Was ist die Hauptfunktion des Operators?

Die Hauptfunktion des Taschenrechners besteht darin, arithmetische und logische Operationen durchzuführen. Die Recheneinheit ist eine funktionale Komponente im Computer, die Daten verarbeitet. Die Datenverarbeitung umfasst hauptsächlich arithmetische Operationen an Daten und logische Operationen an logischen Daten. Daher ist die Durchführung arithmetischer und logischer Operationen an Daten die Kernfunktion der Recheneinheit. Die Grundfunktion der Recheneinheit besteht darin, die Verarbeitung verschiedener Daten abzuschließen, wie zum Beispiel die vier arithmetischen Operationen, logische Operationen wie UND, ODER und Negation, arithmetische und logische Schiebeoperationen, Vergleichen von Werten, Ändern von Symbolen, Berechnen von Hauptspeicheradressen , usw.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 7-System, Dell G3-Computer.

Die Hauptfunktion des Operators besteht darin, Folgendes auszuführen: arithmetische Operationen und logische Operationen.

Recheneinheit: Recheneinheit, eine Komponente in einem Computer, die verschiedene arithmetische und logische Operationen ausführt.

Die Recheneinheit besteht aus einer arithmetischen Logikeinheit (ALU), einem Akkumulator, einem Statusregister, einer Allzweckregistergruppe usw. Die Grundfunktionen der Arithmetic Logic Unit (ALU) sind die vier Rechenoperationen Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division, logische Operationen wie AND, OR, NOT und XOR sowie Operationen wie Shift und Komplement. Bei laufendem Computer werden die Operationen und Operationsarten der Recheneinheiten von der Steuerung bestimmt. Die vom Bediener verarbeiteten Daten stammen aus dem Speicher; die verarbeiteten Ergebnisdaten werden in der Regel an den Speicher zurückgesendet oder im Bediener zwischengespeichert. Zusammen mit der Control Unit bildet es den Kernbestandteil der CPU.

Recheneinheit ist eine Funktionskomponente in einem Computer, die Daten verarbeitet. Die Datenverarbeitung umfasst hauptsächlich arithmetische Operationen an Daten und logische Operationen an logischen Daten. Daher ist die Implementierung arithmetischer und logischer Operationen auf Daten die Kernfunktion der Recheneinheit.

Die Grundfunktion der Recheneinheit besteht darin, die Verarbeitung verschiedener Daten abzuschließen, wie z. B. die vier arithmetischen Operationen, logische Operationen wie UND, ODER und Negation, arithmetische und logische Verschiebungsoperationen, Vergleichen von Werten, Ändern von Symbolen usw Berechnung der Hauptspeicheradressen warten.

Die Register im Betreiber dienen der vorübergehenden Speicherung der an der Operation beteiligten Daten und der Zwischenergebnisse der Operation. Im Operator sollten auch entsprechende Komponenten eingerichtet werden, um die Eigenschaften eines Operationsergebnisses aufzuzeichnen, z. B. ob es überläuft, das Vorzeichenbit des Ergebnisses, ob das Ergebnis Null ist usw.

Typen von Operatoren

Es gibt viele Arten von Operatoren, die in Computern verwendet werden. Aus verschiedenen Perspektiven analysiert, gibt es unterschiedliche Klassifizierungsmethoden.

• Die Dezimalpunktdarstellung kann in Festkomma-Arithmetik und Gleitkomma-Arithmetik unterteilt werden.

  • Die Festkomma-Recheneinheit kann nur Festkomma-Zahlenoperationen durchführen. Ihr Merkmal ist, dass der durch Maschinenzahlen dargestellte Bereich kleiner, aber die Struktur einfacher ist.

  • Die Gleitkomma-Recheneinheit hat eine starke Funktion. Sie kann sowohl mit Gleitkommazahlen als auch mit Festkommazahlen arbeiten. Ihr Zahlendarstellungsbereich ist groß, aber die Struktur ist recht komplex.

• In Bezug auf das Übertragssystem ist es in Binärrechner und Dezimalrechner unterteilt.

  • Allgemeine Computer verwenden binäre Recheneinheiten. Da Computer in der Geschäfts- und Datenverarbeitung weit verbreitet sind, erweitern immer mehr Maschinen die Funktion der Dezimalarithmetik, sodass die Recheneinheiten sowohl binäre als auch dezimale Operationen ausführen können.

Die Recheneinheit im Computer muss in der Lage sein, eine Vielzahl von Rechenoperationen auszuführen. Daher müssen verschiedene Algorithmen integriert werden, um eine vollständige Rechenkomponente zu entwerfen.

