算术逻辑运算部件
算术逻辑单元
一：算术逻辑单元——（ALU）1）比如二进制的00101010是十进制的42，所以表示储存数字是计算机的重要功能，但真正的目标是计算，有意义的处理数字：比如把“两个数相加”这些操作由计算机的“算术逻辑单元”处理，简称“ALU”2）ALU是计算机的数学大脑，ALU*就是*计算机里负责运算的组件，基本其他所有部件都用到它。
3）最著名的ALU——英特尔——74181，1970年，它是第一个封装在单个芯片的完整ALU。
4）用布尔逻辑做个简单的ALU电路，功能和74181一样，用它从头做出一台电脑二：ALU有两个单元，1个算术单元和一个逻辑单元1）算术单元：它负责计算机里的所有数字在操作，例：加减法。
它还会做很多其他的事情，比如给某个数字加1，“把两个数字相加”这叫增量运算2）最简单的加法电路：是拿2个bit加在一起（bit是0或1）；有2个输入：A和B,一个输出，就是两个数字的和，需要注意的是：A,B,输出，这3个都是单个（bit）(0或1)3）输入只有4种可能：前三个是0+0=0 1+0=1 0+1=1 (记住在二进制里面，1与true相同，0与false 相同。
4）这组输入和输出，和XOR门的逻辑完全一样，B所以我们可以把XOR用作1位加法器（adder）但第四个输入组合，1+1，是个特例。
1+1=2（显然）但二进制里面没有2，二进制里1+1的结果是0，1进到下一位，和是10（二进制）XOR的输出。
只对了一部分。
1+1输出0，但我们需要一根额外的线代表“进位”只有输出是1和1时，进位才是true因为算出来的结果用一个bit 存不下，方便的是，我们刚好有个逻辑门能做这个事，“AND”门，只有当两个输入为“true”的输出才为“true”所以我们把它加到电路中。
这个电路叫叫“半加器”半加器就是两个逻辑门组成的电路AB FALSETRUE再简化就变成如下图SUMCARRY1）把半加器封装成一个单独组件：两个输入A和B都是1位，两个输出“总和”和“进位”2）如果想处理超过1+1的运算，我们需要全加器，半加器输出了进位，意味着我们算下一列的时候，还有之后的每一列，我们的加3个位在一起，并不是2个3）全加器表格有3个输入：A,B,C都是1个bit所以最大可能是1+1+1“总和1”进位“1”所以要两条线输出“总和”和“进位”我们可以用半加器做全加器我们先用半加器将A和B相加，把C输入到第二个半加器，最后用一个OR门检查进位是不是true全加器=半加器+半加器+OR（检查）再提升一层抽象，全加器，作为独立组件，全加器会把“A”“B”“C”三个输入加起来，输出“总和”和“进位”CARRYSUM有了新组件，可以相加两个8位数字，叫两个数字A和B我们从A和B的第一位开始，叫A0和B0，现在不用处理任何进位，因为是第一位加法，我们可以用半加器来加这个数字，输出叫sum0，现在加A1和B1，因为A0和B0的结果有可能进位，所以这次要用全加器，除了A1和B1,还要连上进位，然后，把这个全加器的进位连到下个全加器的输入，处理A2,和B2,以此类推，把8个bit搞定注意每个进位是怎么连接到下一个全加器的，所以这个叫“8位行波进位加法器”，注意最后一个全加器有进位的输出.如果第9位有进行，代表着2个数字的和太大了，超过来8位，这叫“溢出”，一般来说，“溢出”的意思是：两个数字的和太大了，超过了用来表示的位数，这会导致错误和不可预期的结果。
32位算术逻辑运算单元
32位算术逻辑运算单元计算机的核心部件是中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU），而CPU的核心组成部分就是算术逻辑运算单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）。
ALU是负责执行算术运算和逻辑运算的元件，它是计算机运算和逻辑判断的核心部件。
ALU是一个高度专门化的电子电路，通常由逻辑门、触发器以及多路选择器等组成。
它接收来自计算机内存或寄存器中的数据，经过一系列的运算过程后，输出结果。
ALU的主要功能包括算术运算、逻辑运算和移位运算。
算术运算包括加法、减法、乘法和除法等；逻辑运算则包括与、或、非、异或等；移位运算涉及到将二进制数的位向左或向右移动，从而改变数值。
在进行算术运算时，ALU会根据指令中的操作码识别是何种运算，并对操作数进行相应的计算。
例如，当指令中的操作码是“加法”时，ALU会将两个操作数相加，并将结果保存在目标寄存器中。
逻辑运算则是对操作数进行逻辑比较。
比如，当指令中的操作码是“与”时，ALU会对两个操作数进行与运算，将运算结果保存在目标寄存器中。
类似地，当操作码是“或”、“非”或“异或”时，ALU会执行相应的逻辑运算。
移位运算是对二进制数进行位移操作。
例如，左移运算会将一个二进制数的各个位向左移动一定的位数，右移运算则将各个位向右移动。
移位运算在计算机编程中具有重要的应用，可以进行数据的扩充、截断以及逻辑位运算等。
除了基本运算，ALU还能处理条件分支、比较和选择等操作。
这些操作大多用于控制语句和循环结构的执行，从而实现多样化的计算和判断。
ALU的位数决定了它的计算能力。
目前，常见的ALU位数有8位、16位和32位等。
32位ALU能够同时处理包含32位的二进制数的运算和逻辑操作，具有更高的精度和计算能力。
这对于需要高性能计算或大数据量处理的应用来说，非常重要。
总之，32位算术逻辑运算单元是计算机中的重要组成部分，它能够实现各种算术运算、逻辑运算和移位运算。
2020智慧树,知到 计算机组成原理与结构设计 章节测试题完整答案
2020智慧树，知到计算机组成原理与结构设计章节测试题完整答案第一章单元测试1、单选题：运算器的核心部件是______。
选项：A:数据总线B:算术逻辑运算部件C:数据选择器D:累加寄存器答案: 【算术逻辑运算部件】2、单选题：存储器主要用来______。
选项：A:存放程序B:存放微程序C:存放程序和数据D:存放数据答案: 【存放程序和数据】3、单选题：电子计算机的算术/逻辑单元、控制单元及主存储器合称为______。
