オペレーターの主な役割は何ですか?

演算子の主な機能は、算術演算と論理演算を実行することです。演算装置は、データを処理するコンピュータ内の機能コンポーネントであり、データ処理には主にデータに対する算術演算と論理データに対する論理演算が含まれ、データに対する算術演算および論理演算を実行することが演算装置の中心的な機能です。演算器の基本的な機能は、四則演算、AND、OR、否定などの論理演算、四則演算や論理シフト演算、値の比較、記号の変更、主記憶アドレスの計算など、さまざまなデータの処理を完了することです。 、など。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

演算子の主な機能は、算術演算と論理演算を実行することです。

算術ユニット: 算術ユニット。さまざまな算術演算および論理演算を実行するコンピュータ内のコンポーネント。

演算器は、算術論理演算器(ALU)、アキュムレータ、ステータスレジスタ、汎用レジスタ群などで構成されます。算術論理演算器（ALU）の基本機能は、加減乗除の四則演算、AND、OR、NOT、XOR などの論理演算、シフトや補数などの演算です。コンピュータが動作しているとき、演算器の動作や演算の種類はコントローラによって決定されます。オペレーターが処理したデータはメモリーから取得され、処理結果データは通常メモリーに送り返されるか、オペレーターに一時的に保管されます。コントロールユニットとともにCPUの中核部分を形成します。

電卓は、データを処理するコンピューター内の機能コンポーネントです。データ処理には主に、データに対する算術演算と論理データに対する論理演算が含まれます。したがって、データに対する算術演算および論理演算の実装は、算術ユニットの中核機能です。

演算器の基本的な機能は、四則演算、AND、OR、否定などの論理演算、四則演算や論理シフト演算、比較など、さまざまなデータの処理を完了することです。値の計算、シンボルの変更、メインメモリアドレスの計算など。

オペレーター内のレジスターは、操作に関与するデータと操作の中間結果を一時的に保存するために使用されます。演算結果の特性 (オーバーフローの有無、結果の符号ビット、結果がゼロかどうかなど) を記録するには、対応するコンポーネントも演算子内に設定する必要があります。

演算子の種類

コンピュータで使われる演算子にはさまざまな種類があり、観点によって分類方法も異なります。

• 小数点表現は、固定小数点演算と浮動小数点演算に分けることができます。

  • 固定小数点演算器は固定小数点数の演算のみを行うことができ、機械番号で表現できる範囲は狭くなりますが、構造が単純であることが特徴です。

  • 浮動小数点演算器は浮動小数点数と固定小数点数の両方を演算できる強力な機能を持ち、数値表現範囲は広いですが、その構造は非常に複雑です。

• #キャリー方式では、二項演算子と十進演算子に分けられます。

  • 一般的にコンピュータは 2 進演算器を使用しますが、コンピュータがビジネスやデータ処理に広く使用されるにつれ、ますます多くの機械が 10 進演算の機能を拡張し、演算器で演算を完了することができます。両方の 2 進演算を 10 進演算で完了することもできます。

コンピュータの演算装置は、さまざまな演算処理を実行する機能を備えている必要があるため、完全なコンピューティング コンポーネントを設計するには、さまざまなアルゴリズムを統合する必要があります。

演算器の演算方法

演算器の演算、特に四則演算を実現するには、適切な演算方法を選択する必要があります。それは演算装置の性能に直接影響し、演算装置の構造やコストにも関係します。さらに、数値計算を実行する場合、結果の有効桁数が長くなる場合があり、有効桁数を切り捨てる必要があるため、最下位桁の丸めの問題が発生します。選択した丸めルールも計算結果の精度に影響します。コンピューターで数値を表現する方法を選択するときは、次の要素を十分に考慮する必要があります。 表現する数値の種類 (10 進数、整数、実数、および複素数): 表現方法、表現できる値の範囲を決定します。ストレージと処理能力を判断します。数値精度: 処理能力に関連し、データの保存と処理に必要なハードウェアのコスト: コスト。

一般的に使用される 2 つの形式: 固定小数点形式: 固定小数点形式では、値の範囲が制限されていますが、比較的単純な処理ハードウェアが必要です。浮動小数点形式: 値の範囲は広いですが、比較的単純な処理ハードウェアが必要です。複雑な処理ハードウェア。

1. 固定小数点の数値表現: 固定小数点とは、小数点の位置が固定であることを意味し、処理の便宜上、一般に固定小数点の純粋な整数と純粋な小数点に分けられます。

2. 浮動小数点数表現: 表現する必要のある値の範囲が大きく異なり、保存や計算に多大な不便をもたらすため、浮動小数点演算が登場します。

浮動小数点表現、つまり小数点の位置は浮動小数点です。このアイデアは科学的記数法から来ています。 IEEE754 浮動小数点数の標準化 (より特殊な) 浮動小数点数: 主に、同じ浮動小数点数表現の不意性の問題を解決します。を指定します。それ以外の場合は、仮数を左または右にシフトする必要があります。

