进制数十进制数未修正的和未修正的和C4S3S2S1S08421码码C4S3S2S1S0修正法修正法012345678900000001001000110100010101100111100010010000000100100011010001010110011110001001不修正不修正表表3-18421码加法器修正关系码加法

9、器修正关系十进制数十进制数未修正的和未修正的和C4S3S2S1S08421码码C4S3S2S1S0修正法修正法101112131415161718191010101111001101111011111000010001100101001110000100011001010011101001010110110101111100011001+6修正修正须要修正的项为：须要修正的项为：C4+S3S2+S3S1=1；图图3-17 84213-17 8421码十进制加法器码十进制加法器3.1.2多功能算术逻辑单元多功能算术逻辑单元ALU一、多功能算术逻辑单元一、多功能算术逻辑单元74181Fi=Ai B

10、i Ci=Pi CiCi+1=GiM+PiMCi3-18表表3-2XiYi与与AiBi的关系的关系S3S200011011Xi1Ai+BiAi+BiAiS1S00110110YiAiAiBiAiBi00对于任一对于任一Xi、Yi都满足都满足Xi+Yi=XiXiYi=YiGi=XiYiPi=Xi Yi=Xi+Yi则则Yi=GiXi=PiCi+1=Gi+PiCi=Yi+XiCi则则C1=Y0+X0C0C2=Y1+X1C1=Y1+X1Y0+X1X0C0C3=Y2+X2C2=Y2+X2Y1+X2X1Y0+X2X1X0C03-19二、先行进位发生器二、先行进位发生器74182图中图中G0G3即即,即即C

11、n+x=G0*(P0*+Cn)Cn+y=G1*(P1*+G0*(P0*+Cn)Cn+Z=G2*(P2*+G1*(P1*+G0*(P0*+Cn)G(G*)=G3*(P3*+G2*)(P3*+P2*+G1*)(P3*+P2*+P1*+G0*)P(P*)=P3*+P2*+P1*+P0*3-203-21SN74181SN74181是是4 4位先行进位位先行进位ALU ALU 芯片，中规模集成电路。芯片，中规模集成电路。SN74182SN74182是是4 4位位BCLA(组间先行进位组间先行进位)芯片。芯片。多芯片级联构成先行进位多芯片级联构成先行进位ALUALU4 4个个SN74181SN74181芯

12、片串行构成一个芯片串行构成一个1616位单级先行进位位单级先行进位ALUALU4 4个个SN74181SN74181芯片与芯片与1 1个个SN74182SN74182芯片可构成芯片可构成1616位两级先行进位位两级先行进位ALUALU1616个个SN74181SN74181芯片与芯片与5 5个个SN74182SN74182芯片可构成芯片可构成6464位先行进位位先行进位ALUALU现代主流计算机中现代主流计算机中ALUALU并非通过芯片级联而成并非通过芯片级联而成一个一个CPUCPU芯片中有多个处理器核芯片中有多个处理器核一个核中有多个一个核中有多个3232位位/64/64位位ALU!ALU!

13、多功能算逻单元总结多功能算逻单元总结3.2定点运算定点运算3.2.1定点加减运算定点加减运算一、补码加减法所依据的关系式一、补码加减法所依据的关系式1、加法、加法x补补+y补补=x+y补补（1）x0，y0，则，则x+y0 x补补+y补补=x+y=x+y补补（2）x0，y0 x补补=x，y补补=2+y则则x补补+y补补=2+(x+y)(i)|x|y|0 x+y1(正数正数)x补补+y补补=2+(x+y)=x+y=x+y补补0.（ii）|x|y|-1x+y0(负数负数)x补补+y补补=2+(x+y)=x+y补补(3)x0与（与（2）类似）类似(4)x0,y0 x+y0 x补补=2+x，y补补=2+

