[發明專利]一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元

無效

• 申請號: 201010109387.6
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101847088A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 譚洪舟;胡建國;丁顏玉;鐘偉;林克
• 申請（專利權）人: 譚洪舟
• 主分類號: G06F7/57
• 分類號: G06F7/57
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 宋冬濤

技術領域

本發明涉及微控制器算術邏輯單元，具體來說，涉及利用模塊與操作碼復用，降低硬件資源消耗、節省芯片面、低成本的一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元。

背景技術

微控制器(MCU，Micro?Control?Unit)是把中央處理器(CPU)，一定容量的存儲器和若干輸入/輸出端口等部件集成在一塊小硅片上的微型計算機，又稱單片機。微控制器自20世紀70年代問世以來，被廣泛地應用于科研、生產、生活及其他各個領域，已對人類社會的發展產生了很大的影響。尤其是美國Intel公司生產的MCS-51系列微控制器，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性好、系統結構簡單、價格低廉、易于使用等優點，迅速占領了工業測控和自動化工程應用的主要市場，在全世界已經得到廣泛的應用，并取得了令人矚目的成果。

算術邏輯單元(ALU)是微控制器的中央處理器的一個核心組成部分，用于完成各種算術與邏輯運算。算術邏輯單元不僅能完成8位數據加(帶進位加)、減(帶借位減)、乘、除、加1、減1及BCD加法的十進制調整等算術運算，還能進行邏輯“與”、“或”、“異或”、求補、清零等邏輯運算，并具有數據傳送，程序轉移等功能。此外，MCS-51微控器的算術邏輯單元還具有一般微計算機算術邏輯單元所不具備的功能，即位操作處理，可對直接尋址的位變量進行處理，如置位、清零、取反、測試轉移以及邏輯與、或等位操作，使用戶在編程時可利用指令完成原來單憑復雜的硬件邏輯所完成的功能，并可方便的設置標志位等。

現有的算術邏輯單元設計中，有以下兩種缺點：對算術邏輯單元的每一種操作都進行單獨編碼，導致算術邏輯單元操作碼過多，譯碼器復雜度增大；對加、減、乘、除功能，分別由加法器、減法器、乘法器、除法器4個單獨的功能模塊來實現，導致算術邏輯單元結構冗余，硬件資源消耗高。總之，現有的算術邏輯單元設計，往往只注重功能的實現，而欠缺對芯片面積優化方面的考慮，致使算術邏輯單元硬件資源消耗高，芯片面積大，實現成本高。

發明內容

針對以上不足，本發明提供通過采用功能模塊復用與操作碼復用方法，優化算術邏輯單元的系統結構，節省硬件資源消耗，減少芯片面積，從而最終達到降低芯片成本的目的一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元。

本發明是這樣實現的：一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元，由譯碼控制器、加法器、乘法控制器、除法控制器、十進制數調整器、邏輯運算器，位處理器和數據通路選擇器組成，譯碼控制器對輸入的算術邏輯單元操作碼進行譯碼，并根據操作碼為加法器，乘法控制器，除法控制器，十進制調整器，邏輯運算器，位處理器這6種運算模塊分配源操作數、源操作數和源標志位，運算模塊根據兩個源操作數和源標志位進行相應運算，并產生運算結果；數據通路選擇器根據譯碼控制器器的控制信號，選擇其中一組運算結果輸出，輸出信號包括目的操作數、目的操作數(僅乘除法有)和目的標志位。能夠實現各種算術運算、邏輯運算、字節交換操作與位操作等。

本發明的有益效果：本發明通過采用操作碼復用，功能模塊復用的方法，優化算術邏輯單元的系統結構，節省硬件資源消耗，減少芯片面積，在保證功能正確的前提下達到了降低芯片成本的目的。

附圖說明

圖1為本發明的一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元算術邏輯單元整體示意圖；

圖2為本發明一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元執行乘法指令時的數據通路示意圖；

圖3為本發明一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元執行除法指令時的數據通路示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元進行進一步闡述。

一種基于模塊與操作碼復用的低成本算術邏輯單元，如圖1所示，包括譯碼控制器10、數據通路選擇器20，加法器30，乘法控制器40，除法控制器50，十進制調整器60，邏輯運算器70和位處理器80；譯碼控制器10對輸入的算術邏輯單元操作碼進行譯碼，并根據操作碼為加法器30，乘法控制器40，除法控制器50，十進制調整器60，邏輯運算器70，位處理器80這6種運算模塊分配源操作數1、源操作數2和源標志位，運算模塊根據兩個源操作數和源標志位進行相應運算，并產生運算結果，而數據通路選擇器20則根據譯碼控制器器10的控制信號，選擇其中一組運算結果輸出，輸出信號包括目的操作數1、目的操作數2(僅乘除法有)和目的標志位。能夠實現各種算術運算、邏輯運算、字節交換操作與位操作等。