マシン ゼロの概念: 仮数が 0、または指数値が表現可能な最小数より小さい。

3. 10 進数文字列の表現方法: 人々は 10 進法に慣れているため、コンピューターに 10 進数演算のサポートを追加する必要があります。 10 進数を 2 進数に変換して演算する方法と、出力時に 2 進数を 10 進数に変換する方法の 2 つがあります。直接 10 進演算。直接演算の表現方法：文字列形式：数値以外の計算フィールドで使用、圧縮10進数文字列：固定長と可変長の2種類に分けられる。対応する 10 進演算子と命令のサポートが必要です。

4. カスタマイズされたデータ表現: 識別子データ表現、記述子データ表現。違い: 識別子は各データに関連付けられており、その 2 つはストレージ ユニットに一緒に格納されますが、記述子はデータとは別に格納する必要があります。記述子表現では、最初に記述子にアクセスし、次にデータにアクセスします。少なくとも 1 つの追加メモリ アクセスが追加されます; 説明 シンボルはプログラムの一部であり、データの一部ではありません。元のコード: より自然な表現。最上位ビットはシンボルを表し、0 が正、1 が負です。メリット：シンプルでわかりやすい。欠点: 加算と減算の演算は複雑です。補数コード：加減算が便利で、減算を加算に変換できます。固定小数点の小数点の補数。固定小数点整数の補数と補数: 補数を計算する便宜のために導入されました。補数コードから補数コードを見つけます。符号の位置は 1 で、各ビットを反転し、最後のビットに 1 を加えます。フレームコード：オーダーコードを表すために使用され、2つのフレームコードは大小を比較しやすく、オーダーのマッチングに便利です。

ASCII コード入力コード: 漢字入力に使用、漢字格納、フォント コード: 漢字表示に使用。剰余処理には次の 2 つの方法があります。 剰余方法の復元：操作手順が不明確で、制御が複雑で、コンピュータの操作には適していません。加算と減算を交互に行う方式で、剰余がなく、演算ステップが決まっており、コンピュータの演算に適しています。論理数の概念: 符号なし 2 進数。 4 つの論理演算: 論理否定、論理加算、論理乗算、論理排他。多機能算術論理演算装置 (ALU) 並列キャリー、進行波キャリー加算器/減算器には 2 つの問題があります。 演算時間が長い、進行波キャリー加算器/減算器は加算と減算のみを実行でき、論理演算を完了できません。 制御端末 M は算術演算または論理演算の制御に使用されますが、2 つの演算の違いはキャリーを処理するかどうかです。 M=0 の場合、キャリーには影響がなく、算術演算になります。M=1 の場合、キャリーはブロックされ、論理演算になります。正論理ではハイレベルで「1」、ローレベルで「0」を表しますが、負論理はその逆です。論理と負論理の関係は、正論理の「and」が負論理の「or」になる、つまり交換可能です。

内部バス、バス分類:内部バス、外部バス(システムバス)、通信バス。バスは片道バスと往復バスに分かれます。ラッチ付きバスによりバス多重化が実現できます。演算ユニットには、ALU、アレイ乗算および除算デバイス、レジスタ、マルチプレクサ、スリーステート バッファ、データ バス、およびその他の論理コンポーネントが含まれます。算術演算ユニットの設計は、主に、ALU、レジスタ、およびデータ バス間でオペランドと演算結果を送信する方法を中心に展開します。演算器には 3 つの構造形式があります。 シングルバス構造演算器: この構造の主な欠点は、演算の進行が遅いことですが、制御回路は比較的単純です。デュアルバス構成の演算ユニットです。 3バス構成の演算器：3バス構成の演算器は演算速度が速いのが特徴です。

パフォーマンス指標

1. マシン語長

マシン語長とは、演算に関係するデータの基本桁数を指します。レジスタ、演算子、データ バスの数が決定されるため、ハードウェアの価格に直接影響します。語長は計算精度を表します。精度とコストを調整し、さまざまな要件を満たすために、多くのコンピュータでは、ハーフワード長、フルワード長、ダブルワード長などの可変ワード長の計算が可能です。メインメモリには数値と命令コードの両方が配置されるため、ワード長と命令コード長には対応関係があることが多く、ワード長は命令系の機能の強度にも影響します。コンピューターのワード サイズは 4、8、16、32、64 ビットまでさまざまです。マシンワード長は 1 バイト以上で構成できます。科学計算に使用されるマシンでは、精度を確保するためにより長いワード長が必要ですが、データ処理や産業用制御に使用されるマシンの場合は、16 ビットまたは 32 ビットのワード長で要件を満たすことができます。

2.、動作速度

コンピュータの主要な指標の 1 つです。コンピューターがさまざまな計算や演算を実行するのに必要な時間は異なる場合があるため、計算速度の計算方法も異なります。平均速度は一般に単位時間当たりに実行できる命令の平均数で表され、たとえばコンピュータの動作速度が100万回/秒であれば、コンピュータは1秒間に平均100万個の命令を実行できることになります。 (つまり、1MIPS)。場合によっては、同等の速度表現を取得するために、加重平均法も使用されます (つまり、各命令の実行時間と、すべての操作に対する命令の割合に基づいて計算されます)。

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よくある質問

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