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。
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。
计算机中运算器的主要功能
计算机中运算器的主要功能一计算机中运算器的主要功能是执行各种算术和逻辑运算操作。
运算器由算术逻辑单元、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。
运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。
运算器和控制器共同组成CPU的核心部分。
二运算器的主要功能是完成算术和逻辑运算。
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。
运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。
运算器：arithmetic unit，计算机中执行各种算术运算和逻辑运算操作的部件。
运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。
计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。
运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。
与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。
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。
运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，算术和逻辑移位操作，比较数值，变更符号，计算主存地址等。
运算器中的寄存器用于临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。
运算器中还要设置相应的部件，用来记录一次运算结果的特征情况，如是否溢出，结果的符号位，结果是否为零等。
运算器类型计算机所采用的运算器类型很多，从不同的角度分析，就有不同的分类方法。
从小数点的表示形式可分为定点运算器和浮点运算器。
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
计算机基础知识
基础知识单选题1、计算机中，完成程序指令指定的基于二进制数的算术运算或逻辑运算的部分是______。
A：内存储器B：外存储器C：输入输出设备D：运算器答案：D2、计算机中，控制运算器完成程序指令指定的基于二进制数的算术运算或逻辑运算的部分是______。
A：控制器B：输入输出设备C：外存储器D：内存储器答案：A3、计算机中，从存储器中逐条取出指令、分析指令的是______。
A：控制器B：输入输出设备C：外存储器D：内存储器答案：A4、计算机中，存放将要执行的指令和运算数据的装置是______。
A：控制器B：输入输出设备C：外存储器D：内存储器答案：D5、下列选项中，通常被称为"上档键"的是______。
A：SHIFT B：Capslock C：Backspace D：Delete答案：A6、计算机中，存放需要长期保存的程序和数据的装置是______。
A：控制器B：输入输出设备C：外存储器D：内存储器答案：C7、下列四个计算机存储容量的换算公式中，错误的是______。
A：1KB=1024MB B：1KB=1024 C：1MB=1024KB D：1GB=1024MB答案：A8、下列四个计算机存储容量的换算公式中，错误的是______。
A：1GB=1024MB B：1KB=1024MB C：1MB=1024KB D：1KB=1024B答案：B9、一台个人计算机的内存容量为128KB，也就是其内存有______。
A：128K字节B：128K字长C：128K比特D：128K个字答案：A10、计算机问世以来经历了四代，划代的主要依据是计算机电子元件的类型。
电子管主要应用于______。
A：第4代B：第3代C：第2代D：第1代答案：D11、计算机配置的内存的容量为128MB或128MB以上，其中的128MB是指______。
A：128×1000×1000字节B：128×1000×1000字C：128×1024×1024字D：128×1024×1024字节答案：D12、计算机配置的内存的容量为128MB或128MB以上，其中的128MB是指____。
计组简答题
1、冯·诺依曼型计算机的基本特点是什么？答：冯·诺依曼原理的基本思想是：（1）采用二进制形式表示数据和指令。
指令由操作码和地址码组成。
（2）将程序和数据存放在存储器中，使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。
这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制〉的概念。
（3）指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。
（4）计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了5 部分的基本功能。
冯•诺依曼型计算机的基本特点也可以用“存储程序”和“程序控制”来高度概括。
2、计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？答：计算机的硬件系统由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入输出设备及总线系统组成。
而总线分为数据总线、地址总线、控制总线，其结构有单总线结构、双总线结构及多总线结构。
存储器是用来存放数据和程序的部件；运算器是对信息进行运算处理的部件；控制器是整个计算机的控制核心。
它的主要功能是读取指令、翻译指令代码、并向计算机各部分发出控制信号，以便执行指令；输入设备能将数据和程序变换成计算机内部所能识别和接受的信息方式，并顺序地把它们送入存储器中；输出设备将计算机处理的结果以人们能接受的或其它机器能接受的形式送出。
3、什么是总线？以总线组成计算机有哪几种组成结构？答：总线就是计算机中用于传送信息的公用通道，是为多个部件服务的一组信息传送连接线。
按照总线的连接方式，计算机组成结构可以分为单总线结构、双总线结构和多总线结构等。
4、什么是硬件、软件和固件？什么是软件和硬件的逻辑等价？在什么意义上软件和硬件是不等价的？答：计算机硬件是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路、机械等物理部件组成。
计算机软件是指能使计算机工作的程序和程序运行时所需要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料，其中文字说明和图表资料又称为文档。
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结构举例
C4
≥1 ≥1
C3 1
≥1
C2 1
≥1
C1 1
≥1
&
&
&
&
&
C0 B3 A3 B2 A2 B1 A1 B0 A0
组内并行、组间并行 设16位加法器，4位一组，分为4组：
C16 ~ C13 C12 ~ C9 C8 ~ C5 C4 ~ C1
4位
第4组
4位
第3组
4位
第2组
4位
第1组
C0
分级同时进位
Ci = Ai Bi + (Ai ⊕ Bi )Ci1 Ai和Bi均为1 或 Ai和Bi有一个为1且Ci1为1
电路实现:
Ci
∑i
⊕
Ai Bi
⊕
Ci–1
∑i = (Ai ⊕ Bi )⊕Ci–1 Ci = Ai Bi + (Ai ⊕ Bi )Ci–1
进位产生与传递
进位链的概念： 并行加法器中的每一个全加器都有一个从 低位送来的进位输入和一个传送给高位的进位 输出。我们把构成进位信号产生和传递的逻辑 网络称为进位链。 进位链上每一位的进位表达式为： Ci=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1 设 Gi=AiBi ，称为进位产生函数 Pi=Ai⊕Bi ，称为进位传递函数
∑8 ~ 5
A8. . . . A5 B8 . . . . B5
∑4 ~ 1
A4 . . . . A1 B4 . . . . B1
组间串行进位
C15
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
第四小组
第三小组
C11 C7
第二小组
C3
第一小组
C-1
A15B15
A12B12
A0 B0
C III
＋ ＋
C II
＋
CI
＋
GIV
18
. . P.
