計算機的運算器有哪些功能

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運算器的主要功能是完成算術和邏輯運算。運算器是計算機中處理數(shù)據(jù)的功能部件，對數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)的算術運算和邏輯數(shù)據(jù)的邏輯操作；因此，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的算術與邏輯運算是運算器的核心功能。運算器的基本功能是完成對各種數(shù)據(jù)的加工處理，例如算術四則運算，與、或、求反等邏輯運算，算術和邏輯移位操作，比較數(shù)值，變更符號，計算主存地址等。

本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、Dell G3電腦。

運算器的主要功能是完成：算術運算和邏輯運算。

運算器：arithmetic unit，計算機中執(zhí)行各種算術運算和邏輯運算操作的部件。

運算器由算術邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲器；處理后的結果數(shù)據(jù)通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。與Control Unit共同組成了CPU的核心部分。

運算器是計算機中處理數(shù)據(jù)的功能部件。對數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)的算術運算和邏輯數(shù)據(jù)的邏輯操作。因此，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的算術與邏輯運算是運算器的核心功能。

運算器的基本功能是完成對各種數(shù)據(jù)的加工處理，例如算術四則運算，與、或、求反等邏輯運算，算術和邏輯移位操作，比較數(shù)值，變更符號，計算主存地址等。

運算器中的寄存器用于臨時保存參加運算的數(shù)據(jù)和運算的中間結果等。運算器中還要設置相應的部件，用來記錄一次運算結果的特征情況，如是否溢出，結果的符號位，結果是否為零等。

運算器類型

計算機所采用的運算器類型很多，從不同的角度分析，就有不同的分類方法。

• 從小數(shù)點的表示形式可分為定點運算器和浮點運算器。

• 定點運算器只能做定點數(shù)運算，特點是機器數(shù)所表示的范圍較小，但結構較簡單。

• 浮點運算器功能較強，既能對浮點數(shù)，又能對定點數(shù)進行運算，其數(shù)的表示范圍很大，但結構相當復雜。

• 從進位制方面分為二進制運算器和十進制運算器。

• 一般計算機都采用二進制運算器，隨著計算機廣泛應用于商業(yè)和數(shù)據(jù)處理，越來越多的機器都擴充十進制運算的功能，使運算器既能完成二進制的運算，也能完成十進制運算。

計算機中運算器需要具有完成多種運算操作的功能，因而必須將各種算法綜合起來，設計一個完整的運算部件。

運算器的運算方法

實現(xiàn)運算器的操作，特別是四則運算，必須選擇合理的運算方法。它直接影響運算器的性能，也關系到運算器的結構和成本。另外，在進行數(shù)值計算時，結果的有效數(shù)位可能較長，必須截取一定的有效數(shù)位，由此而產生最低有效數(shù)位的舍入問題。選用的舍入規(guī)則也影響到計算結果的精確度。在選擇計算機的數(shù)的表示方式時，應當全面考慮以下幾個因素：要表示的數(shù)的類型（小數(shù)、整數(shù)、實數(shù)和復數(shù)）：決定表示方式，可能遇到的數(shù)值范圍：確定存儲、處理能力。數(shù)值精確度：處理能力相關；數(shù)據(jù)存儲和處理所需要的硬件代價：造價高低。

兩種常用格式：定點格式：定點格式容許的數(shù)值范圍有限，但要求的處理硬件比較簡單；浮點格式：容許的數(shù)值范圍很大，但要求的處理硬件比較復雜。

1、定點數(shù)表示法：定點指小數(shù)點的位置固定，為了處理方便，一般分為定點純整數(shù)和純小數(shù)。

2、浮點數(shù)表示法：由于所需表示的數(shù)值取值范圍相差十分懸殊，給存儲和計算帶來諸多不便，因此出現(xiàn)了浮點運算法。

浮點表示法，即小數(shù)點的位置是浮動的。其思想來源于科學計數(shù)法。IEEE754的浮點數(shù)（比較特殊）浮點數(shù)的規(guī)格化：主要解決同一浮點數(shù)表示形式的不唯一性問題。規(guī)定 ，否則尾數(shù)要進行左移或右移。

