計算機組成原理運算器的編程實現

一、實驗目的
1、加深對計算機中運算器的基本概念、運算方法和基本原理的理解。
2、提高學生對計算機編程語言掌握的熟練程度。

二、實驗內容
運用一種編程語言實現計算器的基本功能。
思考:
1、計算機中數據是如何表示的?
2、計算機中二進制數的加、減、乘、除四則運算如何實現?
3、運算器的基本結構和功能有哪些?

三.實驗結果分析
計算器運行結果:

1: 計算機中數據是如何表示的?

計算機中數據都是以二進制形式表示的;
實際數表示方法:符號(正負數)
數值處理(數制轉換)
小數點的處理(定點浮點)
機器數的表示方法:原碼反碼 補碼

2: 計算機中二進制數的加、減、乘、除四則運算如何實現?

全部採用的是二進制,因爲它只使用0,1兩個數字符號,非常簡單方便,易於用電子方式實現,計算機內部處理的信息,都是採用二進制數來表示,二進制(binary)數用0和1兩個數字及其組合來表示任何數, 進位規則是逢“2進1”數字1在不同的位上代表不同的值,按從右至左的次序,這個值以二倍遞增。

3:原碼、反碼、補碼

對於有符號的數而言
1:二進制的最高位是符號位:0表示正數; 1表示負數
2:正數的原碼、反碼、補碼都一樣
3:負數的反碼=它的原碼符號位不變,其他位取反 1->0
4:負數的補碼 = 它的反碼+1
5: 0的反碼,補碼都是0;
6:在計算機運算時,都是以補碼的方式來運算的;

簡單補碼反碼原碼運算圖形表示:
4個位運算:分別是& | ^ ~
按位與& :兩位都爲1, 結果 爲1
按位或| : 兩位有一個爲1,結果爲1;
按位異或^:兩位一個爲0,一個爲1,結果爲1;
按位取反~:0->1; 1->0

&|~

三個移位運算符

算術右移>>,算術左移<<
算術右移:低位溢出,符號位不變,並用符號位補溢出的高位
算術左移:符號位不變,低位補0
邏輯右移>>>:低位溢出,高位補0

移位運算符

加減運算

加減運算


3: 運算器的基本結構和功能有哪些?

運算器由算術邏輯單元(ALU)、累加器、狀態寄存器、通用寄存器組等組成;針對沒一種算術運算,都必須有一個相對應的基本硬件配置,其核心部件是加法器和寄存器,當需要完成邏輯運算時,勢必需要配置相應的邏輯電離能,而ALU電路是既能完成算術運算又能完成邏輯運算的部件;
功能:運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算,與、或、非、異或等邏輯操作,以及移位、比較和傳送等操作

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