
【計】 quotient-multiplier register
乘數商數寄存器(Multiplier-Quotient Register,簡稱MQ Register)是計算機體系結構中用于加速乘除法運算的關鍵硬件組件。其核心功能包括存儲乘數(multiplier)、商數(quotient)以及運算過程中的中間結果,尤其在早期計算機系統中承擔着算術邏輯單元(ALU)與主存儲器之間的數據緩沖作用。
核心特性與技術實現
雙模式運算支持
MQ寄存器通過并行處理乘數和商數的二進制位,支持乘法運算中的部分積累加(如Booth算法實現)和除法運算中的餘數調整。典型設計中,其位寬通常為累加器的兩倍,例如IBM 704計算機采用36位累加器配合36位MQ寄存器完成72位雙精度運算。
移位協同機制
在乘法運算中,MQ寄存器與累加器形成聯動結構,通過逐位右移實現二進制數位權展開。例如執行定點數乘法時,MQ寄存器存儲乘數并逐步釋放最低有效位(LSB),同時累加器存儲高位乘積結果(IEEE Std 754-1985)。
曆史演進路徑
從馮·諾伊曼架構的初代計算機EDVAC到現代處理器,MQ寄存器的物理形态經曆了分立電子管、晶體管陣列到集成化數據路徑的演變。當前其功能多被融合進通用寄存器堆,但在數字信號處理器(DSP)中仍保留專用乘法-累加器(MAC)單元(Computer History Museum技術文檔)。
典型應用場景
該組件的設計原理在《計算機體系結構:量化研究方法》等權威著作中有詳細電路級分析(Hennessy & Patterson, 2017),其曆史實現案例可參考劍橋大學數學實驗室保存的EDSAC模拟器技術參數。
乘商寄存器(Multiplier-Quotient Register,簡稱MQ寄存器)是計算機算術邏輯單元(ALU)中的專用寄存器,主要用于存儲乘法或除法運算過程中的中間結果及最終結果。以下是詳細解釋:
乘法運算
存儲乘法運算的中間乘積值,例如當執行二進制乘法時,MQ寄存器會配合移位器和加法器完成逐位計算,最終保存完整的乘積結果。
除法運算
在除法操作中,MQ寄存器用于存儲商的中間值或最終商數,同時可能與其他寄存器(如餘數寄存器)配合完成運算。
乘法流程
乘數和被乘數分别存入對應寄存器,通過移位-累加的循環操作逐位計算,最終乘積的高位和低位可能分别存儲在累加器和MQ寄存器中。
除法流程
通過重複的減法與移位操作生成商,MQ寄存器逐步存儲商的每一位,直至運算完成。
MQ寄存器的名稱源自其雙功能特性(Multiplier-Quotient),即同時支持乘法和除法運算。在部分架構中,MQ可能與其他寄存器(如累加器ACC)合并使用,具體實現因處理器設計而異。
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