Operationsmethoden der Recheneinheit

Um die Operation der Recheneinheit, insbesondere die vier Rechenoperationen, zu implementieren, müssen Sie eine sinnvolle Operationsmethode wählen. Dies wirkt sich direkt auf die Leistung der Recheneinheit aus und hängt auch mit der Struktur und den Kosten der Recheneinheit zusammen. Darüber hinaus können bei der Durchführung numerischer Berechnungen die signifikanten Ziffern des Ergebnisses länger sein und eine bestimmte Anzahl signifikanter Ziffern abgefangen werden, was zu dem Rundungsproblem der niedrigstwertigen Ziffer führt. Auch die gewählte Rundungsregel hat Einfluss auf die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse. Bei der Auswahl einer Computerdarstellung von Zahlen sollten die folgenden Faktoren vollständig berücksichtigt werden: Die Art der darzustellenden Zahl (Dezimalzahl, Ganzzahl, reelle Zahl und komplexe Zahl): Bestimmen Sie die Darstellungsmethode und den möglichen Wertebereich aufgetreten: Bestimmen Sie die Speicher- und Verarbeitungsfähigkeiten. Numerische Genauigkeit: bezogen auf die Rechenleistung; erforderliche Hardwarekosten für die Datenspeicherung und -verarbeitung: Kosten.

Zwei häufig verwendete Formate: Festkommaformat: Das Festkommaformat ermöglicht einen begrenzten numerischen Bereich, erfordert jedoch relativ einfache Verarbeitungshardware. Gleitkommaformat: ermöglicht einen großen numerischen Bereich, erfordert jedoch relativ komplexe Verarbeitungshardware.

1. Festkomma-Zahlendarstellung: Festkomma bedeutet, dass die Position des Dezimalpunkts fest ist. Zur Vereinfachung der Verarbeitung wird er im Allgemeinen in reine Festkomma-Zahlen und reine Dezimalzahlen unterteilt.

2. Darstellung von Gleitkommazahlen: Da der Bereich der darzustellenden Werte sehr unterschiedlich ist, was große Unannehmlichkeiten bei der Speicherung und Berechnung mit sich bringt, erscheint die Gleitkomma-Arithmetik.

Gleitkommadarstellung, das heißt, die Position des Dezimalpunkts ist schwebend. Die Idee stammt aus der wissenschaftlichen Notation. Standardisierung von IEEE754-Gleitkommazahlen (speziellere Gleitkommazahlen): Löst hauptsächlich das Problem der Nichteindeutigkeit derselben Gleitkommazahlendarstellung. Gibt an, andernfalls muss die Mantisse nach links oder rechts verschoben werden.

Das Konzept des Maschinennullpunkts: Die Mantisse ist 0 oder der Exponentenwert ist kleiner als die kleinste darstellbare Zahl.

3. Darstellungsmethode der Dezimalzahlenfolge: Da die Leute mit dem Dezimalsystem vertraut sind, ist es notwendig, Unterstützung für Dezimaloperationen im Computer hinzuzufügen. Zwei Methoden: Dezimalzahlen für den Betrieb in Binärzahlen umwandeln und dann bei der Ausgabe Binärzahlen in Dezimalzahlen umwandeln. Direkte Dezimalarithmetik. Darstellungsmethode der direkten Operation: Zeichenfolgenform: Wird in nicht numerischen Berechnungsfeldern verwendet. Komprimierte Dezimalzeichenfolge: In zwei Typen unterteilt: feste Länge und variable Länge. Erfordert entsprechende Dezimaloperator- und Befehlsunterstützung.

4. Benutzerdefinierte Datendarstellung: Identifikatordatendarstellung, Deskriptordatendarstellung. Unterschied: Der Identifikator ist mit den einzelnen Daten verbunden und die beiden werden zusammen in einer Speichereinheit gespeichert, während der Deskriptor in der Deskriptordarstellung separat gespeichert werden muss. Der Zugriff erfolgt zuerst auf den Deskriptor und dann auf die Daten mindestens ein zusätzlicher Speicherzugriff wird hinzugefügt; Beschreibung Symbole sind Teil des Programms, nicht Teil der Daten. Originalcode: Eine natürlichere Darstellung, das höchste Bit stellt das Symbol dar, 0 ist positiv, 1 ist negativ. Vorteile: Einfach und leicht verständlich. Nachteile: Additions- und Subtraktionsoperationen sind komplex. Komplementcode: Additions- und Subtraktionsoperationen sind praktisch, und die Subtraktion kann in eine Addition umgewandelt werden. Festkomma-Dezimalkomplement. Das Komplement und das Komplement von Festkomma-Ganzzahlen: Einführung zur Vereinfachung der Komplementberechnung. Finden Sie den Komplementcode aus dem Komplementcode: Die Vorzeichenposition ist 1, invertieren Sie jedes Bit und addieren Sie 1 zum letzten Bit. Rahmencode: Wird zur Darstellung von Bestellcodes verwendet. Die Größe zweier Rahmencodes lässt sich leicht vergleichen und ist für den Bestellabgleich geeignet.

