Quelle est la fonction principale de l'opérateur ?

La fonction principale de la calculatrice est d'effectuer des opérations arithmétiques et logiques. L'unité arithmétique est un composant fonctionnel de l'ordinateur qui traite les données. Le traitement des données comprend principalement des opérations arithmétiques sur les données et des opérations logiques sur les données logiques ; par conséquent, la réalisation d'opérations arithmétiques et logiques sur les données est la fonction principale de l'unité arithmétique. La fonction de base de l'unité arithmétique est d'achever le traitement de diverses données, telles que les quatre opérations arithmétiques, les opérations logiques telles que AND, OR et la négation, les opérations de décalage arithmétique et logique, la comparaison des valeurs, la modification des symboles, le calcul des adresses de la mémoire principale. , etc.

L'environnement d'exploitation de ce tutoriel : système Windows 7, ordinateur Dell G3.

La fonction principale de l'opérateur est de compléter : les opérations arithmétiques et les opérations logiques.

Unité arithmétique : unité arithmétique, composant d'un ordinateur qui effectue diverses opérations arithmétiques et logiques.

L'unité arithmétique se compose d'une unité arithmétique et logique (ALU), d'un accumulateur, d'un registre d'état, d'un groupe de registres à usage général, etc. Les fonctions de base de l'unité arithmétique et logique (ALU) sont les quatre opérations arithmétiques d'addition, de soustraction, de multiplication et de division, les opérations logiques telles que AND, OR, NOT et XOR, ainsi que les opérations telles que le décalage et le complément. Lorsque l'ordinateur fonctionne, les opérations et les types d'opérations des unités arithmétiques sont déterminés par le contrôleur. Les données traitées par l'opérateur proviennent de la mémoire ; les données de résultat traitées sont généralement renvoyées vers la mémoire ou stockées temporairement dans l'opérateur. Avec la Control Unit, il constitue la partie centrale du CPU.

L'unité arithmétique est un composant fonctionnel d'un ordinateur qui traite les données. Le traitement des données comprend principalement les opérations arithmétiques sur les données et les opérations logiques sur les données logiques. Par conséquent, la mise en œuvre d’opérations arithmétiques et logiques sur les données est la fonction principale de l’unité arithmétique.

La fonction de base de l'unité arithmétique est de compléter le traitement de diverses données, telles que les quatre opérations arithmétiques, les opérations logiques telles que ET, OU et la négation, les opérations de décalage arithmétique et logique, la comparaison des valeurs, le changement de symboles et le calcul des adresses de la mémoire principale attend.

Les registres dans l'opérateur servent à sauvegarder temporairement les données participant à l'opération et les résultats intermédiaires de l'opération. Les composants correspondants doivent également être configurés dans l'opérateur pour enregistrer les caractéristiques d'un résultat d'opération, par exemple s'il déborde, le bit de signe du résultat, si le résultat est nul, etc.

Types d'opérateurs

Il existe de nombreux types d'opérateurs utilisés dans les ordinateurs. Analysés sous différents angles, il existe différentes méthodes de classification.

• La représentation décimale peut être divisée en arithmétique à virgule fixe et arithmétique à virgule flottante.

  • L'unité arithmétique à virgule fixe ne peut effectuer que des opérations sur nombres à virgule fixe. Sa caractéristique est que la plage représentée par les nombres de machines est plus petite, mais la structure est plus simple.

  • L'unité arithmétique à virgule flottante a une fonction forte. Elle peut fonctionner à la fois sur les nombres à virgule flottante et sur les nombres à virgule fixe. Sa plage de représentation des nombres est large, mais la structure est assez complexe.

• En termes de système de portage, il est divisé en calculatrice binaire et calculatrice décimale.

  • Les ordinateurs généraux utilisent des unités arithmétiques binaires. Comme les ordinateurs sont largement utilisés dans les affaires et le traitement des données, de plus en plus de machines étendent la fonction d'arithmétique décimale, de sorte que les unités arithmétiques puissent effectuer à la fois des opérations binaires et des opérations décimales.

L'unité arithmétique de l'ordinateur doit être capable d'effectuer une variété d'opérations informatiques, de sorte que divers algorithmes doivent être intégrés pour concevoir un composant informatique complet.

