運算器的主要功能是什麼

運算器的主要功能是完成算術和邏輯運算。運算器是電腦中處理資料的功能部件，對資料處理主要包括資料的算術運算和邏輯資料的邏輯操作；因此，實現資料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資料的加工處理，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，計算主存位址等。

本教學操作環境：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。

運算子：arithmetic unit，電腦中執行各種算術運算和邏輯運算運算的元件。

運算器由算術邏輯單元（ALU）、累加器、狀態暫存器、通用暫存器群組等組成。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。計算機運作時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的資料來自記憶體；處理後的結果資料通常會送回記憶體，或暫時寄存在運算器中。與Control Unit共同組成了CPU的核心部分。

運算器是電腦中處理資料的功能部件。對資料處理主要包括資料的算術運算和邏輯資料的邏輯運算。因此，實現對資料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資料的加工處理，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，計算主存位址等。

運算器中的暫存器用於暫時保存參加運算的資料和運算的中間結果等。運算器中也要設定對應的部件，用來記錄一次運算結果的特徵情況，如是否溢出，結果的符號位，結果是否為零等。

運算器類型

電腦所採用的運算子類型很多，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範圍較小，但結構較簡單。

  • 浮點運算子功能較強，既能對浮點數，又能對定點數進行運算，其數的表示範圍很大，但結構相當複雜。

• 從進位制方面分為二進位運算子和十進位運算器。

  • 一般電腦都採用二進位運算器，隨著電腦廣泛應用於商業和資料處理，越來越多的機器擴充十進位運算的功能，使運算器既能完成二進制的運算，也能完成十進制運算。

電腦中運算元需要具有完成多種運算運算的功能，因而必須將各種演算法綜合起來，設計一個完整的運算元件。

運算器的運算方法

實作運算器的運算，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，也關係到運算器的結構和成本。另外，在進行數值計算時，結果的有效數字可能較長，必須截取一定的有效數位，產生最低有效數位的捨去問題。選用的捨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、實數和複數）：決定表示方式，可能遇到的數值範圍：確定儲存、處理能力。數值精確度：處理能力相關；資料儲存與處理所需的硬體代價：造價高低。

兩種常用格式：定點格式：定點格式容許的數值範圍有限，但要求的處理硬體比較簡單；浮點格式：容許的數值範圍很大，但要求的處理硬體比較複雜。

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：由於所需表示的數值取值範圍相差十分懸殊，對儲存和計算帶來許多不便，因此出現了浮點運演算法。

浮點表示法，即小數點的位置是浮動的。其思想來自科學計數法。 IEEE754的浮點數（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或是階碼值小於所能表示的最小數。

3、十進制數字串的表示方法：由於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援。兩種方式：將十進制數變成二進制數運算，輸出時再由二進制變成十進制。直接的十進制運算。直接運算的表示方法：字串形式：用於非數值計算領域、壓縮的十進制數字串：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援。

4、自訂資料表示：標誌符資料表示、描述符資料表示。區別：標誌符與每個數據相連，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，後訪問數據，至少增加一次訪存；描述符是程式的一部分，而不是資料的一部分。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：加減法運算複雜。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：用於階碼的表示，兩個移碼容易比較大小，方便對階。

ASCII碼 輸入碼：用於漢字輸入；漢字的儲存；字模碼：用於漢字的顯示。餘數處理的兩種方法：恢復餘數法：運算步驟不確定，控制複雜，不適合電腦運算。加減交替法：不恢復餘數，運算步驟確定，適合電腦操作。邏輯數概念：不含符號的二進制數。四種邏輯運算：邏輯非、邏輯加法、邏輯乘、邏輯異。多功能算術/邏輯運算單元（ALU） 並行進位，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用來控製作算術運算還是邏輯運算，兩種運算的差異在於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。邏輯與負邏輯的關係為，正邏輯的“與”到負邏輯中變為“或”，即 ·互換。

內部匯流排，匯流排分類：內部匯流排、外部匯流排（系統匯流排）、通訊匯流排。匯流排又可分為單向匯流排和雙向匯流排。帶有鎖存器的匯流排可實現匯流排的複用。運算器包括ALU、陣列乘除元件、暫存器、多路開關、三態緩衝器、資料匯流排等邏輯元件。運算器的設計，主要是圍繞著ALU和暫存器同資料匯流排之間如何傳送運算元和運算結果而進行的。運算器的三種結構形式：單一匯流排結構的運算器：這種結構的主要缺點是操作進度較慢，但控制電路較簡單。雙總線結構的運算器。三匯流排結構的運算器：三匯流排結構的運算器的特徵是操作時間快。

效能指標

1、機器字長

機器字長是指參與運算的資料的基本位數。它決定了暫存器、運算元和資料匯流排的位數，因而直接影響硬體的價格。字長標誌著計算精度。為協調精度與造價，並滿足多方面的要求，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。由於數和指令碼都放在主記憶體中，因而字長與指令碼長度往往有一個對應關係，字長也就影響到指令系統功能的強弱。電腦字長從 4 位元、8 位元、16 位元、32 位元到 64 位元不等。機器字長可包含一個或多個位元組。用於科學計算的機器，為了確保精度，需要較長的字長；用於資料處理、工業控制的機器，字長為 16 位元或 32 位元就能滿足要求。

2.、運算速度

它是電腦的主要指標之一。計算機執行不同的運算

和操作所需的時間可能不同，因而對運算速度有不同的計算方法。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）。有時也採用加權平均法（即根據每個指令的執行時間以及該指令佔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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