选项：A:UPB:主机C:ALUD:CPU答案: 【主机】4、单选题：输入、输出装置以及外接的辅助存储器称为______。
选项：A:主机B:外围设备C:存储器D:操作系统答案: 【外围设备】5、单选题：用户与计算机通信的界面是______。
选项：A:应用程序B:外围设备C:文本处理D:CPU答案: 【外围设备】6、单选题：下列______不是输入设备。
选项：A:打印机B:画笔及图形板C:鼠标器D:键盘答案: 【打印机】7、单选题：一片1MB的磁盘能存储______的数据。
选项：A:109字节B:106字节C:220字节D:210字节答案: 【220字节】8、单选题：计算机硬件能直接执行的只能是_____。
选项：A:机器语言B:汇编语言C:机器语言和汇编语言D:符号语言答案: 【机器语言】9、单选题：一个节拍信号的宽度是指_____。
选项：A:时钟周期B:存储周期C:机器周期D:指令周期答案: 【时钟周期】10、单选题：32位的个人计算机，一个字节由______位组成。
选项：A:4B:16C:8D:32答案: 【8】11、判断题：微处理器可以用来做微型计算机的CPU。
选项：A:错B:对答案: 【错】12、判断题：决定计算机运算精度的主要技术指标是计算机的字长。
选项：A:错B:对答案: 【对】13、判断题：计算机总线用于传输控制信息、数据信息和地址信息的设施。
选项：A:错B:对答案: 【对】14、判断题：计算机系统软件是计算机系统的核心软件。
计算机组成原理--实验二算术逻辑运算实验
计算机组成原理--实验⼆算术逻辑运算实验实验⼆算术逻辑运算实验⼀、实验⽬的（1）了解运算器芯⽚（74LS181）的逻辑功能。
（2）掌握运算器数据的载⼊、读取⽅法，掌握运算器⼯作模式的设置。
（3）观察在不同⼯作模式下数据运算的规则。
⼆、实验原理1.运算器芯⽚（74LS181）的逻辑功能74LS181是⼀种数据宽度为4个⼆进制位的多功能运算器芯⽚，封装在壳中，封装形式如图2-3所⽰。
5V A1 B1 A2 B2 A3 B3 Cn4 F3BO A0 S3 S2 S1 S0 Cn M F0 F1 F2 GND图2-374LS181封装图主要引脚有：（1）A0—A3：第⼀组操作数据输⼊端。
（2）B0—B3：第⼆组操作数据输⼊端。
（3）F0—F3：操作结果数据输⼊端。
（4）F0—F3：操作功能控制端。
（5）Cn：低端进位接收端。
（6）（7）M：算数/逻辑功能控制端。
芯⽚的逻辑功能见表2-1.从表中可以看到当控制端S0—S3为1001、M为0、Cn为1时，操作结果数据输出端F0—F3上的数据等于第⼀组操作数据输⼊端A0—A3上的数据加第⼆组操作数据输⼊端B0—B3上的数据。
当S0—S3、M、Cn上控制信号电平不同时，74LS181芯⽚完成不同功能的逻辑运算操作或算数运算操作。
在加法运算操作时，Cn、Cn4进位信号低电平有效；减法运算操作时，Cn、Cn4借位信号⾼电平有效；⽽逻辑运算操作时，Cn、进位信号⽆意义。
2.运算器实验逻辑电路试验台运算器实验逻辑电路中，两⽚74LS181芯⽚构成⼀个长度为8位的运算器，两⽚74LS181分别作为第⼀操作数据寄存器和第⼆操作数据寄存器，⼀⽚74LS254作为操作结果数据输出缓冲器，逻辑结构如图2-4所⽰。
途中算术运算操作时的进位Cy 判别进位指⽰电路；判零Zi和零标志电路指⽰电路，将在实验三中使⽤。
第⼀操作数据由B-DA1(BUS TO DATA1)负脉冲控制信号送⼊名为DA1的第⼀操作数据寄存器，第⼆操作数据由B-DA2(BUS TO DATA2)负脉冲控制信号送⼊名为DA2的第⼆操作数据寄存器。
构成cpu的主要部件是什么
“构成CPU的主要部件是运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。
算术逻辑单元：算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。
寄存器：寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。
一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n 位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。
控制单元：控制单元（Control Unit）负责程序的流程管理。
正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。
控制单元可以作为CPU的一部分，也可以安装于CPU外部。
中央处理器：中央处理器作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。
CPU 自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。
中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的核心配件。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
CPU是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。
中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。
电子计算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。
中央处理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。
在计算机体系结构中，CPU 是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。
CPU 是计算机的运算和控制核心。
