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據的功能部件，對數據處理主要包括數據的算術運算和邏輯數據的邏輯操作；因此，實現對數據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據的加工處理，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，比較數值，變更符號，計算主存地址等。

本教程操作環境：windows7系統、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。運算器處理的數據來自存儲器；處理后的結果數據通常送回存儲器，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據的功能部件。對數據處理主要包括數據的算術運算和邏輯數據的邏輯操作。因此，實現對數據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據的加工處理，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據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運算，特點是機器數所表示的范圍較小，但結構較簡單。

• 浮點運算器功能較強，既能對浮點數，又能對定點數進行運算，其數的表示范圍很大，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和數據處理，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，在進行數值計算時，結果的有效數位可能較長，必須截取一定的有效數位，由此而產生最低有效數位的舍入問題。選用的舍入規則也影響到計算結果的精確度。在選擇計算機的數的表示方式時，應當全面考慮以下幾個因素：要表示的數的類型（小數、整數、實數和復數）：決定表示方式，可能遇到的數值范圍：確定存儲、處理能力。數值精確度：處理能力相關；數據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：容許的數值范圍很大，但要求的處理硬件比較復雜。

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

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

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

機器零的概念：尾數為0或是階碼值小于所能表示的最小數。

3、十進制數串的表示方法：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：將十進制數變為二進制數運算，輸出時再由二進制變為十進制。直接的十進制運算。直接運算的表示方法：字符串形式：用于非數值計算領域、壓縮的十進制數串：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、自定義數據表示：標志符數據表示、描述符數據表示。區別：標志符與每個數據相連，二者合起來存放在一個存儲單元，而描述符要和數據分開存放；描述符表示中，先訪問描述符，后訪問數據，至少增加一次訪存；描述符是程序的一部分，而不是數據的一部分。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。定點小數的補碼。定點整數的補碼，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。余數處理的兩種方法：恢復余數法：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，運算步驟確定，適合計算機操作。邏輯數概念：不帶符號的二進制數。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”到負邏輯中變為“或”，即+·互換。

內部總線，總線分類：內部總線、外部總線（系統總線）、通信總線。總線又可分為單向總線和雙向總線。帶鎖存器的總線可實現總線的復用。運算器包括ALU、陣列乘除器件、寄存器、多路開關、三態緩沖器、數據總線等邏輯部件。運算器的設計，主要是圍繞著ALU和寄存器同數據總線之間如何傳送操作數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據的基本位數。它決定了寄存器、運算器和數據總線的位數，因而直接影響到硬件的價格。字長標志著計算精度。為協調精度與造價，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。用于科學計算的機器，為了確保精度，需要較長的字長；用于數據處理、工業控制的機器，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行的指令條數來表示，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行 100萬條指令（即 1MIPS）。有時也采用加權平均法（即根據每種指令的執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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