14、y，则则x补补+y补补=2+x+2+y=2+(2+x+y)x+y0,而且其确定值又小于而且其确定值又小于1。则则12+x+y22+(2+x+y)=2+(x+y)x补补+y补补=2+(x+y)=x+y补补2、减法、减法xy补补=x+(-y)补补=x补补+-y补补1.（1）0y1(正数正数)y补补=y原原=0.y1y2yn-y原原=1.y1y2yn-y补补=1.y1y2yn+2n（2）1y0(负数负数)y补补=1.y1y2yn因因y补补=2+y则则y=y补补2=(21.y1y2yn)=(1.111+2n1.y1y2yn)=(0.y1y2yn+2n)y=0.y1y2yn+2n(y)为正数为正数y补补

15、=0.y1y2yn+2n1.1111.y1y2yn例例1y=0.0110y补补=1.1010y补补=0.0110例例2y=0.0111y补补=0.0111y补补=1.1001二、运算规则二、运算规则参与运算的操作数用补码表示。参与运算的操作数用补码表示。符号位参与运算。符号位参与运算。对于两数相加减的各种状况，计算对于两数相加减的各种状况，计算机都执行求和操作。当操作码为加运算时机都执行求和操作。当操作码为加运算时，两数干脆相加；当操作码为减运算时，两数干脆相加；当操作码为减运算时，将将减减数数连连同同符符号号位位一一起起求求反反加加1与与被被减减数数相加。相加。运算结果以补码表示。运算结果以

16、补码表示。例例1已知：已知：x=0.1001,y=0.0110,求：求：x+y=?解：解：x补补=0.1001y补补=1.1010 x补补0.1001+y补补1.1010 x+y补补10.0011x+y=0.0011例例2已知：已知：x=0.1001,y=0.0101,求：求：x+y=?解解：x补补=1.0111 y补补=1.1011x补补1.0111+y补补1.1011x+y补补11.0010 x+y=0.1110例例3已知：已知：x=0.1001,y=0.0110,求：求：xy=?解解：x补补=0.1001 y补补=0.0110y补补=1.1010 x补补0.1001+y补补1.1010

17、x-y补补10.0011xy=0.0011例例4已知：已知：x=0.1001,y=0.0110,求：求：xy=?解解：x补补=1.0111 y补补=1.1010y补补=0.0110 x补补1.0111+y补补0.0110 x-y补补1.1101xy=0.0011三、实现补码加减运算的逻辑电路三、实现补码加减运算的逻辑电路图图3-23图图3-22四位串行进位补码加减法器四位串行进位补码加减法器四、溢出检测四、溢出检测1、溢出的概念、溢出的概念加法器和寄存器由多少个二进制加法器和寄存器由多少个二进制位组成通常称为定点运算器的字长。位组成通常称为定点运算器的字长。计算机执行算术运算所产生的结计算机执

18、行算术运算所产生的结果超出机器数所能表示的数据范围果超出机器数所能表示的数据范围，称为溢出。，称为溢出。例如例如x=0,110,y=0,011,则则x补补0,110+y补补0,011x+y补补1,001（溢出）（溢出）x+y=7正溢正溢负溢负溢(a)0,110(+6)+)1,011(5)10,001(+1)无溢出无溢出(b)1,110(2)+)1,101(3)11,011(5)无溢出无溢出(c)0,110(+6)+)0,011(+3)1,001溢出溢出(d)1,100(4)+)1,011(5)10,111溢出溢出、2、溢出检测方法、溢出检测方法(1)接受一个符号位接受一个符号位A=an-1an

19、-2a0B=bn-1bn-2b0S=sn-1sn-2s0OVR=an-1bn-1sn-1+an-1bn-1sn-1an-1Sn-1=1=1&bn-1OVR图图3-24溢出检测电路溢出检测电路(2)用用cn-1和和cn推断推断OVR=cn-1 cn(3)接接受受双双符符号号位位(模模4补补码码或或变变形形补补码码)模模4补码的定义为补码的定义为x补补=x补补+y补补=x+y补补x0 x24+x2x0两数相加后结果符号为：两数相加后结果符号为：00或或11没有溢出；没有溢出；01正溢；正溢；10负溢。负溢。OVR=sf1 sf2例例 1 已已 知知 x=0.010,y=0.011,求求x+y=?解

