計(jì)算機(jī)的核心，運(yùn)算器的詳細(xì)講解

（文章來(lái)源：科技連線中）
首先我們要定義，運(yùn)算器：arithmetic unit，計(jì)算機(jī)中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算操作的部件。運(yùn)算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運(yùn)算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱(chēng)算術(shù)邏輯部件（ALU）（百度百科）

簡(jiǎn)單點(diǎn)，也就是邏輯電路“門(mén)”的組合體，以硬件的方式編譯各種晶體管，起到我們數(shù)學(xué)或邏輯運(yùn)算的基本單位，每個(gè)計(jì)算機(jī)包含了各種各樣的邏輯運(yùn)算基本單元。由這些基礎(chǔ)單位再編譯組成一個(gè)個(gè)的運(yùn)算器。

（可看成一個(gè)芯片上集成更多的“電腦整體”，由這些電腦再組合成“超級(jí)計(jì)算機(jī)”，再由這些超級(jí)計(jì)算機(jī)組合成一個(gè)整體CPU）所謂的更新?lián)Q代就這么簡(jiǎn)單。幾十年前的超級(jí)計(jì)算機(jī)為什么沒(méi)有當(dāng)前的一個(gè)小小芯片運(yùn)算效率、速度快，也就是因?yàn)檫@個(gè)芯片比以前的超級(jí)計(jì)算機(jī)安裝了更多的運(yùn)算器，更高效的運(yùn)行。

這就是運(yùn)算器成為計(jì)算機(jī)核心的根本原因，影響我們運(yùn)算器速度的因素有哪些？1、計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度，就是我們每秒計(jì)算機(jī)執(zhí)行多少條計(jì)算。由時(shí)鐘頻率決定（當(dāng)前瓶頸不好突破）。

2、有多少個(gè)相同類(lèi)型的運(yùn)算器組成，并行計(jì)算可成倍增加我們運(yùn)算器速度。（一個(gè)運(yùn)算單位，一秒鐘一次運(yùn)算，如果一個(gè)運(yùn)算器有128個(gè)運(yùn)算單位，那么一秒理論上可以運(yùn)算128次）。

3、計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)，每個(gè)運(yùn)算器，一次運(yùn)算多少位的數(shù)。（當(dāng)前一般計(jì)算機(jī)都是64位或成倍以上的位數(shù)）道理一樣，隨著位數(shù)提高，理論上計(jì)算速度也是成倍地提高。（前提是，計(jì)算數(shù)據(jù)要超過(guò)位數(shù)，不能都是1+1，那速度一樣）

4、計(jì)算機(jī)架構(gòu)問(wèn)題。隨著運(yùn)算器集成度越來(lái)越高，我們需要更多控制單元來(lái)解決每一個(gè)運(yùn)算器與其他設(shè)備的高效溝通問(wèn)題。（這本來(lái)是超級(jí)計(jì)算機(jī)的問(wèn)題，但隨著計(jì)算集成度的幾何倍提高，當(dāng)前我們普通計(jì)算機(jī)也碰到了這個(gè)鴻溝，而超級(jí)計(jì)算機(jī)在突破并行計(jì)算能力）

其實(shí)，運(yùn)算器的位數(shù)成倍提高，相應(yīng)的運(yùn)算器的基本單元復(fù)雜程度也在提高（對(duì)應(yīng)的芯片編譯器也會(huì)倍數(shù)的提高，而更新?lián)Q代）對(duì)我們當(dāng)前普通計(jì)算機(jī)來(lái)講：運(yùn)算器的多少、運(yùn)算器的架構(gòu)效率如何（通過(guò)指令集（控制器的超級(jí)公路版）可以提高運(yùn)算效率），直接影響了我們計(jì)算機(jī)的速率。

對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)講：字符長(zhǎng)度與數(shù)學(xué)模型直接影響計(jì)算機(jī)的執(zhí)行效率（幾何倍數(shù)的區(qū)別），當(dāng)然對(duì)于需要并行計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)講，并行架構(gòu)問(wèn)題或許才是最大的瓶頸（從一到十與從十到百，不是那么容易解決的）也是為什么“量子計(jì)算機(jī)”非常重要的原因，因?yàn)閷?duì)于它來(lái)講從一到十與從萬(wàn)到十萬(wàn)一樣，都是幾何倍數(shù)的提升。

其實(shí)光子計(jì)算機(jī)也是可以解決的，雖然不是幾何倍數(shù)的提升，但是是可以很好解決并行計(jì)算問(wèn)題提升潛力的。（直接追求“量子計(jì)算機(jī)”運(yùn)算器的突破，可以并行追求用光子代替電子來(lái)制作運(yùn)算器用來(lái)解決并行計(jì)算問(wèn)題）。
（責(zé)任編輯：fqj）