运算器组成与功能大作业
实验5 运算器的编程实现
一、实验目的
1、加深对计算机中运算器的基本概念、运算方法和基本原理的理解。
2、提高学生对计算机编程语言掌握的熟练程度。
二、实验内容
运用一种编程语言实现计算器的基本功能。
思考：1、计算机中数据是如何表示的？不太懂负数二进制的可以看下https://mp.csdn.net/postedit/81906714
答：计算机中数据的表示方法是“二进制”。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。
2、计算机中二进制数的加、减、乘、除四则运算如何实现？
答：二进制只有两个数码0和1，“满二进一”。
加法运算：不计进位的和为sum = a^b，进位就是arr = a&b,(相加时先左移一位，要进位）。直到不能加为止
减法运算：a-b = a+(-b) 根据补码的特性，各位取反加1
乘法运算：b个a相加
除法运算：看a能减去几个b.
3、运算器的基本结构和功能有哪些？
答：运算器包括寄存器、执行部件和控制电路3个部分。
在典型的运算器中有3个寄存器：接收并保存一个操作数的接收寄存器；保存另一个操作数和运算结果的累加寄存器；在运算器 进行乘、除运算时保存乘数或商数的乘商寄存器；
执行部件包括一个加法器和各种类型的输入输出门电路;
控制电路按照一定的时间顺序发出不同的控制信号，使数据经过相应的门电路进入寄存器或加法器，完成规定的操作。为了减少对存储器的访问。
（2）运算器主要由算术逻辑部件、通用寄存器组和状态寄存器组成。
1、算术逻辑部件ALU。ALU 主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。算术运算主要包括定点加、减、乘和除运算。逻辑运算主要有逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非操作。移位操作主要完成逻辑左移和右移、算术左移和右移及其他一些移位操作,某些及其中还有其他功能。
2、通用寄存器组设计的机器的运算器都有一组通用寄存器。它主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。早期的机器只设计一个寄存器，用来存放操作数、操作结果和执行移位操作。
3、状态寄存器状态寄存器用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态。程序设计中，这些状态通常用作条件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。
三.实验结果分析
不能有空格。
四.实验心得
答：通过实验对机械数、真值、原码、补码、反码的用处更加的清楚，也对加深了对计算机中运算器的基本概念、运算方法和基本原理的理解。对计算机底层二进制的加减乘除运算有了深刻地认识，也提高对计算机编程语言掌握的熟练程度。
代码：
关于op数组与main函数可以看下
实验5 运算器的编程实现
一、实验目的
1、加深对计算机中运算器的基本概念、运算方法和基本原理的理解。
2、提高学生对计算机编程语言掌握的熟练程度。
二、实验内容
运用一种编程语言实现计算器的基本功能。
思考：1、计算机中数据是如何表示的？
答：计算机中数据的表示方法是“二进制”的方法，二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。
2、计算机中二进制数的加、减、乘、除四则运算如何实现？
答：二进制加法和十进制加法相似，所不同的是十进制有十个码，“满十进一”，二进制只有两个数码0和1，“满二进一”。
加法运算：将一个整数用二进制表示，其加法运算就是：相异（^）时，本位为1，进位为0；同为1时本位为0，进位为1；同为0时，本位进位均为0.
所以，不计进位的和为sum = a^b，进位就是arr = a&b,(与sum相加时先左移一位，因为这是进位）。完成加法直到进位为0.
