现代计算机硬件系统之运算器运算和逻辑运算的部件

现代计算机硬件系统（包括我们生活中最常见的PC个人计算机）包括算术单元、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大类，也称为五大部件。

计算机硬件系统的五个组成部分

一、算器

算术单元一般至少包括3个寄存器和1个算术逻辑单元。现代计算机通常具有通用寄存器组。

Register，一种存储容量有限的高速存储组件，可用于临时存储指令、数据和地址。有多种类型的寄存器。一般而言，四种算术运算分为三种。 ACC（Accumulator）是累加器，MQ（Multiplier-Quotient Register）是乘数寄存器，X是操作数寄存器，三种类型的寄存器执行不同的操作，存储的操作数类型也不同。

3 种寄存器

关于产品的高阶和低阶部分的概念，以十进制为例。百位是十位的高位，十位是百位的低位。将两个 16 位数字相乘，结果可能有 32 位。左半部分的16位是乘积的高位，存放在ACC中，右半部分的16位是乘积的低位，存放在MQ中。

算术逻辑单元（ALU，Arithmetic and Logic Unit）是算术运算和逻辑运算的组成部分。算术运算包括整数运算，例如加法、减法和乘法。逻辑运算包括AND、OR、NOT、XOR等逻辑运算，以及移位、比较、转移等运算。

将字符向左或向右移动一位或浮动特定位的移位操作，包括有符号扩展和无符号扩展，在程序中应用广泛。

二、controller

在了解控制器之前，您首先需要了解什么是指令。对于计算机来说，计算机本身只能也只能执行“指令”，也就是说，我们在外部看到的计算机的各种智能性能，本质上都是计算机执行各种指令的结果。

指令，由操作码和地址码组成。操作码代表计算机要执行的某个操作的性质。简单的说就是计算机需要做什么，由操作码决定；地址码是操作码执行时操作对象的地址。操作对象是指要操作的数据，也称为操作数。

控制器是计算机的指挥中心。负责确定程序的执行顺序，并在执行指令时给出机器各部分所需的操作控制命令。

控制器由程序计数器（PC，Program Counter）、指令寄存器（IR，Instruction Register）、指令（ID，Instruction Decoder）、时序发生器（Timing Generator）和运算控制器（控制单元）组成。

指令寄存器IR用于存储当前正在执行的一条指令，存储的内容来自数据寄存器（DR，Data Register）。当一条指令需要执行时，必须先从内部存储器访问数据寄存器，然后发送到指令寄存器IR。

指令 ID。计算机执行指定指令时，首先要分析该指令的操作码，确定操作的性质和方法，然后控制计算机其他部件协同完成指令表达功能，分析工作在中间由指令ID完成。

程序计数器PC用于存储下一条要执行的指令的地址。它与内存（memory）之间存在直接路径。在执行一条指令时，首先需要根据程序计数器PC中存储的指令地址从内部存储器中访问指令寄存器IR，完成“取指令”操作。程序计数器PC本身具有自动加1的功能，可以自动给出下一条指令的地址，并以此方式循环执行每条指令。

定时发生器，类似于“时间表”，为计算机的各个部分提供时间标记，一般是通过定时脉冲的序列和不同的脉冲间隔来实现的。

操作控制器根据指令所需的操作和信号，发出各种微操作指令序列，控制所有受控对象，完成指令的执行。

整个控制器的操作逻辑是先根据程序计数器指示的指令地址从内存中取出一条指令到指令寄存器IR，然后指示ID对指令进行解析，然后对指令进行操作控制器根据指令功能向相关组件发送控制命令，并执行控制命令的操作。操作完成后，程序计数器加1，重复上述操作。

控制器执行的逻辑指令序列

运算单元和控制器共同构成了计算机的核心部件——CPU，即中央处理单元（Control Processing Unit）。

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