運(yùn)算器能夠進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器的基本功能是完成對(duì)各種數(shù)據(jù)的加工處理，例如算術(shù)四則運(yùn)算，與、或、求反等邏輯運(yùn)算，算術(shù)和邏輯移位操作，比較數(shù)值，變更符號(hào)，計(jì)算主存地址等。運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中處理數(shù)據(jù)的功能部件，對(duì)數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯數(shù)據(jù)的邏輯操作；因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)與邏輯運(yùn)算是運(yùn)算器的核心功能。

本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、Dell G3電腦。

運(yùn)算器能夠進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

運(yùn)算器：arithmetic unit，計(jì)算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算操作的部件。

運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補(bǔ)等操作。計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)算器的操作和操作種類(lèi)由控制器決定。運(yùn)算器處理的數(shù)據(jù)來(lái)自存儲(chǔ)器；處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲(chǔ)器，或暫時(shí)寄存在運(yùn)算器中。與Control Unit共同組成了CPU的核心部分。

運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中處理數(shù)據(jù)的功能部件。對(duì)數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯數(shù)據(jù)的邏輯操作。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)與邏輯運(yùn)算是運(yùn)算器的核心功能。

運(yùn)算器的基本功能是完成對(duì)各種數(shù)據(jù)的加工處理，例如算術(shù)四則運(yùn)算，與、或、求反等邏輯運(yùn)算，算術(shù)和邏輯移位操作，比較數(shù)值，變更符號(hào)，計(jì)算主存地址等。

運(yùn)算器中的寄存器用于臨時(shí)保存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算的中間結(jié)果等。運(yùn)算器中還要設(shè)置相應(yīng)的部件，用來(lái)記錄一次運(yùn)算結(jié)果的特征情況，如是否溢出，結(jié)果的符號(hào)位，結(jié)果是否為零等。

運(yùn)算器的運(yùn)算

加法器

一位全加器：

Si=Ai⊕Bi⊕CiCi+1=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci
延遲運(yùn)算: 與門(mén)、或門(mén) 1T；異或門(mén)3T

行波進(jìn)位的補(bǔ)碼加法/減法器

當(dāng)M=0時(shí)，B數(shù)各位經(jīng)過(guò)0異或保持原數(shù)B不變，最低位進(jìn)位為0，結(jié)果就是A與B相加；當(dāng)M=1時(shí)，B數(shù)各位經(jīng)過(guò)1異或取反，再結(jié)合最低位的進(jìn)位1，結(jié)果就是A+(-B)= A-B

定點(diǎn)乘法

在定點(diǎn)計(jì)算機(jī)中，兩個(gè)原碼表示的數(shù)相乘的運(yùn)算規(guī)則是：乘積的符號(hào)位由兩數(shù)的符號(hào)位按異或運(yùn)算得到，而乘積的數(shù)值部分則是兩個(gè)正數(shù)相乘之積。

介于串行乘法器已經(jīng)被淘汰，下面只介紹并行乘法器。并行乘法器的關(guān)鍵是快速產(chǎn)生n*n個(gè)位積，然后對(duì)位積進(jìn)行相加運(yùn)算產(chǎn)生n+n-1個(gè)列和。

并行乘法器：

第一步是并行計(jì)算nn個(gè)位積，為此需要nn個(gè)與門(mén)；
第二步是利用n*(n-1)個(gè)全加器計(jì)算列和。

間接補(bǔ)碼乘法運(yùn)算

由于在計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)是以補(bǔ)碼形式存在，必須考慮補(bǔ)碼乘法運(yùn)算中由補(bǔ)碼、原碼之間簡(jiǎn)便的互換運(yùn)算

由補(bǔ)碼直接求原碼的運(yùn)算：

正數(shù)的補(bǔ)碼不變，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于從右邊開(kāi)始遇到的第一個(gè)真值的1以后除了符號(hào)位以外1變0，0變1。

求補(bǔ)電路的思想：

如果符號(hào)位是0，數(shù)據(jù)不變

如果符號(hào)位是1，則符號(hào)位保持不變，數(shù)據(jù)位從lowbit(x)左邊除符號(hào)位以外全部求反

串聯(lián)的或門(mén)陸續(xù)接受來(lái)自低位的數(shù)字和上一次的或門(mén)輸出，一旦某一次低位數(shù)字為1，這一次的或門(mén)輸出及后續(xù)的或門(mén)輸出均為1。每一級(jí)的或門(mén)輸出都會(huì)與使能端E相與，當(dāng)使能端E=1時(shí)，簡(jiǎn)化為直接由或門(mén)輸出控制。與門(mén)輸出接異或門(mén)，當(dāng)或門(mén)為1，E=1時(shí)，異或門(mén)發(fā)揮求反功能。當(dāng)使能端為0時(shí)，各級(jí)異或門(mén)均為0，不發(fā)揮求反功能，即各位均保持不變。因此，可以將使能端接數(shù)的符號(hào)位。

間接補(bǔ)碼乘法器，即先將兩個(gè)數(shù)經(jīng)過(guò)算前求補(bǔ)器轉(zhuǎn)化為原碼，然后經(jīng)過(guò)乘法器，再將結(jié)果經(jīng)過(guò)算后求補(bǔ)器轉(zhuǎn)化為補(bǔ)碼。

直接補(bǔ)碼乘法運(yùn)算

根據(jù)這一特點(diǎn)，我們可以設(shè)計(jì)輸入帶有負(fù)權(quán)的加法器，用來(lái)構(gòu)造直接補(bǔ)碼并行乘法器。根據(jù)帶有負(fù)權(quán)的輸入端數(shù)量，可以分為0，1，2，3四類(lèi)加法器。用混合加法器構(gòu)造出的并行乘法器如下圖：