補(bǔ)碼乘法,補(bǔ)碼乘法計(jì)算詳細(xì)解說(shuō)
1.補(bǔ)碼與真值得轉(zhuǎn)換公式
補(bǔ)碼乘法因符號(hào)位參與運(yùn)算,可以完成補(bǔ)碼數(shù)的“直接”乘法,而不需要求補(bǔ)級(jí)。這種直接的方法排除了較慢的對(duì)2求補(bǔ)操作,因而大大加速了乘法過(guò)程。
首先說(shuō)明與直接的補(bǔ)碼乘法相聯(lián)系數(shù)學(xué)特征。對(duì)于計(jì)算補(bǔ)碼數(shù)的數(shù)值來(lái)說(shuō),一種較好的表示方法是使補(bǔ)碼的位置數(shù)由一個(gè)帶負(fù)權(quán)的符號(hào)和帶正權(quán)的系數(shù)。今考慮一個(gè)定點(diǎn)補(bǔ)碼整數(shù)[N]補(bǔ)=anan-1…a1a0,這里an是符號(hào)位。根據(jù)[N]補(bǔ)的符號(hào),補(bǔ)碼數(shù)[N]補(bǔ)和真值N的關(guān)系可以表示成:
如果我們把負(fù)權(quán)因數(shù)-2n強(qiáng)加到符號(hào)位an上,那么就可以把上述方程組中的兩個(gè)位置表達(dá)式合并成下面的統(tǒng)一形式:
??? ??? (2.29)
[例19] 已知: [N1]補(bǔ) = (01101)2,[N2]補(bǔ)=(10011)2,求[N1]補(bǔ),[N2]補(bǔ)具有的數(shù)值。
[解:]
[N1]補(bǔ)=(01101)2 具有的數(shù)值為:
N1=-0×24+1×23+1×22+0×21+1×20=(+13)10
[N2]補(bǔ)=(10011)2 具有的數(shù)值為:
N2=-1×24+0×23+0×22+1×21+1×20=(-13)10
?2.一般化的全加器形式
常規(guī)的一位全加器可假定它的3個(gè)輸入和2個(gè)輸出都是正權(quán)。這種加法器通過(guò)把正權(quán)或負(fù)權(quán)加到輸入/輸出端,可以歸納出四類加法單元。如右表,0類全加器沒(méi)有負(fù)權(quán)輸入;1類全加器有1個(gè)負(fù)權(quán)輸入和2個(gè)正權(quán)輸入;依次類推。
對(duì)0類、3類全加器而言有:
??? S=XYZ+XYZ+XYZ+XYZ
??? C=XY+YZ+ZX
對(duì)1類、2類全加器,則有
??? S=XYZ+XYZ+XYZ+XYZ
??? C=XY+XZ+YZ
表2.3 四類一般化全加器的名稱和邏輯符號(hào)
注意,0類和3類全加器是用同一對(duì)邏輯方程來(lái)表征的,它和普通的一位全加器(0類)是一致的。這是因?yàn)?類全加器可以簡(jiǎn)單地把0類全加器的所有輸入輸出值全部反向來(lái)得到,反之亦然。1類和2類全加器之間也能建立類似的關(guān)系。由于邏輯表達(dá)式具有兩級(jí)與一或形式,可以用“與或非”門來(lái)實(shí)現(xiàn),延遲時(shí)間為2T。
3.直接補(bǔ)碼陣列乘法器
利用混合型的全加器就可以構(gòu)成直接補(bǔ)碼數(shù)陣列乘法器。設(shè)被乘數(shù)A和乘數(shù)B是兩個(gè)5位的二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù),即
A=(a4)a3a2a1a0
B=(b4)a3a2a1a0
它們具有帶負(fù)權(quán)的符號(hào)位a4和b4,并用括號(hào)標(biāo)注。如果我們用括號(hào)來(lái)標(biāo)注負(fù)的被加項(xiàng),例如(aibj),那么A和B相乘過(guò)程中所包含的操作步驟如下面矩陣所示:
5位乘5位的直接補(bǔ)碼陣列乘法器邏輯原理。
其中使用不同的邏輯符號(hào)來(lái)代表0類、1類、2類、3類全加器。2類和1類全加器具有同樣的結(jié)構(gòu),但是使用不同的邏輯符號(hào)可使乘法陣列的線路圖容易理解。
在n位乘n位的一般情況下,該乘法器需要(n-2)2個(gè)0類全加器,(n-2)個(gè)1類全加器,(2n-3)個(gè)2類全加器,1個(gè)3類全加器,總共是n(n-1)個(gè)全加器。 故所需的總乘法時(shí)間是:
tp=Ta+2(n-1)Tf=2T+(2n-2)2T=(4n-2)T (2.31)
[例20] 設(shè)[A]補(bǔ)=(01101)2,[B]補(bǔ)=(11011)2,求[A×B]補(bǔ)=?
[解:]
驗(yàn)證:
-1×27+0×26+1×25+1×24+1×23+1×22+1×21+1×20
=-128+(32+16+8+4+2+1)
=-65
(13)×(-5)=-65
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