ASCII-Code-Eingabecode: wird zur Eingabe chinesischer Schriftzeichen verwendet; Schriftartcode: wird zur Anzeige chinesischer Schriftzeichen verwendet. Es gibt zwei Methoden zur Restverarbeitung: Wiederherstellung der Restmethode: Die Operationsschritte sind unsicher, die Steuerung ist komplex und für Computeroperationen nicht geeignet. Abwechselnde Additions- und Subtraktionsmethode: Es wird kein Rest wiederhergestellt, die Operationsschritte werden bestimmt und es ist für den Computerbetrieb geeignet. Logisches Zahlenkonzept: vorzeichenlose Binärzahlen. Vier logische Operationen: logische Negation, logische Addition, logische Multiplikation und logisches Ausschließen. Multifunktionale arithmetische/logische Operationseinheit (ALU) Paralleler Übertrag, Wanderwellen-Übertragsaddierer/-subtrahierer hat zwei Probleme: Lange Betriebszeit, Wanderwellen-Übertragsaddierer/-subtrahierer kann nur Addition und Subtraktion abschließen, aber keine logischen Operationen abschließen, Das Steuerterminal M ist Wird zur Steuerung arithmetischer Operationen oder logischer Operationen verwendet. Der Unterschied zwischen den beiden Operationen besteht darin, ob der Übertrag verarbeitet wird. Wenn M = 0, gibt es keine Auswirkung auf den Übertrag und es handelt sich um eine arithmetische Operation. Wenn M = 1 ist, ist der Übertrag blockiert und es handelt sich um eine logische Operation. In der positiven Logik wird „1“ durch einen hohen Pegel und „0“ durch einen niedrigen Pegel dargestellt, während in der negativen Logik genau das Gegenteil der Fall ist. Die Beziehung zwischen Logik und negativer Logik besteht darin, dass „und“ in der positiven Logik zu „oder“ in der negativen Logik wird, d. h. +· wird vertauscht.

Interner Bus, Busklassifizierung: interner Bus, externer Bus (Systembus), Kommunikationsbus. Der Bus kann in Einwegbusse und Zweiwegbusse unterteilt werden. Der Bus mit Latches kann das Multiplexen des Busses realisieren. Die Recheneinheit umfasst ALU, Array-Multiplikations- und Divisionsgeräte, Register, Mehrwegeschalter, Dreizustandspuffer, Datenbusse und andere Logikkomponenten. Der Entwurf der Recheneinheit dreht sich hauptsächlich um die Art und Weise, wie Operanden und Operationsergebnisse zwischen der ALU und den Registern sowie dem Datenbus übertragen werden. Es gibt drei Strukturformen der Recheneinheit: Recheneinheit mit Einzelbusstruktur: Der Hauptnachteil dieser Struktur besteht darin, dass der Betriebsfortschritt langsam ist, die Steuerschaltung jedoch relativ einfach ist. Recheneinheit mit Dual-Bus-Struktur. Recheneinheit mit Drei-Bus-Struktur: Die Recheneinheit mit Drei-Bus-Struktur zeichnet sich durch eine schnelle Betriebszeit aus.

Leistungsindikatoren

1. Maschinenwortlänge

Die Maschinenwortlänge bezieht sich auf die Grundanzahl der an der Operation beteiligten Datenbits. Es bestimmt die Anzahl der Register, Operatoren und Datenbusse und wirkt sich somit direkt auf den Preis der Hardware aus. Die Wortlänge gibt die Rechengenauigkeit an. Um Genauigkeit und Kosten zu koordinieren und verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden, ermöglichen viele Computer die Berechnung variabler Wortlängen, z. B. halbe Wortlänge, volle Wortlänge, doppelte Wortlänge usw. Da sowohl Zahlen als auch Befehlscodes im Hauptspeicher abgelegt werden, besteht häufig ein entsprechender Zusammenhang zwischen der Wortlänge und der Befehlscodelänge. Die Wortlänge beeinflusst auch die Stärke der Befehlssystemfunktion. Computerwortgrößen variieren zwischen 4, 8, 16, 32 und 64 Bit. Die Maschinenwortlänge kann aus einem oder mehreren Bytes bestehen. Maschinen, die für wissenschaftliche Berechnungen verwendet werden, erfordern eine längere Wortlänge, um die Genauigkeit sicherzustellen; für Maschinen, die für die Datenverarbeitung und industrielle Steuerung verwendet werden, kann eine Wortlänge von 16 Bit oder 32 Bit die Anforderungen erfüllen.

2. Betriebsgeschwindigkeit

Es ist einer der Hauptindikatoren des Computers. Die Zeit, die Computer für die Durchführung verschiedener Berechnungen und Vorgänge benötigen, kann unterschiedlich sein. Daher gibt es unterschiedliche Berechnungsmethoden für die Berechnungsgeschwindigkeit. Die Durchschnittsgeschwindigkeit wird im Allgemeinen als die durchschnittliche Anzahl von Anweisungen ausgedrückt, die pro Zeiteinheit ausgeführt werden können. Beispielsweise beträgt die Betriebsgeschwindigkeit eines Computers 1 Million Mal/Sekunde, was bedeutet, dass der Computer durchschnittlich 1 Million Anweisungen in einer Sekunde ausführen kann (d. h. 1MIPS). Manchmal wird auch die gewichtete Durchschnittsmethode verwendet (d. h. basierend auf der Ausführungszeit jeder Anweisung und dem Prozentsatz der Anweisung an allen Vorgängen berechnet), um den entsprechenden Geschwindigkeitsausdruck zu erhalten

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