20、解x补补=00.010y补补=00.011x补补00.010+)y补补00.01100.101无溢出无溢出x+y=0.101例例2已已知知x=0.010,y=0.011，求求x+y=?解解x补补=11.110y补补=11.101x补补11.110+)y补补11.10111.011无溢出无溢出x+y=0.101例例3 已知已知x=0.110,y=0.011，求求x+y=?解解x补补=00.110y补补=00.011x补补00.110+)y补补00.01101.001正溢出正溢出例例4已已知知x=0.100,y=0.101，求求x+y=?解解x补补=11.100y补补=11.011x补补11.10

21、0+)y补补11.01110.111负溢出负溢出3.3.2 3.3.2 定点乘法运算定点乘法运算通过多次相加和移位来实现乘除运算。通过多次相加和移位来实现乘除运算。一、移位操作一、移位操作1、移位操作的种类、移位操作的种类逻辑移位逻辑移位循环移位循环移位算术移位算术移位2、逻辑移位（图、逻辑移位（图3-25）左移低位补左移低位补0，右移高位补，右移高位补0如如1011010101101010010110103、循环移位（图、循环移位（图3-25）1001100100110011110011004、算术移位、算术移位算术移位则数的符号不变而数算术移位则数的符号不变而数量发生变更。左移一位将使数值

22、扩量发生变更。左移一位将使数值扩大一倍大一倍(乘以乘以2)(在不产生溢出的情在不产生溢出的情况下况下)，右移一位则使数值缩小一，右移一位则使数值缩小一倍倍(乘以乘以1/2)(假如不考虑舍入的情假如不考虑舍入的情况况)。(1)正数正数移位后的空位均补移位后的空位均补0（符号不变）（符号不变）例例0.01100.11000.0011例：某变量初值：例：某变量初值：01111111(=127)左移左移1位后为：位后为：11111110(=-126 254，溢出，错误，溢出，错误)(2)负数负数负数的原码移位后的空位补负数的原码移位后的空位补0负数的补码左移后的空位补负数的补码左移后的空位补0,右移右

23、移后的空位补后的空位补1。负数的反码移位后的空位补负数的反码移位后的空位补1图图3-253-25移位操作移位操作二、原码一位乘法二、原码一位乘法设设x原原=xs.x1x2xny原原=ys.y1y2yn则则x原原y原原=xs ys.(0.x1x2xn)(0.y1y2yn)1、运算方法、运算方法例例x=0.1101y=0.10110.1101)0.101111011101000011010.10001111乘数寄存器乘数寄存器=2-1x+2-10 x+2-1(x+2-1(x+0)P1P2P3P4xy=x(0.1011)=0.1x+0.00 x+0.001x+0.0001x=0.1x+0.10 x+

24、0.1(x+0.1x)对于一般情况对于一般情况设设x=0.x1x2xn,y=0.y1y2yn则则xy=21(y1x+21(y2x+21(+21(yn-1x+21(ynx+0)其递推公式为：其递推公式为：P0=0P1=21(ynx+P0)P2=21(yn-1x+P1)Pi=21(yn-i+1x+Pi-1)Pn=21(y1x+Pn-1)xy=(xs ys)Pn举例：举例：x=0.1101y=0.1011,xy原原=(xs ys)Pn=0.10001111xy=0.10001111流程图流程图2 2、原理框图、原理框图3-28三、补码一位乘法三、补码一位乘法1、补码与真值之间的关系、补码与真值之间的

25、关系设设x补补=xs.x1x2xn则则x=-xs+0.x1x2xn2、补码乘法算法的推导、补码乘法算法的推导设被乘数设被乘数x补补=xs.x1x2xn，乘数乘数y补补=ys.y1y2yn则则xy补补=x补补y3、补码乘法比较法、补码乘法比较法布斯布斯(Booth)乘法乘法(1)运算规则运算规则xy补补=x补补ys+y121+y222+yn2n=x补补ys+(y1y121)+(y221y222)+(yn2(n-1)yn2n)=x补补(y1ys)+(y2y1)21+(ynyn-1)2(n1)+(0yn)2n=x补补(y1ys)+2-1(x补补(y2y1)+2-1(x补补(y3 y2)+2-1(x补

