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運(yùn)算器
運(yùn)算器：arithmetic unit，計(jì)算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算操作的部件。運(yùn)算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術(shù)邏輯部件（ALU）。
運(yùn)算器簡(jiǎn)介[ ]
運(yùn)算器由：算術(shù)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(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補(bǔ)等操作。計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)算器的操作和操作種類由控制器決定。運(yùn)算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲(chǔ)器；處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲(chǔ)器，或暫時(shí)寄存在運(yùn)算器中。與Control Unit共同組成了CPU的核心部分。
運(yùn)算器作用[ ]
- 數(shù)據(jù)
運(yùn)算器的處理對(duì)象是數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示方法，對(duì)運(yùn)算器的性能影響極大。70年代微處理器常以1個(gè)、4個(gè)、8個(gè)、16個(gè)二進(jìn)制位作為處理數(shù)據(jù)的基本單位。大多數(shù)通用計(jì)算機(jī)則以16、32、64位作為運(yùn)算器處理數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。能對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù) 運(yùn)算器的所有位同時(shí)進(jìn)行處理的運(yùn)算器稱為并行運(yùn)算器。如果一次只處理一位，則稱為串行運(yùn)算器。有的運(yùn)算器一次可處理幾位 （通常為6或8位），一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分成若干段進(jìn)行計(jì)算，稱為串/并行運(yùn)算器。運(yùn)算器往往只處理一種長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。有的也能處理幾種不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，如半字長(zhǎng)運(yùn)算、雙倍字長(zhǎng)運(yùn)算、四倍字長(zhǎng)運(yùn)算等。有的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以在運(yùn)算過程中指定，稱為變字長(zhǎng)運(yùn)算。按照數(shù)據(jù)的不同表示方法，可以有二進(jìn)制運(yùn)算器、十進(jìn)制運(yùn)算器、十六進(jìn)制運(yùn)算器、定點(diǎn)整數(shù)運(yùn)算器、定點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算器、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算器等。按照數(shù)據(jù)的性質(zhì)，有地址運(yùn)算器和字符運(yùn)算器等。
- 操作
運(yùn)算器能執(zhí)行多少種操作和操作速度，標(biāo)志著運(yùn)算器能力的強(qiáng)弱，甚至標(biāo)志著計(jì)算機(jī)本身的能力。運(yùn)算器最基本的操作是加法。一個(gè)數(shù)與零相加，等于簡(jiǎn)單地傳送這個(gè)數(shù)。將一個(gè)數(shù)的代碼求補(bǔ)，與另一個(gè)數(shù)相加，相當(dāng)于從后一個(gè)數(shù)中減去前一個(gè)數(shù)。將兩個(gè)數(shù)相減可以比較它們的大小。左右移位是運(yùn)算器的基本操作。在有符號(hào)的數(shù)中，符號(hào)不動(dòng)而只移數(shù)據(jù)位，稱為算術(shù)移位。若數(shù)據(jù)連同符號(hào)的所有位一齊移動(dòng)，稱為邏輯移位。若將數(shù)據(jù)的最高位與最低位鏈接進(jìn)行邏輯移位，稱為循環(huán)移位。運(yùn)算器的邏輯操作可將兩個(gè)數(shù)據(jù)按位進(jìn)行與、或、異或，以及將一個(gè)數(shù)據(jù)的各位求非。有的運(yùn)算器還能進(jìn)行二值代碼的16種邏輯操作。乘、除法操作較為復(fù)雜。很多計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器能直接完成這些操作。乘法操作是以加法操作為基礎(chǔ)的，由乘數(shù)的一位或幾位譯碼控制逐次產(chǎn)生部分積，部分積相加得乘積。除法則又常以乘法為基礎(chǔ)，即選定若干因子乘以除數(shù)，使它近似為1，這些因子乘被除數(shù)則得商。沒有執(zhí)行乘法、除法硬件的計(jì)算機(jī)可用程序實(shí)現(xiàn)乘、除，但速度慢得多。有的運(yùn)算器還能執(zhí)行在一批數(shù)中尋求最大數(shù)，對(duì)一批數(shù)據(jù)連續(xù)執(zhí)行同一種操作，求平方根等復(fù)雜操作。
運(yùn)算器性能[ ]
- 機(jī)器字長(zhǎng)
機(jī)器字長(zhǎng)是指參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)的基本位數(shù)。它決定了寄存器、運(yùn)算器和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，因而直接影響到硬件的價(jià)格。字長(zhǎng)標(biāo)志著計(jì)算精度。為協(xié)調(diào)精度與造價(jià)，并滿足多方面的要求，許多計(jì)算機(jī)允許變字長(zhǎng)計(jì)算，例如半字長(zhǎng)、全字長(zhǎng)和雙倍字長(zhǎng)等。由于數(shù)和指令代碼都放在主存中，因而字長(zhǎng)與指令碼長(zhǎng)度往往有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，字長(zhǎng)也就影響到指令系統(tǒng)功能的強(qiáng)弱。計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)從 4 位、8 位、16 位、32 位到 64 位不等。機(jī)器字長(zhǎng)可包含一個(gè)或多個(gè)字節(jié)。用于科學(xué)計(jì)算的機(jī)器，為了確保精度，需要較長(zhǎng)的字長(zhǎng)；用于數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制的機(jī)器，字長(zhǎng)為 16 位或 32 位就能滿足要求。
- 運(yùn)算速度
它是計(jì)算機(jī)的主要指標(biāo)之一。計(jì)算機(jī)執(zhí)行不同的運(yùn)算和操作所需的時(shí)間可能不同，因而對(duì)運(yùn)算速度存在不同的計(jì)算方法。一般常用平均速度，即在單位時(shí)間內(nèi)平均能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示，如某計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度為 100 萬次 /秒，就是指該機(jī)在一秒鐘內(nèi)能平均執(zhí)行 100萬條指令（即 1MIPS）。有時(shí)也采用加權(quán)平均法（即根據(jù)每種指令的執(zhí)行時(shí)間以及該指令占全部操作的百分比進(jìn)行計(jì)算）求得的等效速度表示。