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运算器的主要功能是完成算术和逻辑运算。运算器是计算机中处理数据的功能部件，对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作；因此，实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。

本教程操作环境：windows7系统、Dell G3电脑。

运算器的主要功能是完成：算术运算和逻辑运算。

运算器：arithmetic unit，计算机中执行各种算术运算和逻辑运算操作的部件。

运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。

运算器是计算机中处理数据的功能部件。对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作。因此，实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。

运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。

运算器中的寄存器用于临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。运算器中还要设置相应的部件，用来记录一次运算结果的特征情况，如是否溢出，结果的符号位，结果是否为零等。

运算器类型

计算机所采用的运算器类型很多，从不同的角度分析，就有不同的分类方法。

• 从小数点的表示形式可分为定点运算器和浮点运算器。

• 定点运算器只能做定点数运算，特点是机器数所表示的范围较小，但结构较简单。

• 浮点运算器功能较强，既能对浮点数，又能对定点数进行运算，其数的表示范围很大，但结构相当复杂。

• 从进位制方面分为二进制运算器和十进制运算器。

• 一般计算机都采用二进制运算器，随着计算机广泛应用于商业和数据处理，越来越多的机器都扩充十进制运算的功能，使运算器既能完成二进制的运算，也能完成十进制运算。

计算机中运算器需要具有完成多种运算操作的功能，因而必须将各种算法综合起来，设计一个完整的运算部件。

运算器的运算方法

实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。它直接影响运算器的性能，也关系到运算器的结构和成本。另外，在进行数值计算时，结果的有效数位可能较长，必须截取一定的有效数位，由此而产生最低有效数位的舍入问题。选用的舍入规则也影响到计算结果的精确度。在选择计算机的数的表示方式时，应当全面考虑以下几个因素：要表示的数的类型（小数、整数、实数和复数）：决定表示方式，可能遇到的数值范围：确定存储、处理能力。数值精确度：处理能力相关；数据存储和处理所需要的硬件代价：造价高低。

两种常用格式：定点格式：定点格式容许的数值范围有限，但要求的处理硬件比较简单；浮点格式：容许的数值范围很大，但要求的处理硬件比较复杂。

1、定点数表示法：定点指小数点的位置固定，为了处理方便，一般分为定点纯整数和纯小数。

2、浮点数表示法：由于所需表示的数值取值范围相差十分悬殊，给存储和计算带来诸多不便，因此出现了浮点运算法。

浮点表示法，即小数点的位置是浮动的。其思想来源于科学计数法。IEEE754的浮点数（比较特殊）浮点数的规格化：主要解决同一浮点数表示形式的不唯一性问题。规定 ，否则尾数要进行左移或右移。

机器零的概念：尾数为0或是阶码值小于所能表示的最小数。

3、十进制数串的表示方法：由于人们对十进制比较熟悉，因此在计算机中要增加对十进制运算的支持。两种方式：将十进制数变为二进制数运算，输出时再由二进制变为十进制。直接的十进制运算。直接运算的表示方法：字符串形式：用于非数值计算领域、压缩的十进制数串：分为定长和不定长两种。需要相应的十进制运算器和指令支持。

4、自定义数据表示：标志符数据表示、描述符数据表示。区别：标志符与每个数据相连，二者合起来存放在一个存储单元，而描述符要和数据分开存放；描述符表示中，先访问描述符，后访问数据，至少增加一次访存；描述符是程序的一部分，而不是数据的一部分。原码：比较自然的表示法，最高位表示符号，0为正，1为负。优点：简单易懂。缺点：加减法运算复杂。补码：加减法运算方便，减法可以转换为加法。定点小数的补码。定点整数的补码，反码：为计算补码方便而引入。由反码求补码：符号位置1，各位取反，末位加1。移码：用于阶码的表示，两个移码容易比较大小，便于对阶。

ASCII码 输入码：用于汉字输入；汉字的存储；字模码：用于汉字的显示。余数处理的两种方法：恢复余数法：运算步骤不确定，控制复杂，不适合计算机运算。加减交替法：不恢复余数，运算步骤确定，适合计算机操作。逻辑数概念：不带符号的二进制数。四种逻辑运算：逻辑非、逻辑加、逻辑乘、逻辑异。多功能算术/逻辑运算单元（ALU） 并行进位，行波进位加/减法器存在的两个问题：运算时间长，行波进位加/减法器只能完成加法和减法，而不能完成逻辑操作，控制端M用来控制作算术运算还是逻辑运算，两种运算的区别在于是否对进位进行处理。M=0时，对进位无影响，为算术运算；M=1时，进位被封锁，为逻辑运算。正逻辑中，“1”用高电平表示，“0”用低电平表示，而负逻辑刚好相反。逻辑与负逻辑的关系为，正逻辑的“与”到负逻辑中变为“或”，即+·互换。

内部总线，总线分类：内部总线、外部总线（系统总线）、通信总线。总线又可分为单向总线和双向总线。带锁存器的总线可实现总线的复用。运算器包括ALU、阵列乘除器件、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑部件。运算器的设计，主要是围绕着ALU和寄存器同数据总线之间如何传送操作数和运算结果而进行的。运算器的三种结构形式：单总线结构的运算器：这种结构的主要缺点是操作进度较慢，但控制电路比较简单。双总线结构的运算器。三总线结构的运算器：三总线结构的运算器的特点是操作时间快。

性能指标

1、机器字长

机器字长是指参与运算的数据的基本位数。它决定了寄存器、运算器和数据总线的位数，因而直接影响到硬件的价格。字长标志着计算精度。为协调精度与造价，并满足多方面的要求，许多计算机允许变字长计算，例如半字长、全字长和双倍字长等。由于数和指令代码都放在主存中，因而字长与指令码长度往往有一个对应关系，字长也就影响到指令系统功能的强弱。计算机字长从 4 位、8 位、16 位、32 位到 64 位不等。机器字长可包含一个或多个字节。用于科学计算的机器，为了确保精度，需要较长的字长；用于数据处理、工业控制的机器，字长为 16 位或 32 位就能满足要求。

2.、运算速度

它是计算机的主要指标之一。计算机执行不同的运算

和操作所需的时间可能不同，因而对运算速度存在不同的计算方法。一般常用平均速度，即在单位时间内平均能执行的指令条数来表示，如某计算机运算速度为 100 万次 /秒，就是指该机在一秒钟内能平均执行 100万条指令（即 1MIPS）。有时也采用加权平均法（即根据每种指令的执行时间以及该指令占全部操作的百分比进行计算）求得的等效速度表示

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