26、补(ynyn-1)+2-1(0+x补补(yn+1yn)(yn+1=0)其递推公式为：其递推公式为：P0补补0P1补补2-1（P0补补+(yn+1-yn)x补补）P2补补2-1（P1补补+(yn-yn-1)x补补）Pi补补2-1（Pi-1补补+(yn-i+2-yn-i+1)x补补）Pn补补=2-1（Pn-1补补+(y2-y1)x补补）Pn+1补补=Pn补补+(y1-ys)x补补=x.y补补ysy1y2y3y40yi+1yi00yi+1yi1x补补yi+1yi1-x补补Booth算法描述如下算法描述如下参与运算的数用补码表示参与运算的数用补码表示符号位参与运算符号位参与运算乘数最低位后面增加一位附

27、加乘数最低位后面增加一位附加位位yn+1(初初值值为为0)，以以后后逐逐次次比比较较相相邻邻两位并按下列规则运算两位并按下列规则运算部分积加部分积加0，右移一位，右移一位部分积加部分积加x补补，右移一位，右移一位部分积加部分积加x补补，右移位，右移位部分积加部分积加0，右移一位，右移一位00011011操作操作ynyn+1按按上上述述算算法法进进行行n+1步步(n是是不不包包括括符号位在内的字长符号位在内的字长)，但，但n+1步不移位步不移位移位要按补码的移位规则进行移位要按补码的移位规则进行例例已知：已知：x=0.0101,y=-0.1101,求求xy=?解解x补补=0.0101,y补补=1

28、.0011x补补=1.1011xy补补=1.10111111xy=0.01000001流程图流程图（2 2）原理框图原理框图3-30四、快速乘法四、快速乘法1.Booth两位乘法两位乘法依据补码一位乘法的规则，将比依据补码一位乘法的规则，将比较较ynyn+1的状态与比较的状态与比较yn-1yn的的状态所执行的操作合并成一步状态所执行的操作合并成一步。部分部分积积+0，右移两位，右移两位部分部分积积+x补补，右移两位，右移两位部分部分积积+x补补，右移两位，右移两位部分部分积积+2x补补，右移两位，右移两位 部分部分积积+2-x补补，右移两位，右移两位部分部分积积+-x补补，右移两位，右移两位

29、部分部分积积+x补补，右移两位，右移两位部分部分积积+0，右移两位，右移两位0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1操作操作yn-1ynyn+12.被加数进位保留乘法被加数进位保留乘法阵列乘法器：串行进位阵列乘法器：串行进位进位保留阵列乘法器进位保留阵列乘法器3.2.3定点除法运算定点除法运算一、原码除法一、原码除法设设x原原=xs.x1x2xn，y原原=ys.y1y2yn,则则q原原=(xs ys).(x1x2xn/y1y2yn)1、复原余数法、复原余数法例例x=0.1011，y=0.1101,求求x/y=?0.11010.11010.10110110

30、11001011011010011010111计算机实现除法计算机实现除法干干脆脆作作减减法法摸摸索索，依依据据所所得得余余数数的的符符号号来来推推断断被被除除数数(余余数数)与与除除数数的大小。的大小。用左移被除数用左移被除数(余数余数)实现实现把把求求得得的的每每一一位位商商上上到到商商值值寄寄存存器的最低一位器的最低一位被被除除数数(余余数数)减减除除数数的的操操作作用用加加|y|补实现。补实现。2、不复原余数法（加减交替法）、不复原余数法（加减交替法）（1）运算方法）运算方法ri=2ri-1 y ri0，商，商“1”，ri+1=2ri|y|。ri0,商商“0”，ri+1=2(ri+|y

31、|)|y|=2ri+|y|余数为正，商余数为正，商“1”，2ri|y|余数为负，商余数为负，商“0”，2ri+|y|例例x=0.1011y=0.1101求求x/y原原=?解：解：|x|=0.1011|y|=0.1101|y|补补=1.0011图图3-35 3-35 流程图流程图3-363.4浮点运算浮点运算非规格化浮点运算非规格化浮点运算规格化浮点运算规格化浮点运算3.4.1浮点加减运算浮点加减运算设有两个浮点数设有两个浮点数x和和y1、对阶、对阶对阶的第一步是求阶差对阶的第一步是求阶差对阶的规则是小阶向大阶看齐对阶的规则是小阶向大阶看齐例例两浮点数为两浮点数为x=0.1101201y=(0.