计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。
结构通常来讲，CPU的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。
计算机逻辑部件
计算机逻辑部件
计算机逻辑部件是计算机中用于处理和执行逻辑运算的基本组件。
这些部件是构成计算机中央处理器（CPU）的重要组成部分，负责执行各种算术和逻辑操作。
常见的计算机逻辑部件包括：
逻辑门（Logic Gates）：逻辑门是计算机中最基本的逻辑部件，用于执行逻辑运算，如与门、或门、非门等。
所有计算机的逻辑运算都是通过组合不同类型的逻辑门来实现的。
加法器（Adder）：加法器用于执行二进制的加法运算，是计算机中常见的算术逻辑单元（ALU）的一部分。
算术逻辑单元（ALU）：ALU是计算机中用于执行算术和逻辑运算的核心部件。
它可以执行加法、减法、逻辑与、逻辑或等操作。
寄存器（Register）：寄存器是用于暂时存储数据的高速存储单元。
计算机的数据处理通常涉及将数据暂时存储在寄存器中，然后进行操作和传输。
随机存取存储器（RAM）：RAM是用于临时存储数据和程序的主要内存。
它允许CPU快速读取和写入数据。
可编程逻辑器件（例如FPGA）：这些器件允许用户根据需要配置和重新配置逻辑功能，从而实现特定的计算任务。
这些逻辑部件的组合和协调，使计算机能够进行复杂的计算和数据处理，从而实现各种应用和功能。
在现代计算机中，这些部件已经高度集成，并且存在于微处理器芯片中，使得计算机能够执行高效和多样化的任务。
计算机系统原理13015习题答案
习题解答第1章计算机系统概述1. 给出以下概念的解释说明1. 中央处理器（CPU）通常把控制部件、运算部件和各类寄存器互联组成的电路称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），简称处理器。
2. 算术逻辑部件（ALU）用来进行算术逻辑运算的部件，即算术逻辑部件（Arithmetic Logic Unit）。
3. 通用寄存器临时存放从主存取来的数据或运算的结果。
4. 程序计数器（PC）在执行当前指令的过程中，自动计算出下一条指令的地址并送到PC（Program Counter，PC）中保存。
5. 指令寄存器（IR）从主存取来的指令需要临时保存在指令寄存器（Instruction Register，IR）。
6. 控制器用于自动逐条取出指令并进行译码的部件，即控制元件（Control Unit，CU），也称控制器。
7. 主存储器用来存放指令和数据。
8. 总线CPU为了从主存取指令和存取数据，需要通过传输介质和主存相连，通常把连接不同部件进行信息传输的介质称为总线。
9. 主存地址寄存器（MAR）CPU送到地址线的主存地址应先存放在主存地址寄存器（Memory Address Register, MAR)中。
10. 主存数据寄存器（MDR）CPU发送到或从数据线取来的信息存放在主存数据寄存器（Memory Data Register，MDR）中。
11. 机器指令计算机能理解和执行的程序称为机器代码或机器语言程序，其中的每条指令都由0和1组成，称为机器指令。
12. 存储程序13. 指令操作码操作码字段指出指令的操作类型，如取数、存数、加、减、传送、跳转等。
14. 高级程序设计语言高级程序设计语言简称高级编程语言，是指面向算法设计的、较接近于日常英语书面语言的程序设计语言，如BASIC、C/C++、Java等。
15. 汇编语言通过用简短的英文符号和机器指令建立对应关系，以方便程序员编写和阅读程序。
二进制计算机采用的主要逻辑元件
主题：二进制计算机的主要逻辑元件一、概述二进制计算机是当今世界上最广泛使用的计算机系统。
它们采用二进制系统来表示和处理数据和指令。
在二进制计算机中，存在着一些主要的逻辑元件，它们在计算机的运行中起着至关重要的作用。
二、主要逻辑元件1. 逻辑门逻辑门是构成计算机的基本逻辑元件。
它们能够执行基本的逻辑运算，如与、或、非等。
常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
在计算机中，逻辑门被组合成各种复杂的逻辑电路，用来实现各种功能。
2. 寄存器寄存器是一种用来存储数据的元件。
在计算机中，寄存器通常用来存储临时数据、位置区域或指令。
寄存器的大小通常是以位（bit）来表示的，如8位寄存器、16位寄存器等。
3. 存储器存储器是计算机中用来存储数据和指令的元件。
存储器分为内存和外存，内存通常指的是随机存取存储器（RAM），它用来存储正在运行的程序和数据；外存通常指的是磁盘或固态硬盘，它用来存储长期的数据和程序。
4. ALU（算术逻辑单元）ALU是计算机中用来执行算术和逻辑运算的部件。
它能够执行加、减、乘、除等算术运算，也能够执行与、或、非等逻辑运算。
5. 控制单元控制单元是计算机中用来控制指令执行顺序的部件。
它能够从存储器中取出指令，解码指令，并且控制各个部件的工作。
6. 时钟时钟是计算机中用来同步各个部件工作的部件。
它能够在一个固定的时间间隔内发出脉冲信号，使得各个部件按照统一的节拍工作。
7. 数据总线数据总线是计算机中用来传输数据的通道。
它能够同时传输多位数据，如8位、16位、32位等。
8. 位置区域总线位置区域总线是计算机中用来传输位置区域信息的通道。
它能够指示存储器中的特定位置。
9. 控制总线控制总线是计算机中用来传输控制信号的通道。
它能够传输各种控制信号，如读写信号、中断信号等。
三、总结二进制计算机中的主要逻辑元件包括逻辑门、寄存器、存储器、ALU、控制单元、时钟、数据总线、位置区域总线和控制总线。
它们共同构成了计算机的基本操作和功能。
第4章 计算机中的运算器部件
计算机中的运算器部件
运算器的基本功能
运算器是计算机五大功能部件之一，在控制器的 指挥控制下，完成指定给它的运算处理功能(算术、 逻辑运算)；也是CPU内部数据传送的重要通路。 主要由ALU、暂存被运算数据和中间结果的寄存 器组（Regs）和其它辅助电路3部分组成。 运算器通常包括下列两种类型：
