运算器
基本组成与功能
- 运算器是计算机中执行算术运算和逻辑运算的核心部件。
- 主要由算术逻辑单元（ALU）、通用寄存器组（如累加器 ACC、乘商寄存器 MQ、操作数寄存器 X 等）、数据总线、状态寄存器（PSW）和控制电路组成。
- 功能：实现数据的算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或、移位等）。
组成部分
- 算术逻辑单元 (ALU)：运算器的核心部件，负责执行各种算术运算（如加、减、乘、除、移位）和逻辑运算（如与、或、非、异或）。
- 功能：完成二进制数的算术运算、逻辑运算、移位等。
- 结构：通常由高速加法器、逻辑门电路、多路选择器、数据选择器等组成。
- 寄存器组：
- 通用寄存器：用于临时存放操作数、中间结果、地址等，提高 CPU 访问数据的速度。
- 累加器 (AC)：一个特殊的通用寄存器，通常用于存放操作数或运算的中间结果，许多算术逻辑运算都涉及累加器。
- 乘商寄存器 (MQ)：在乘法运算中存放乘数和部分积，在除法运算中存放商。
- 操作数寄存器 (DR)：用于存放从存储器或 I/O 设备中取出的操作数。
- 状态寄存器 / 标志寄存器 (PSW / FR)：存放运算结果的特征，如：
- 零标志 (ZF)：指示运算结果是否为零。
- 进位标志 (CF)：指示最高位是否有进位或借位。
- 溢出标志 (OF)：指示运算是否溢出。
- 符号标志 (SF)：指示运算结果的符号。
- 其他标志：如奇偶标志、中断允许标志等，用于控制程序流程和系统状态。
- 数据总线：连接运算器内部各部件之间的数据通路，也是运算器与存储器、I/O 设备进行数据交换的通路。
- 控制逻辑：根据指令译码结果和时序信号，产生各种微操作控制信号，控制 ALU、寄存器等部件的协调工作，完成指令规定的操作。
标志寄存器
| 标志 | 无符号数运算 | 有符号数运算 |
|---|
| CF (进位标志) | 指示溢出：加法时最高位有进位，减法时有借位。 | 指示最高位进位/借位：不直接表示溢出，用于多字长运算。 |
| OF (溢出标志) | 不使用。 | 指示溢出：结果超出有符号数表示范围（如正数 + 正数=负数）。 |
| ZF (零标志) | 结果为 0 时置 1。 | 结果为 0 时置 1。 |
| SF (符号标志) | 不使用（最高位是数值的一部分）。 | 指示符号：结果为负数（最高位为 1）时置 1，否则置 0。 |
运算器的数据通路
- 描述数据在运算器内部各部件之间流动的路径。
- 通过数据总线、多路选择器、三态门等连接，实现数据的输入、输出、暂存和运算。
- 例如，操作数从存储器经数据总线进入操作数寄存器 DR，DR 中的数据送入 ALU 参与运算，ALU 的运算结果送入累加器 AC，AC 中的结果再通过数据总线送回存储器。