32、1010)211求求x+y=?解：解：x、y在计算机中以补码表示为在计算机中以补码表示为x补补=00,01；00.1101ExMxy补补=00,11；11.0110EyMyE=00,01+11,01=11,10(2)x补补=00,11；00.0011012、求和、求和/差差x补补=00,11；00.001101y补补=00,11；11.0110则则Mx+My补补为为00.001101+)11.011011.100101即即x+y补补=00,11；11.1001013、规格化、规格化(1)左规左规x+y补补=00,11；11.100101x+y补补=00,10；11.00101x+y=0.111

33、0210(2)右规右规例例x=0.1101210，y=0.1011201求求x+y=?x+y补补=00,10；01.0010 x+y补补=00,11；00.1001则则x+y=0.10012114、舍入、舍入(1)0舍舍1入入01.010021000.101021101.101120100.11102101.011010001.0110(2)恒置恒置1法法00.101121100.11012105、浮点数的溢出推断、浮点数的溢出推断阶阶码码有有m位位(包包括括一一位位符符号号位位)，接受补码或移码表示，则表数范围为接受补码或移码表示，则表数范围为2m1E2m11。流程图流程图3-413.4.2

34、浮点乘除运算浮点乘除运算设设两个浮点数分别为两个浮点数分别为则则图图3-43浮点数乘法运算流程图（浮点数乘法运算流程图（Z=X*Y）3.4.3浮点运算所须要的硬件浮点运算所须要的硬件1.阶码运算部件（定点整数运算）阶码运算部件（定点整数运算）阶码大小的比较、阶码加法运阶码大小的比较、阶码加法运算、阶码调整时的增量与减量算、阶码调整时的增量与减量2.尾数运算部件（定点小数运算）尾数运算部件（定点小数运算）左移、右移、尾数加法运算、左移、右移、尾数加法运算、尾数乘除运算。尾数乘除运算。关于运算器的补充内容关于运算器的补充内容1.CPU之外的浮点运算器之外的浮点运算器8087是美国是美国Intel公

35、司为处理浮点数等数据的算术运算和多种函数计算而设计生产的专用公司为处理浮点数等数据的算术运算和多种函数计算而设计生产的专用算术运算处理器。由于其算术运算是协作算术运算处理器。由于其算术运算是协作8086 CPU进行的，所以进行的，所以8087又称为协处理器又称为协处理器（Co-processor）。）。以下说明以下说明8087浮点运算器的特点和内部结构。浮点运算器的特点和内部结构。（1）以异步方式与）以异步方式与8086并行工作。并行工作。8087相当于相当于8086的一个的一个I/O部件，本身有它自己的指部件，本身有它自己的指令，但不能单独运用，它只能作为令，但不能单独运用，它只能作为808

36、6主主CPU的协处理器才能运算。假如的协处理器才能运算。假如8086从主存读从主存读取的指令是取的指令是8087的浮点运算指令，则它们以输出的方式把该指令送到的浮点运算指令，则它们以输出的方式把该指令送到8087，8087接受指接受指令后进行译码并执行浮点运算。令后进行译码并执行浮点运算。8087进行运算期间，进行运算期间，8086可取下一条其他指令予以执行，可取下一条其他指令予以执行，因而实现了并行工作。假如在因而实现了并行工作。假如在8087执行浮点运算指令过程中，执行浮点运算指令过程中，8086又取来了一条又取来了一条8087指指令，则令，则8087给出给出“忙忙”标记信号加以拒绝，使标