输出Y /OE
F3 F=0000 OVR Cn+4
二选一
Am2901之结果去向选择门
/OE有效时，将F 或A锁存器送往Y
Cn
I3 I4 I5 I0 I1 I2
F A L U R S 二选一 三选一
输入D 将F不移、左移、 A锁存器 B锁存器 乘商寄存器Q 右移一位送往通 用寄存器，由 Q0 A 16个 B Q3 A地址 RAM3和RAM0 三选一 B地址 分别接收移入位 通用寄存器 或提供移出位 RAM3 三选一 RAM0
CP A、B口锁存 通用寄存器 接收
Q 接收
Am2901的控制信号汇总表
编码
B
I8 I7 I6
Q Y
I5 I4 I3 F F A R+S S− R R− S
I2 I1 I0
R S
000 001 010 B← F
Q← F
A A 0
பைடு நூலகம்
Q B Q
011
100 101 110 111
B← F
B← F/2 Q← Q/2 B← F/2 B← 2F B← 2F Q← 2Q
四位并行进位加法器
4-1 运算器部件概述
可实现加(减)、与、或运算的一位ALU
功能选择信号 OP
00 01 10 11
Xn
与 门 或 门 加 法 器
简述冯诺依曼计算机结构的五大组成部分
简述冯诺依曼计算机结构的五大组成部分
1、运算器，计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。
运
算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与，或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件。
2、控制器，由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产
生器和操作控制器组成，它是发布命令的决策机构，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。
3、存储器，存储器分为内存和外存。
内存是电脑的记忆部件，
用于存放电脑运行中的原始数据、中间结果以及指示电脑工作的程序。
外存就像笔记本一样，用来存放一些需要长期保存的程序或数据，断电后也不会丢失，容量比较大，但存取速度慢。
4、输入设备，输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。
是
计算机与用户或其他设备通信的桥梁。
输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。
5、输出设备，是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机
数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。
也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。
cpu中用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算的部件
cpu中用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算的部件CPU是计算机的核心部件，它负责执行各种算术运算和逻辑运算，以处理和执行计算机程序中的指令。
CPU中的运算部件是实现这些功能的关键部分。
一、算术运算部件CPU中的算术运算部件主要负责执行加、减、乘、除等算术运算。
这些运算在计算机程序中非常常见，例如在处理数值数据、进行数学计算或执行科学计算时。
1. 加法器：加法器是CPU中最基本的算术运算部件，用于执行加法运算。
它接收两个操作数，并将它们相加，生成结果。
加法器在CPU中通常是多位的，可以处理不同长度的数据。
2. 减法器：减法器与加法器类似，用于执行减法运算。
它接收两个操作数，并将它们相减，生成结果。
3. 乘法器：乘法器用于执行乘法运算。
它接收两个操作数，并将它们相乘，生成结果。
乘法器在CPU中通常是多位的，可以处理不同长度的数据。
4. 除法器：除法器用于执行除法运算。
它接收两个操作数，其中一个作为被除数，另一个作为除数，生成商和余数。
除法器在CPU中通常是多位的，可以处理不同长度的数据。
二、逻辑运算部件CPU中的逻辑运算部件主要负责执行逻辑运算，如与、或、非等。
这些运算在计算机程序中也非常常见，例如在处理布尔逻辑、条件判断或控制流程时。
1. 逻辑与门：逻辑与门用于执行逻辑与运算。
它接收两个操作数，只有当两个操作数都为真时，结果才为真。
2. 逻辑或门：逻辑或门用于执行逻辑或运算。
它接收两个操作数，只要其中一个操作数为真，结果就为真。
3. 逻辑非门：逻辑非门用于执行逻辑非运算。
它接收一个操作数，并对其取反。
如果操作数为真，结果为假；如果操作数为假，结果为真。
除了以上介绍的算术运算和逻辑运算部件外，CPU中还可能包含其他类型的运算部件，如移位器、比较器等，以满足不同的计算需求。
三、总结CPU中的运算部件是实现计算机程序中各种算术和逻辑运算的关键部分。
这些部件通过精心的设计和优化，使得CPU能够高效地完成各种复杂的计算任务。
计算机系统的基本组成
计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成完整的计算机系统系统包括：硬件系统和软件系统。
硬件系统和软件系统互相依赖，不可分割，两个部分又由若干个部件组成(如图所示）。
硬件系统是计算机的“躯干”，是物质基础。
而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。
（一）计算机硬件计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
