计算机的运算器部件

第3章计算机的运算器部件
本章主要探讨以下几个问题：
1、算术逻辑运算部件的功能设计与线路实现
2、计算机的定点运算器
3、浮点运算和浮点运算器
本章重点介绍运算器的核心部件——算术逻辑运算单元ALU，寄存器组的组成与工作原理。

运算器部件是计算机中的执行部件，它可以对二进制数据进行各种算术、逻辑运算，它还是计算机硬件系统中的中央处理器内部数据传送的重要通路。

运算器由ALU和若干寄存器组成。

其中ALU负责执行各种数据运算操作，寄存器用于暂时存放参与运算的数据以及保存运算状态。

需要明确的三个问题：
1）参加运算的数据来源，运算结果的去向。

2）将要执行的运算功能。

3）运算器部件只有和计算机的其它部件连接起来才能协同完成指令的执行过程。

1、算术逻辑运算部件的功能设计与线路实现
算术与逻辑运算线路是计算机运算器的核心部件，从功能的角度看，它要完成对数值数据的算术运算功能，给出运算结果的数值和结果的特征信息，还要完成对逻辑数据的逻辑运算功能。

2、计算机的定点运算器
1）定点运算器部件的功能、组成与控制
定点运算器主要完成对整数类型数据的算术运算、逻辑型数据的逻辑运算功能。

（1）定点运算器部件的功能与组成
a)完成数据的算术和逻辑运算的算术逻辑运算单元。

b)暂存将参加运算的数据和中间结果的寄存器。

这些寄存器可以被汇编程序员直接访问，
通称通用寄存器。

c)完成自行左右移位的乘商寄存器。

d)实现相互连接各个部件的多路选择器电路。

e)接受外部数据输入和送出运算结果的逻辑电路。

运算器通常还作为处理机内部传送数据的重要通路。

（2）定点运算器的控制与操作
2）MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的组成与实现
MIPS计算机是20世纪80年代中期推出的典型RISC结构、非常成功的系统。

MIPS计算机的运算器部件被用于多周期CPU系统（对不同类型的指令选用不同的周期数）时，ALU既用于计算数据，又用于计算数据和指令在存储器中的地址，故还需要向ALU提供计算指令地址的相关信息。

3）运算器芯片Am2901实例与使用
（1）Am2901的内部组成
Am2901芯片是一个4位的位片结构的运算器器件。

使用4片Am2901芯片卡可构成16位字长的运算器部件。

该芯片的第一个组成成分是一个4位的算术逻辑运算部件ALU。

该芯片的第二个组成成分是由16个4位的通用寄存器组成的寄存器组。

该芯片的第三个组成成分是一个4位的Q寄存器。

该芯片的其余组成成分是5组多路数据选择器。

（2）Am2901的控制与操作
（3）外部的数据及线路
（4）用4片Am2901芯片构建16位的运算器部件
3、浮点运算和浮点运算器
浮点运算器是主要用于对计算机内的浮点数进行运算的部件。

浮点数通常由阶码和尾数两部分组成，阶码是整数形式的，尾数是定点小数形式的。

这两部分执行的操作不尽相同。

因此，浮点运算器总是由处理阶码和处理尾数的这样两部分逻辑线路组成。

1）浮点数的运算规则
（1）浮点加减法的运算步骤
（2）浮点数乘、除法运算步骤
2）浮点运算器举例
小结
练习题请完成教材P63——P64的思考与练习。