减法运算：a-b = a+(-b) 根据补码的特性，各位取反加1即可（注意得到的是相反数，不是该数的补码，因为符号位改变了）
（上面用二进制实现的加减法可以直接应用于负数）
乘法运算：原理上还是通过移位和加法计算。将b个a相加，注意下面实际的代码。
除法运算：相当于减法（被减数减去减数得到的差与减数比较大小，看a最多能减去多少个b
3、运算器的基本结构和功能有哪些？
答：运算器包括寄存器、执行部件和控制电路3个部分。在典型的运算器中有3个寄存器：接收并保存一个操作数的接收寄存器；‚保存另一个操作数和运算结果的累加寄存器；ƒ在进行乘、除运算时保存乘数或商数的乘商寄存器。执行部件包括一个加法器和各种类型的输入输出门电路。运算器功能主要由算术逻辑部件、通用寄存器组和状态寄存器组成。
<1>算术逻辑部件ALU。ALU 主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。 算术运算主要包括定点加、减、乘和除运算。 <2>通用寄存器组近期设计的机器的运算器都有一组通用寄存器。它主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。 <3>状态寄存器状态寄存器用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态。程序设计中，这些状态通常用作条件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。
（2）基本功能：运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理。
三.实验结果分析
不能有空格。
四.实验心得
答：通过实验对机械数、真值、原码、补码、反码的用处更加的清楚，也对加深了对计算机中运算器的基本概念、运算方法和基本原理的理解。对计算机底层二进制的加减乘除运算有了深刻地认识，也提高对计算机编程语言掌握的熟练程度。
代码：
#include
#include
using namespace std;
char Precede(char a,char b) //得到a对b的优先级
{
char op[7][7]=
{// + - * / ( ) #
{'>','>','<','<','<','>','>'},// +
{'>','>','<','<','<','>','>'},// -
{'>','>','>','>','<','>','>'},// *
{'>','>','>','>','<','>','>'},// /
{'<','<','<','<','<','=','0'},// (
{'>','>','>','>','0','>','>'},// )
{'<','<','<','<','<','0','='} // #
};
int x,y;
switch(a)
{
case '+': x=0; break;
case '-': x=1; break;
case '*': x=2; break;
case '/': x=3; break;
case '(': x=4; break;
case ')': x=5; break;
case '#': x=6; break;
}
switch(b)
{
case '+': y=0; break;
case '-': y=1; break;
case '*': y=2; break;
case '/': y=3; break;
case '(': y=4; break;
case ')': y=5; break;
case '#': y=6; break;
}
return op[x][y];
}
//加法（利用迭代）
int Add(int a, int b)
{
int ans=a;
while (b)
{
ans = a^b;
b = (a&b) << 1;
a = ans;
}
return ans;
}
//求a的相反数：将各位取反
int negative(int a) //get -a
{
return Add(~a, 1);
}
int Minus(int a, int b)
{
return Add(a, negative(b));
}
//正数乘法
int Multi(int a, int b)
{
int ans = 0;
while (b)
{
if (b & 1)
ans = Add(ans, a);
a = a << 1;
b = b >> 1;
}
return ans;
}
//正数除法
int Divide(int a, int b)
{
int coun = 0;
while (a >= b)
{
a = Minus(a, b);
coun = Add(coun,1) ;
}
return coun;
}
//判断是否是负数，0，正数
int isneg(int a)//负数
{
return a & 0x8000;//1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 000
}
int iszero(int a)//0
{
return !(a & 0xFFFF);
}
int ispos(int a)//正数
{
return (a & 0xFFFF) && !(a & 0x8000);
}
//处理负数的乘法和除法
int My_Multi(int a, int b)
{
if (iszero(a) || iszero(b))
return 0;
if (isneg(a))
{
if (isneg(b))
return Multi(negative(a), negative(b));
else
return negative(Multi(negative(a), b));
}
else if (isneg(b))
return negative(Multi(a, negative(b)));
else
return Multi(a, b);
}
int My_Divide(int a, int b)
{
if (iszero(b))
{
cout << "Error!" << endl;
exit(1);
}
if (iszero(a))
return 0;
if (isneg(a))
{
if (isneg(b))
return Divide(negative(a), negative(b));
else
return negative(Divide(negative(a), b));
}
else if (isneg(b))
return negative(Divide(a, negative(b)));
else
return Divide(a, b);
}
int Calculation(int num1,int num2,char op)//计算
{
switch(op)
{
case '+':
return Add(num1, num2);
case '-':
return Add(num1, negative(num2));
case '*':
return My_Multi(num1, num2);
case '/':
return My_Divide(num1, num2);
}
}
int main()
{
cout<(0xFFFF)<(0x8000)<> s)
{
if (s.find("+") == string::npos && s.find("-") == string::npos &&
s.find("*") == string::npos && s.find("/") == string::npos)
{//单独的一个数字
cout << s << endl; continue;
}
s += '#';//表示结束
stack opnd;
stack optr;
optr.push('#');
int num = 0, i = 0;
bool flag = false;
while (s[i] != '#' || optr.top() != '#')
{
if (isdigit(s[i]))
{
flag = true;
num = num * 10 + (s[i] - '0');
i++;
continue;
}
else
{
if (flag)
{
opnd.push(num); num = 0; flag = false;
}
switch(Precede(optr.top(),s[i]))
{
case '<':
optr.push(s[i]);
i++;
break;
case '=':
optr.pop();
i++;
break;
case '>':
char op = optr.top(); optr.pop();
int num1 = opnd.top(); opnd.pop();
int num2 = opnd.top(); opnd.pop();
int ans = Calculation(num2, num1, op);
opnd.push(ans); break;
}
}
}
cout << opnd.top() << endl;
}
return 0;
}