（如下图所示）* 中央处理器（ CPU —— Central Processing Unit ）CPU由运算器、控制器和一些寄存器组成；1.运算器运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器及通用寄存器组成。
2.控制器控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。
运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元（Centre Process Unit，简称CPU），如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为微处理器（Microprocessor，简称MP）。
运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统；CPU 的主要性能指标是主频和字长。
字长表示CPU每次计算数据的能力。
如80486及Pentium系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。
时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。
目前的主流CPU的时钟频率已发展到500MHz以上，甚至高达２GHz以上。
*存储器存储器的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。
存储器可分为主存储器和辅助存储器两类。
①主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。
用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。
①辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。
用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。
存储器与 CPU的关系可用 (图 1）来表示。
( 图 1）（ 1）内存储器一个二进制位（ bit）是构成存储器的最小单位。
运算器
运算器的逻辑操作可将两个数据按位进行与、或、异或，以及将一个数据的各位求非。有的运算器还能进行 二值代码的16种逻辑操作。
运算器是计算机中处理数据的功能部件。对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作。因此, 实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。
基本理论
数据 操作
运算方法 结构
运算器运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法，对运算器的性能影响极大。70年代 微处理器常以1个、4个、8个、16个二进制位作为处理数据的基本单位。大多数通用计算机则以16、32、64位作 为运算器处理数据的长度。能对一个数据的所有位同时进行处理的运算器称为并行运算器。如果一次只处理一位， 则称为串行运算器。有的运算器一次可处理几位 （通常为6或8位），一个完整的数据分成若干段进行计算，称 为串/并行运算器。运算器往往只处理一种长度的数据。有的也能处理几种不同长度的数据，如半字长运算、双倍 字长运算、四倍字长运算等。有的数据长度可以在运算过程中指定，称为变字长运算。
Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成，以今天的标准看也是非常原始的，然而，它勾画出现代通用 计算机的基本功能部分，在概念上是一个突破。
在接下来的若干年中，许多工程师在另一些方面取得了重要的进步，美国人Herman Hollerith（18601929），根据提花织布机的原理发明了穿孔片计算机，并带入商业领域建立公司。
实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。它直接影响运算器的性能，也关系到运算 器的结构和成本。另外，在进行数值计算时，结果的有效数位可能较长，必须截取一定的有效数位，由此而产生 最低有效数位的舍入问题。选用的舍入规则也影响到计算结果的精确度。在选择计算机的数的表示方式时，应当 全面考虑以下几个因素：要表示的数的类型（小数、整数、实数和复数）：决定表示方式，可能遇到的数值范围： 确定存储、处理能力。数值精确度：处理能力相关；数据存储和处理所需要的硬件代价：造价高低。
位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元
【位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元】1. 引言位可控加减法器是现代计算机中十分重要的组成部分，它可以在逻辑电路中实现对算术运算的功能。
其中，32位算术逻辑运算单元是计算机中非常常见的一个部件，它可以用来进行32位数据的加法、减法和逻辑运算。
本文将就位可控加减法器的设计和32位算术逻辑运算单元进行全面评估，并给出深度和广度兼具的解析。
2. 什么是位可控加减法器位可控加减法器是一种灵活的算术逻辑电路，它可以根据控制信号来选择进行加法运算或减法运算。
这种设计可以大大提高电路的灵活性和适用性，使得算术运算单元可以在不同的情况下实现不同的运算需求。
3. 32位算术逻辑运算单元的设计原理32位算术逻辑运算单元是计算机中进行32位数据运算的核心部件，它通常包括加法器、减法器、逻辑门等组件。
在设计中，需要考虑到加法器和减法器的位宽、进位和溢出等问题，同时还需要考虑逻辑门的多功能性和灵活性。
通过合理的组合和控制，可以实现对32位数据进行高效的算术逻辑运算。
4. 位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的运用位可控加减法器的设计可以很好地应用在32位算术逻辑运算单元中，通过控制信号来选择进行加法或减法运算，从而满足不同情况下对数据的处理需求。