機器零的概念：尾數(shù)為0或是階碼值小于所能表示的最小數(shù)。

3、十進制數(shù)串的表示方法：由于人們對十進制比較熟悉，因此在計算機中要增加對十進制運算的支持。兩種方式：將十進制數(shù)變?yōu)槎M制數(shù)運算，輸出時再由二進制變?yōu)槭M制。直接的十進制運算。直接運算的表示方法：字符串形式：用于非數(shù)值計算領域、壓縮的十進制數(shù)串：分為定長和不定長兩種。需要相應的十進制運算器和指令支持。

4、自定義數(shù)據(jù)表示：標志符數(shù)據(jù)表示、描述符數(shù)據(jù)表示。區(qū)別：標志符與每個數(shù)據(jù)相連，二者合起來存放在一個存儲單元，而描述符要和數(shù)據(jù)分開存放；描述符表示中，先訪問描述符，后訪問數(shù)據(jù)，至少增加一次訪存；描述符是程序的一部分，而不是數(shù)據(jù)的一部分。原碼：比較自然的表示法，最高位表示符號，0為正，1為負。優(yōu)點：簡單易懂。缺點：加減法運算復雜。補碼：加減法運算方便，減法可以轉換為加法。定點小數(shù)的補碼。定點整數(shù)的補碼，反碼：為計算補碼方便而引入。由反碼求補碼：符號位置1，各位取反，末位加1。移碼：用于階碼的表示，兩個移碼容易比較大小，便于對階。

ASCII碼 輸入碼：用于漢字輸入；漢字的存儲；字模碼：用于漢字的顯示。余數(shù)處理的兩種方法：恢復余數(shù)法：運算步驟不確定，控制復雜，不適合計算機運算。加減交替法：不恢復余數(shù)，運算步驟確定，適合計算機操作。邏輯數(shù)概念：不帶符號的二進制數(shù)。四種邏輯運算：邏輯非、邏輯加、邏輯乘、邏輯異。多功能算術/邏輯運算單元（ALU） 并行進位，行波進位加/減法器存在的兩個問題：運算時間長，行波進位加/減法器只能完成加法和減法，而不能完成邏輯操作，控制端M用來控制作算術運算還是邏輯運算，兩種運算的區(qū)別在于是否對進位進行處理。M=0時，對進位無影響，為算術運算；M=1時，進位被封鎖，為邏輯運算。正邏輯中，“1”用高電平表示，“0”用低電平表示，而負邏輯剛好相反。邏輯與負邏輯的關系為，正邏輯的“與”到負邏輯中變?yōu)椤盎颉?，?·互換。

內部總線，總線分類：內部總線、外部總線（系統(tǒng)總線）、通信總線?？偩€又可分為單向總線和雙向總線。帶鎖存器的總線可實現(xiàn)總線的復用。運算器包括ALU、陣列乘除器件、寄存器、多路開關、三態(tài)緩沖器、數(shù)據(jù)總線等邏輯部件。運算器的設計，主要是圍繞著ALU和寄存器同數(shù)據(jù)總線之間如何傳送操作數(shù)和運算結果而進行的。運算器的三種結構形式：單總線結構的運算器：這種結構的主要缺點是操作進度較慢，但控制電路比較簡單。雙總線結構的運算器。三總線結構的運算器：三總線結構的運算器的特點是操作時間快。

性能指標

1、機器字長

機器字長是指參與運算的數(shù)據(jù)的基本位數(shù)。它決定了寄存器、運算器和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，因而直接影響到硬件的價格。字長標志著計算精度。為協(xié)調精度與造價，并滿足多方面的要求，許多計算機允許變字長計算，例如半字長、全字長和雙倍字長等。由于數(shù)和指令代碼都放在主存中，因而字長與指令碼長度往往有一個對應關系，字長也就影響到指令系統(tǒng)功能的強弱。計算機字長從 4 位、8 位、16 位、32 位到 64 位不等。機器字長可包含一個或多個字節(jié)。用于科學計算的機器，為了確保精度，需要較長的字長；用于數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制的機器，字長為 16 位或 32 位就能滿足要求。

2.、運算速度

它是計算機的主要指標之一。計算機執(zhí)行不同的運算

和操作所需的時間可能不同，因而對運算速度存在不同的計算方法。一般常用平均速度，即在單位時間內平均能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示，如某計算機運算速度為 100 萬次 /秒，就是指該機在一秒鐘內能平均執(zhí)行 100萬條指令（即 1MIPS）。有時也采用加權平均法（即根據(jù)每種指令的執(zhí)行時間以及該指令占全部操作的百分比進行計算）求得的等效速度表示

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