Méthode de fonctionnement de l'unité arithmétique

Pour mettre en œuvre le fonctionnement de l'unité arithmétique, en particulier les quatre opérations arithmétiques, vous devez choisir une méthode de fonctionnement raisonnable. Cela affecte directement les performances de l'unité arithmétique et est également lié à la structure et au coût de l'unité arithmétique. De plus, lors de calculs numériques, les chiffres significatifs du résultat peuvent être plus longs et un certain nombre de chiffres significatifs doivent être interceptés, ce qui entraîne un problème d'arrondi du chiffre le moins significatif. La règle d'arrondi choisie affecte également l'exactitude des résultats du calcul. Lors du choix d'une représentation informatique des nombres, les facteurs suivants doivent être pleinement pris en compte : Le type de nombre à représenter (nombre décimal, entier, réel et nombre complexe) : Déterminer la méthode de représentation, la plage de valeurs qui peut être rencontrés : Déterminer les capacités de stockage et de traitement. Précision numérique : liée à la puissance de traitement ; coût du matériel requis pour le stockage et le traitement des données : coût.

Deux formats couramment utilisés : le format à virgule fixe : le format à virgule fixe permet une plage numérique limitée, mais nécessite un matériel de traitement relativement simple ; le format à virgule flottante : permet une plage numérique large, mais nécessite un matériel de traitement relativement complexe.

1. Représentation des nombres à virgule fixe : Virgule fixe signifie que la position de la virgule décimale est fixe Pour faciliter le traitement, elle est généralement divisée en entiers purs à virgule fixe et décimales pures.

2. Représentation des nombres à virgule flottante : Étant donné que la plage de valeurs à représenter est très différente, ce qui apporte beaucoup de désagréments au stockage et au calcul, l'arithmétique à virgule flottante apparaît.

Représentation à virgule flottante, c'est-à-dire que la position de la virgule décimale est flottante. L'idée vient de la notation scientifique. Standardisation des nombres à virgule flottante IEEE754 (plus spéciaux) Nombres à virgule flottante : résout principalement le problème de non-unicité de la même représentation de nombres à virgule flottante. Spécifie , sinon la mantisse doit être décalée vers la gauche ou la droite.

La notion de zéro machine : la mantisse est 0 ou la valeur de l'exposant est inférieure au plus petit nombre pouvant être représenté.

3. Méthode de représentation d'une chaîne de nombres décimaux : étant donné que les gens sont familiers avec le système décimal, il est nécessaire d'ajouter la prise en charge des opérations décimales dans l'ordinateur. Deux méthodes : convertir les nombres décimaux en nombres binaires pour l'opération, puis convertir les nombres binaires en nombres décimaux lors de la sortie. Arithmétique décimale directe. Méthode de représentation d'opération directe : forme de chaîne : utilisée dans les champs de calcul non numériques, chaîne décimale compressée : divisée en deux types : longueur fixe et longueur variable. Nécessite l’opérateur décimal correspondant et la prise en charge des instructions.

4. Représentation des données personnalisées : représentation des données d'identifiant, représentation des données de descripteur. Différence : l'identifiant est connecté à chaque donnée, et les deux sont stockés ensemble dans une unité de stockage, tandis que le descripteur doit être stocké séparément des données ; dans la représentation du descripteur, on accède en premier au descripteur, puis aux données. au moins un accès mémoire supplémentaire est ajouté ; description Les symboles font partie du programme et non des données. Code original : une représentation plus naturelle, le bit le plus élevé représente le symbole, 0 est positif, 1 est négatif. Avantages : Simple et facile à comprendre. Inconvénients : Les opérations d’addition et de soustraction sont complexes. Code complémentaire : les opérations d'addition et de soustraction sont pratiques et la soustraction peut être convertie en addition. Complément décimal à virgule fixe. Le complément et le complément d'entiers à virgule fixe : introduits pour faciliter le calcul du complément. Trouvez le code complément à partir du code complément : la position du signe est 1, inversez chaque bit et ajoutez 1 au dernier bit. Code de cadre : utilisé pour représenter les codes de commande. Deux codes de cadre sont faciles à comparer en taille et sont pratiques pour la correspondance des commandes.