这种设计不仅能简化电路结构和控制逻辑，还能提高算术逻辑运算单元的灵活性和效率，使其更适用于不同的场景和运算需求。
5. 个人观点和理解从我个人的理解来看，位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的应用，可以很好地提高计算机的运算效率和灵活性。
通过合理的设计和控制，可以使得算术逻辑运算单元在不同的情况下具有不同的功能，从而更好地满足计算机对于数据处理的需求。
这种设计也为计算机的设计和优化提供了很好的思路和方法。
6. 总结通过本文的评估和解析，我们对于位可控加减法器的设计以及在32位算术逻辑运算单元中的应用有了更深入的理解。
通过灵活的控制信号，可以实现算术逻辑运算单元在不同情况下对数据进行不同的处理，从而提高了计算机的运算效率和灵活性。
运算器是完成算术和逻辑操作的核心处理部件
运算器是完成算术和逻辑操作的核心处理部件，通常称为CPU。
A.对B.错3. 在第二代计算机中，以晶体管取代电子管作为其主要的逻辑元件。
A.对B.错4. Excel2000工作表中每一行、列的交汇处所指定的位置称为单元格地址。
A.对B.错5. 未设置对齐方式时，Excel2000工作表单元格中的数字均左对齐，字母均右对齐。
A.对B.错6. 向对方发电子邮件时，对方计算机应处于打开状态。
A.对B.错7. 删除桌面上的快捷方式图标，就意味着删除了该应用程序。
A.对B.错8. “导航”视图会显示网站的导航结构，还可以在导航窗口中对页面进行添加、删除、移动等操作。
A.对B.错9. 在Windows中，软盘上的文件删除后不能使用"回收站"还原。
A.对B.错10. “幻灯片版式”对话框中有28个可供选择的幻灯片版式。
A.对B.错二、单选题（请从A、B、C、D中选出一个正确答案。
[每题0.5分]）（一）计算机基础知识部分。
11. 软盘加上写保护后，这时可以对它进行的操作是______。
A.只能读盘，不能写盘B.既可读盘，又可写盘C.只能写盘，不能读盘D.不能读盘，也不能写盘12. 键盘上的Ctrl是控制键，通常它______其它键配合使用。
A.总是与B.不需要与C.有时与D.和Alt一起13. 微型计算机使用的键盘中，Ctrl键称为______。
A.上档键B.控制键C.回车键D.强行退出键14. 软件系统由系统软件和______组成。
A.测试软件B.工具软件C.应用软件D.支撑软件15. 在微机的性能指标中，用户可用的内存容量通常是指______。
A.RAM的容量B.RAM和ROM的容量C.ROM的容量D.CD－ROM的容量16. 微机中使用的鼠标是直接连接在______上的。
A.并行接口B.串行接口C.显示器接口D.打印机接口17. 计算机的一条指令一般都包含______。
A.数字和文字B.操作码和操作数C.数字和运算符号D.源操作数和目的操作数18. 切断电源后，会自动丢失信息的部件是______ .A.RAMB.EPROMC.磁盘D.ROM19. 一片双面高密度软盘格式化后，如果每面有80个磁道，每个磁道有18 个扇区，每个扇区可存储512个字节的信息，那么该软盘的容量约为______。
cpu包括
cpu包括哪些部分一、概念CPU全称叫中央处理器，包含有运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）三大部件。
它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。
中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（Control Unit）。
它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
二、CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。
1、逻辑部件英文Logic components；运算逻辑部件。
可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换。
2、寄存器寄存器部件，包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。
通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器操作数和中间（或最终）的操作结果。
通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。
3、控制部件英文Control unit；控制部件，主要是负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。
其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。
微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。
中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。
三、cpu主要功能1、处理指令这是指控制程序中指令的执行顺序。
程序中的各指令之间是有严格顺序的，必须严格按程序规定的顺序执行，才能保证计算机系统工作的正确性。
2、执行操作一条指令的功能往往是由计算机中的部件执行一系列的操作来实现的。
算术逻辑运算部件构造
算术逻辑运算部件构造算术逻辑运算部件是指在计算机硬件中用于实现算术和逻辑运算的部件。
这些部件可以执行各种算术运算（如加法、减法、乘法、除法）和逻辑运算（如与、或、非）。
在计算机中，算术逻辑运算部件是非常重要的，它们负责执行各种数学运算和逻辑判断，是计算机运行的基础。
这些部件通常由逻辑门电路组成，可以实现各种复杂的数学运算和逻辑判断。
算术逻辑运算部件通常包括加法器、减法器、乘法器、除法器、逻辑门电路等。