37、记信号加以拒绝，使8086暂停向暂停向8087发送吩咐。只有待发送吩咐。只有待8087完完成浮点运算而取消成浮点运算而取消“忙忙”标记信号以后，标记信号以后，8086才可以进行下一次发送操作。才可以进行下一次发送操作。（2）可处理包括二进制浮点数、二进制整数和压缩十进制数串三大类）可处理包括二进制浮点数、二进制整数和压缩十进制数串三大类7种类型数据，其种类型数据，其中浮点数的格式符合中浮点数的格式符合IEEE-754标准，有标准，有32位、位、64位、位、80位（临时实数）三种。位（临时实数）三种。2.CPU之内的浮点运算器之内的浮点运算器奔腾（奔腾（Pentium）CPU将浮点运算器包含在芯

38、片内，浮点运算部件接受流水线设计。将浮点运算器包含在芯片内，浮点运算部件接受流水线设计。指令执行过程分为指令执行过程分为8段流水线。前段流水线。前4 段为指令预取（段为指令预取（DF）、指令译码（）、指令译码（D1）、地址生成）、地址生成（D2）、取操作数（）、取操作数（EX），在），在U、V流水线中完成；后流水线中完成；后4段为执行段为执行1（X1）、执行）、执行2（X2）、结果写回寄存器堆（）、结果写回寄存器堆（WB）、错误报告（）、错误报告（ER），在浮点运算器中完成。奔腾），在浮点运算器中完成。奔腾CPU内部的主要流水线是内部的主要流水线是“U-Pipe”，能应付全部的，能应付全部的x

39、86指令；另一条流水线称为指令；另一条流水线称为“V-Pipe”，只能对一些简洁的整数指令和一个浮点运算指令，只能对一些简洁的整数指令和一个浮点运算指令“FXCH”解码。一般状况下，由解码。一般状况下，由U流水线完成一条浮点数操作指令。流水线完成一条浮点数操作指令。浮点部件内有浮点专用加法器、乘法器和除法器，有浮点部件内有浮点专用加法器、乘法器和除法器，有8个个80位寄存器组成的寄存器堆，内位寄存器组成的寄存器堆，内部的数据总线为部的数据总线为80位宽，可支持位宽，可支持IEEE-754标准的单精度和双精度格式的浮点数，还运用标准的单精度和双精度格式的浮点数，还运用一种称为临时实数的一种称为临

40、时实数的80位浮点数。位浮点数。以上参见以上参见 :/share.onlinesjtu /mod/tab/view.php?id=188关于算术流水线关于算术流水线一个计算机系统可以在不同的并行等级上接受流水线一个计算机系统可以在不同的并行等级上接受流水线技术。常见的流水线形式有：技术。常见的流水线形式有：(1)(1)、指令流水线，是指指令步骤并行。例如，将指令、指令流水线，是指指令步骤并行。例如，将指令流的处理过程划分为取指、译码、取操作数和执行这几个流的处理过程划分为取指、译码、取操作数和执行这几个并行处理的过程段。目前，几乎全部的高性能计算机都接并行处理的过程段。目前，几乎全部的高性能计

41、算机都接受了指令流水线。受了指令流水线。(2)(2)、算术流水线，是指运算操作步骤并行。如流水线、算术流水线，是指运算操作步骤并行。如流水线加法器、流水线乘法器等。现代计算机中已广泛接受了流加法器、流水线乘法器等。现代计算机中已广泛接受了流水线的算术运算器。水线的算术运算器。(3)(3)、处理机流水线，又称为宏流水线，是指程序步骤、处理机流水线，又称为宏流水线，是指程序步骤的并行。的并行。:/netcourse.cug.edu :/netcourse.cug.edu/NCourse/weixingjisuanji/content/chapter9/9_5/9_5_0./NCourse/weixingjisuanji/content/chapter9/9_5/9_5_0.htmhtm浮点运算流水线可参考：浮点运算流水线可参考：:/:/lcsee.wvu.edu/jdmooney/classes/cs555/notes/tech/arlcsee.wvu.edu/jdmooney/classes/cs555/notes/tech/arithpipe.htmlithpipe.html