Code de saisie du code ASCII : utilisé pour saisir des caractères chinois ; stocker les caractères chinois ; code de police : utilisé pour afficher les caractères chinois. Il existe deux méthodes de traitement des restes : Restauration de la méthode des restes : les étapes de l'opération sont incertaines, le contrôle est complexe et il n'est pas adapté aux opérations informatiques. Méthode d'addition et de soustraction alternée : aucun reste n'est récupéré, les étapes de fonctionnement sont déterminées et convient au fonctionnement informatique. Concept de nombre logique : nombres binaires non signés. Quatre opérations logiques : négation logique, addition logique, multiplication logique et exclusivité logique. Unité d'opération arithmétique/logique multifonctionnelle (ALU) Le transport parallèle, l'additionneur/soustracteur de transport d'onde progressive présente deux problèmes : un temps de fonctionnement long, l'additionneur/soustracteur de transport d'onde progressive ne peut effectuer que l'addition et la soustraction, mais ne peut pas effectuer d'opérations logiques. Le terminal de commande M est utilisé pour contrôler les opérations arithmétiques ou les opérations logiques. La différence entre les deux opérations est de savoir s'il faut traiter le report. Lorsque M=0, il n'y a aucun effet sur le report, et c'est une opération arithmétique ; lorsque M=1, le report est bloqué, et c'est une opération logique. En logique positive, « 1 » est représenté par un niveau haut et « 0 » est représenté par un niveau bas, tandis que la logique négative est exactement le contraire. La relation entre la logique et la logique négative est que « et » en logique positive devient « ou » en logique négative, c'est-à-dire que +· est interchangé.

Bus interne, classification des bus : bus interne, bus externe (bus système), bus de communication. Le bus peut être divisé en bus aller simple et bus bidirectionnel. Le bus avec verrous peut réaliser le multiplexage du bus. L'unité arithmétique comprend des ALU, des dispositifs de multiplication et de division de tableaux, des registres, des multiplexeurs, des tampons à trois états, des bus de données et d'autres composants logiques. La conception de l'unité arithmétique tourne principalement autour de la façon de transmettre les opérandes et les résultats des opérations entre l'ALU, les registres et le bus de données. Il existe trois formes structurelles de l'unité arithmétique : Unité arithmétique à structure de bus unique : Le principal inconvénient de cette structure est que la progression de l'opération est lente, mais le circuit de contrôle est relativement simple. Unité arithmétique avec structure à double bus. Unité arithmétique à structure à trois bus : L'unité arithmétique à structure à trois bus se caractérise par un temps de fonctionnement rapide.

Indicateurs de performance

1. Longueur du mot machine

La longueur du mot machine fait référence au nombre de base de bits de données impliqués dans l'opération. Il détermine le nombre de registres, d'opérateurs et de bus de données, affectant ainsi directement le prix du matériel. La longueur du mot indique la précision du calcul. Afin de coordonner la précision et le coût, et de répondre à diverses exigences, de nombreux ordinateurs permettent des calculs de longueur de mot variable, tels que la longueur d'un demi-mot, la longueur d'un mot complet, la longueur d'un mot double, etc. Étant donné que les nombres et les codes d'instruction sont tous deux placés dans la mémoire principale, il existe souvent une relation correspondante entre la longueur du mot et la longueur du code d'instruction. La longueur du mot affecte également la force de la fonction du système d'instruction. La taille des mots informatiques varie de 4, 8, 16, 32 à 64 bits. La longueur du mot machine peut comprendre un ou plusieurs octets. Les machines utilisées pour le calcul scientifique nécessitent une longueur de mot plus longue pour garantir la précision ; pour les machines utilisées pour le traitement des données et le contrôle industriel, une longueur de mot de 16 ou 32 bits peut répondre aux exigences.

2. Vitesse de fonctionnement

C'est l'un des principaux indicateurs de l'ordinateur. Le temps nécessaire aux ordinateurs pour effectuer différents calculs et opérations peut être différent, il existe donc différentes méthodes de calcul pour la vitesse de calcul. La vitesse moyenne est généralement exprimée comme le nombre moyen d'instructions pouvant être exécutées par unité de temps. Par exemple, la vitesse de fonctionnement d'un ordinateur est de 1 million de fois/seconde, ce qui signifie que l'ordinateur peut exécuter en moyenne 1 million d'instructions en une seconde. (c'est-à-dire 1MIPS). Parfois, la méthode de la moyenne pondérée est également utilisée (c'est-à-dire calculée en fonction du temps d'exécution de chaque instruction et du pourcentage de l'instruction dans toutes les opérations) pour obtenir la représentation de la vitesse équivalente

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