这些部件可以单独使用，也可以组合在一起实现更复杂的功能。
下面来详细介绍一下几种常见的算术逻辑运算部件。
1. 加法器加法器是计算机中常用的算术逻辑运算部件之一，用于实现两个数的加法运算。
加法器一般由半加器和全加器组成。
半加器用于实现单位数的二进制加法，而全加器可以实现多位数的二进制加法。
加法器的输入是两个二进制数和一个进位位，输出是一个二进制数和一个进位位。
2. 减法器减法器也是计算机中常用的算术逻辑运算部件之一，用于实现两个数的减法运算。
减法器一般由半减器和全减器组成。
半减器用于实现单位数的二进制减法，而全减器可以实现多位数的二进制减法。
减法器的输入是两个二进制数和一个借位位，输出是一个二进制数和一个借位位。
3. 乘法器乘法器是计算机中用于实现两个数的乘法运算的部件。
乘法器可以实现各种乘法操作，如加法器和减法器一样，乘法器也可以由多个乘法位相加器组成。
乘法器的输入是两个二进制数，输出是一个二进制数。
4. 除法器除法器是计算机中用于实现两个数的除法运算的部件。
除法器需要实现除法的所有步骤，包括除法法则、被除数和除数的对齐、试商、加减、取商和取余等操作。
除法器的输入是一个二进制被除数和一个二进制除数，输出是一个二进制商和一个二进制余数。
5. 逻辑门电路逻辑门电路是计算机中用于实现逻辑运算的部件，包括与门、或门、非门等。
与门实现逻辑与运算，或门实现逻辑或运算，非门实现逻辑非运算。
逻辑门电路一般由晶体管、集成电路等元器件组成，可以实现各种逻辑运算。
第3章习题答案
int optarith ( int x, int y) { int t = x; x << = 4; x - = t; if ( y < 0 ) y += 3;
y>>2; return x+y; } 参考答案：对反编译结果进行分析，可知：对于 x，指令机器代码中有一条“x 左移 4 位”指令，即：x=16x， 然后有一条“减法”指令，即 x=16x-x=15，所以，根据源程序，知 M=15；对于 y ，有一条“y 右移 2 位”指 令，即 y=y/4，根据源程序，知 N=4。(当 y<0 时, (y+3)/4=y/4，若不调整，则“-1>>2=-1 而本来-1/4=0”，故使-1+3=2， 2/4=0)
舍入位（Round Bit）
粘位（Sticky Bit）
执行部件（Execution Unit）
功能部件（Function Unit）
通用寄存器组 GRS（General Register Set）
Q 乘商寄存器（Q Register）
2．简单回答下列问题。
（1）为何在高级语言和机器语言中都要提供“按位运算”？为何高级语言需要提供逻辑运算？按位运算和逻
{
Return ( (int) word <<24 ) >> 24;
} 假设在一个 32 位机器上执行这些函数，该机器使用二进制补码表示表示带符号整数。无符号数采用逻辑移 位，带符号整数采用算术移位。请填写下表，并说明函数 func1 和 func2 的功能。
w
机器数
值
func1(w)
机器数
值
func2(w)
辑运算的差别是什么？
算术逻辑运算部件
并行化
为了提高计算效率，算术逻 辑部件正在向并行化方向发 展，通过多核、多线程等技 术实现并行计算。
智能化
算术逻辑部件与人工智能技 术的结合，可以实现更智能 化的计算，例如自适应计算、 神经网络计算等。
算术逻辑运算部件的未来展望
更高效能
随着技术的不断进步，算术逻辑部件的计算能力将得到进 一步提升，能够处理更复杂、更高精度的计算任务。
集成电路时代
随着集成电路技术的发展，算术逻辑运算部件被集成在一块芯片上， 进一步提高了运算速度和可靠性。
现代计算机中的算术逻辑运算部件
现代计算机中的算术逻辑运算部件通常采用超大规模集成电路（VLSI） 技术实现，具有更高的集成度和运算性能。
02 算术逻辑运算部件的组成
加法器
总结词
加法器是算术逻辑运算部件中的基本组成之一，用于执行加法运算。
逻辑运算器
总结词
逻辑运算器是算术逻辑运算部件中的基 本组成之一，用于执行逻辑运算。
VS
详细描述
逻辑运算器用于实现逻辑运算，如与、或 、非等操作。它通常由多个门电路组成， 如AND门、OR门和NOT门等。逻辑运算 器在计算机中广泛应用于各种逻辑运算和 位操作任务，如位与、位或、位异或等操 作。
03 算术逻辑运算部件的工作原理
功能
算术逻辑运算部件接收来自寄存器或 内存的数据，执行相应的运算，并将 结果输出到寄存器或内存中。
算术逻辑运算部件的重要性
1 2
实现计算机的基本功能
算术逻辑运算部件是计算机中实现计算和数据处 理的核心部件，没有它，计算机将无法完成基本 的算术和逻辑运算任务。
提高计算机性能
高效的算术逻辑运算部件能够提高计算机的运算 速度和性能，从而提升计算机的整体表现。
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3.1.2 溢出判断与移位
正溢：两个正数相加后结果超出允许的 表示范围。 如: P100 例3-3 负溢：两个负数相加后结果超出允许的 表示范围。 如: P100 例3-5
3.1.2 溢出判断与移位
溢出判别 定义：两操作数的数符分别为SA、SB，结 果的数符为Sf。符号位直接参与运算， 产生的符号位进位为Cf。最高有效数位 产生的进位为C。 1.判别方法一： 溢出=S A S B S f S A S B S f
3.1.2 溢出判断与移位
3. 例：
原码和正数补码 0.0101 左移一位 0.1010 1.0101 左移一位 1.1010 00.1010 左移一位 01.0100 （*双符号位时可左移1位，第二符号位暂存数值，第 一符号位仍表示符号） 1.1010 右移一位 1.0101 01.0100 右移一位 00.1010 （* 双符号位时右移1位，第二符号位暂存的数值移到 最高有效位。）
• 两种舍入规则
1、 0 舍 1入 2、末位“恒置1”
例： 课本P103 例3-8 ~ 例3-11
3.1.3 定点乘法运算
手算例子： 0.1101 (0.1011 )?