B0 C-1
并行进位
特点：各位进位信号同时形成。 设n位加法器 1）逻辑式
C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2C1 = G2 + P2G1 + P2P1C0 Cn = Gn + PnCn-1 = Gn + PnGn-1 + …+ PnPn-1…P2P1C0
n+1项
缺点：高位的进位形成逻辑中输入变量增多，实现困难。
(C8用CⅡ来表示)
3）第3组进位逻辑式
组内： C9 = G9 + P9CⅡ C10 = G10 + P10G9 + P10P9CⅡ C11 = G11+P11G10+P11P10G9 + P11P10P9CⅡ
GⅢ 组间： C12 = G12+P12G11+P12P11G10+P12P11P10G9 + P12P11P10P9CⅡ
∴ 进位表达式 Ci=Gi+PiCi-1
串行进位
特点：进位信号逐位形成。 设n位加法器 1）逻辑式
C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2C1
Cn = Gn + PnCn-1
2）结构举例
Cn-1 ∑n-1 C1
∑1
C0
∑0
FAn-1
An-1 Bn-1 Cn-2 A1
FA1
B1 A0
FA0
6）结构示意
CⅣ GⅣ PⅣ CⅢ GⅢ C15 ~ 13
组间进位链
PⅢ CⅡ GⅡ C11 ~ 9 CI GI PⅡ C7 ~ 5 PI C3 ~ 1
Co
∑16 ~13
A16 . . . . A13 B16 . . . . B13
∑12 ~ 9
A12 . . . . A9 B12 . . . . B9
A11B11
A8 B8
A 7 B7
A4 B7
A3 B3
A0 B0
17
组间并行进位
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
第四小组
第三小组
第二小组
第一小组
A15B15 C IV
A12B12
A11B11
A8 B8
A7 B7
A4 B7
A3 B3
PⅢ
所以 CⅢ = GⅢ + PⅢ CⅡ
(C12用CⅢ来表示)
4）第4组进位逻辑式
组内： C13 = G13 + P13CⅢ C14 = G14 + P14G13 + P14P13CⅢ C15 = G15 +P15G14 +P15P14G13 +P15P14P13CⅢ
GⅣ 组间： C16 = G16 +P16G15 +P16P15G14 +P16P15P14G13 + P16P15P14P13CⅢ
算术逻辑运算部件
本节的主要内容:
如何构成一个实现一位二进制加法的全加器; 如何利用n个全加器构成实现n位的加法器;
加法单元 (全加器)
本位进位 本位和
Ci
∑i
加法单元 i
Ai Bi
Ci 1
低位进位
本位操作数
一个输入为1时, ∑i为1, Ci为0 ; 两个输入为1时, ∑i为0, Ci为1 ; 三个输入为1时, ∑i为1, Ci为1 。
1）第1组进位逻辑式
组内： C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2G1 + P2P1C0 C3 = G3 + P3G2 + P3P2G1 + P3P2P1C0
GI 组间： C4 = G4 + P4G3 + P4P3G2 + P4P3P2G1 + P4P3P2P1C0 PI 所以 CI = GI + PIC0 (C4用CI来表示)
2）第2组进位逻辑式
组内： C5 = G5 + P5CI C6 = G6 + P6G5 + P6P5CI C7 = G7 + P7G6 + P7P6G5 + P7P6P5CI
GⅡ 组间： C8 = G8 + P8G7 + P8P7G6 + P8P7P6G5 + P8P7P6P5CI
PⅡ
所以 CⅡ = GⅡ + PⅡCI
全加器
进位输入Ci-1，进位输出Ci。 逻辑表达式：
输入信号 输出信号
Ai 0 0 0 0 1 1 1 1
Bi 0 0 1 1 0 0 1 1
Ci-1 0 1 0 1 0 1 0 1
∑i 0 1 1 0 1 0 0 1
Ci 0 0 0 1 0 1 1 1
(1) 加法单元逻辑表达式之一
∑i = (Ai ⊕ Bi ) ⊕ Ci1
PⅣ
所以 CⅣ = GⅣ + PⅣCⅢ
(C16用CⅣ来表示)
5）各组间进位逻辑
CI = GI + PIC0 CⅡ = GⅡ + PⅡCI = GⅡ + PⅡGI + PⅡPIC0 CⅢ = GⅢ + PⅢ CⅡ = GⅢ + PⅢ GⅡ + PⅢ PⅡGI + PⅢ PⅡPIC0 CⅣ = GⅣ + PⅣCⅢ = GⅣ + PⅣ GⅢ + PⅣPⅢ GⅡ + PⅣ PⅢ PⅡGI + PⅣPⅢ PⅡPIC0