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摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。
控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长：运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。
基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。
固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。
可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR：系统的平均修复时间。
MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。
实验一运算器实验计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。
本章首先安排一个基本的运算器实验，了解运算器的基本结构，然后再设计一个加法器和一个乘法器。
一、实验目的(1) 了解运算器的组成结构。
(2) 掌握运算器的工作原理。
二、实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
三、实验原理本实验的原理如图1-1所示。
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A 和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。
ALU中所有模块集成在一片CPLD中。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-2所示。
图中显示的是一个4×4的矩阵（系统中是一个8×8的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。
(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。
(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
D[7..0]IN[7..0]图1-1 运算器原理图运算器部件由一片CPLD实现。
主机：CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。
CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
运算器：计算机中完成运算功能的部件，则ALU和寄存器构成。
外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备、输出设备和外存储设备。
数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。
指令：构成计算机软件的基本元素，表示成二进制数编码的操作命令。
透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
位：计算机中的一个二进制的数据代码（0或1），是数据的最小表示单位。
字：数据运算和存储单位，其位数取决于计算机。
字节：衡量数据量以及存储器容量的基本单位，1字节等于8位二进制信息。
字长：一个数据字包含的位数，一般为8位、16位、32位和64位等。
地址：给主存储器不同的存储位置指定的一个二进制编号。
存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存两种。
存储器的访问：对存储器中数据的读操作和写操作。
总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合。
硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。
软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件两种。
兼容：计算机部件的通用性。
操作系统：主要的系统软件，控制其他程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面。
汇编程序：将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。
汇编语言：采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应。
编译程序：将高级语言的程序转换成机器语言程序的计算机软件。
解释程序：解释执行高级语言程序的计算机软件，，解释并执行源程序的语句。
系统软件：计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件。
应用软件：完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。
指令流：在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的指令序列。
运算器的组成
运算器是计算机中的核心组成部分之一，它主要用于执行各种算术和逻辑操作。
运算器通常由两个主要部分组成：算术逻辑单元（ALU）和寄存器文件。
算术逻辑单元是运算器的主要部分之一，它可以执行各种算术和逻辑运算，例如加、减、乘、除、与、或、非等。
ALU通常由各种逻辑门组成，例如加法器、
逻辑门、移位器等等。
这些逻辑门可以接收来自寄存器文件的数据，并对其执行
各种操作。
寄存器文件是运算器的另一个主要部分，它用于存储和管理计算机中的数据。
寄存器文件通常由多个寄存器组成，每个寄存器都可以存储一个特定大小的数据。
这些数据可以是数字、字母、符号等等。
寄存器文件可以接收来自内存或其他设备的数据，并将其存储在寄存器中，以便ALU对其执行操作。
除了ALU和寄存器文件，运算器还可以包括其他部分，例如时钟、控制单元等。
时钟用于同步运算器的各个部分，以确保它们可以按照正确的顺序执行操作。
控制单元用于控制运算器的各个部分，以确保它们可以按照正确的方式执行操作。
总之，运算器是计算机中非常重要的一个组成部分，它主要用于执行各种算术和逻辑操作。
运算器通常由算术逻辑单元和寄存器文件组成，以及其他部分例如时钟和控制单元等。