0.1 1 0 1 0.1 0 1 1
1101 1101 0000 1101 0.10001111
(0.1011 ) 0.10001111 由于结果为负，所以 0.1101
3.1.2 Hale Waihona Puke 出判断与移位负数补码
左移一位 左移一位 右移一位 右移一位 1.0110 10.1100 1.1011 11.0110
左移： 1.1011 11.0110 右移： 1.0110 10.1100
3.1.2 溢出判断与移位
三. 舍入 • 舍入的原则
使本次舍入产生的误差及累计误差都比较小
3.1.1 定点加减运算
补码加减法:
补码的一个重要特点是它可以直接进行加 减法运算，并且计算简单，因此计算机中 基本采用补码加减法。 运算规则：
（1）参与运算的操作数用补码表示，符号位作为数 的一部分直接参与运算，所得即为补码表示的运 算结果。 （2）若操作码为加，则两数直接相加； （3）若操作码为减，则将减数变补后再与被减数相 加。
•只有同号数相加才能产生溢出，溢出的标志是结果数符与操 作数数符相反
3.1.2 溢出判断与移位
2.判别方法二：
溢出= C f C
（Cf为符号位运算产生的进位，C为最高有效数位产生的进位。）
3.判别方法三：
• Cf 和C不同时表明溢出
操作数采用双符号位（变形补码），通过运算结果 的符号位进行判断：（P101) 00 — 结果为正，无溢出 01— 结果正溢
第三章 CPU子系统
中央处理器（CPU）是计算机系统 的核心组成部件，它包括运算器和控 制器两大部分。
CPU组成
运算器 控制器 数据通路结构 与外部的连接 指令的执行过程
本章主要讨论：
CPU工作原理
3.1 算术、逻辑运算基础
计算机进行运算的特点：
(1)所有数据都是用二进制数位形式来表示的。 (2)在机器内部，数是以编码形式即机器数来表示 的。 (3)机器运算规模有限，因而机器运算就要解决运 算方法、数据表示格式及数据长度的选取、规定 等问题。 (4)用计算机进行运算时，都要把复杂的运算，简 化为一系列的、最基本的运算才能实现。计算机 可以实现的基本运算有算术运算(加、减、乘、除 等)和逻辑运算(与、或、异或等)。
10 —结果负溢
11—结果为负，无溢出
3.1.2 溢出判断与移位
二. 移位
逻辑移位
（1） 数字代码为纯逻辑代码，没有数值 意义 （2）分为：循环左移、循环右移、非循环 左移、非循环右移
3.1.2 溢出判断与移位
算术移位
1、原码（及正数补码）移位规则：数符不 变，空位补0 2、负数补码移位规则： 左移：数符不变，空位即末位补0 右移：数符不变，空位补1
3.1.3.1 原码一位乘法
一. 基本思想：
1. 2. 3. 乘积的数值部分是乘数和被乘数的数值部分相乘之积。 乘积的符号由两数的符号异或得到（同号相乘为正， 异号相乘为负）。 每次用一位乘数去乘被乘数，并将一位乘数所对应的 位积与原部分积的累加和相加，并移位。
3.1.1 定点加减运算
计算公式 [X+Y]补=[X]补+[Y]补 [X-Y]补=[X]补+[-Y]补 例1
已知X=9，Y=3，求[X+Y]补， [X-Y]补， [Y-X]补。
解： [X+Y]补= [X]补+[Y]补 =01001+00011=01100 [X-Y]补=[X]补+[-Y]补 =01001+11101=100110 [Y-X]补=[Y]补+[-X]补 =00011+10111=11010
3.1.1 定点加减运算
例2
X=0.001010 Y=-0.100011 求[X-Y]补
解
[X]补=0.001010 [-Y]补=0.100011 则 [X-Y]补 = [X]补+[-Y]补 = 0.001010 + 0.100011 = 0.101101
3.1.2 溢出判断与移位
一.溢出
机器数字长5位，其中含1位数符，补码 运算，问：定点整数表示范围？ -16 ~ +15 （10000 ~ 01111） 所谓溢出就是指运算结果大于机器所能 表示的最大正数或小于机器所能表示的 最小负数。
解决方法：n次累加与移位循环或阵列乘法器
3.1.3 定点乘法运算
0.1101 (0.1011 )?
0.1 1 0 1 0.1 0 1 1
手算的改进（将一次相加改为分步累加）
1101 01101 + 1101 100111 100111 + 0000 100111 0100111 + 1101 10001111 10001111
3.1.3 定点乘法运算
手算到机器实现要解决的问题
解决方法：原码乘法符号单独处理，补码乘法符 号参与运算
1、符号问题
2、乘积等于各位积之和（要考虑权） “位积”是乘数的某位乘以被乘数所得到的积。 “部分积”是位积的和。
1）n位乘法运算就有n个位积，要n个寄存器来存放位积； 2）加法器难以完成n个位积的同时求和； 3）需要2n位字长的加法器，通常的加法器都是n位字长。