MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的组成
MIPS计算机是上个世纪八十年代中期推出的典型RISC结构，我们将以32位字长的机型为例，介绍MIPS计算机的运算器部件，其内部组成如图3.4所示，包括两个重要部分，一个是由128个寄存器组成的寄存器堆，另一个是执行数据运算的ALU。这个运算器被用于多周期CPU系统（对不同类型的指令选用不同的周期数）时，ALU既用于计算数据，又用于计算数据和指令在存储器中的地址，故还需要向ALU提供计算指令地址的相关信息。
寄存器堆可以使用两个端口（N1、N2）控制，从寄存器堆中读出两个寄存器的内容（Q1、Q2）并送到暂存器A和B，作为ALU运算的两路数据来源，B暂存器的内容还可以作为写入内存的数据。寄存器堆还要用第三个端口（ND）提供写入外部数据时用到的寄存器编号。
ALU完成对两路输入数据（A、B）的算术或者逻辑运算功能，向外直接提供运算的结果R（送PC）和结果的特征信息Z（结果为0标志），或将结果暂存于结果寄存器C中，为后续操作准备数据。
向ALU提供不同来源的两路数据，A路可以选择程序计数器PC或者寄存器A的输出，B路可以选择常数4、寄存器B的输出、或者另外两路数据Immed_1或Immed_2。这可以组合出A OP B，A OP Immed_1（OP代表不同的算数或者逻辑运算），PC+4，PC+ Immed_2等多种运算功能。前两种组合用于数据运算，包括两个寄存器之间的运算，或者一个寄存器和立即数之间的运算；后两种组合用于计算指令地址，PC+4得到下条相邻指令的地址，PC+ Immed_2得到相对转移指令的地址，更深入的内容将在控制器部件的章节进行说明。
MIPS计算机的运算器部件
MIPS计算机多周期CPU系统中的运算器部件的工作过程与控制信号
1．运算器与控制器之间的信息传递
控制器中的程序计数器（PC）需要通过ALU完成指令地址计算，它把自己的内容送到ALU的A输入端，图3.4中用pc-in表示，以实现PC+4和PC+immed-2的加法运算，常数4和immed-2是由ALU的B输入端提供。PC+4的计算要在读刷指令阶段完成，并在这一阶段就把计算结果（图中用pc-out表示）写回PC。PC+immed-2的计算要在指令译码阶段完成，并将计算结果保存在ALU的结果寄存器C中，到下一步的执行阶段依据需要把这个结果（图中用reg-C表示）再写回PC。
2．运算器与存储器器之间的信息传递
写入寄存器堆的数据可以是ALU的运算结果，也可能是从内存中读出来的数据，这二者需要通过一个二选一电路送到寄存器堆的DI数据输入端。ALU的计算结果是在执行阶段通过A op B或A op immed-1运算得到的，并首先保存在C寄存器中，到下一步的数据写回阶段才写入寄存器堆。
为了实现内存的读出或写入操作，在执行阶段通过A+immed-1运算得到内存地址，并保存在C寄存器中，到下一步的内存读写阶段用C中的这个地址来选择内存中的一个存储单元。
对从内存读出数据的指令，完成读出数据到内存的数据缓存寄存器DR中。对写数据到内存的指令，把在译码步骤保存在B寄存器中的数据送到内存的数据线，完成内存的写入操作。
小结：运算器需要向内存提供地址信息和写入的数据信息，内存则将向运算器提供其读出的数据以便写入到寄存器堆中。
注意
这个运算器部件中的寄存器堆和ALU将在不同的执行步骤中完成自己的操作功能，读寄存器堆在前（需要提供被读的两个寄存器的编号rs和rt），ALU计算在后（需要提供数据来源选择信号A_sel和B_sel，以及ALU的运算功能选择信号alu_func），再到下一步才会把保存在寄存器C中的计算结果写回寄存器堆（需要提供被写的寄存器编号rd，写寄存器堆的命令信号we）。三个寄存器A、B、C都要用到时钟信号Clock。
从控制器接收寄存器编号
第一步：用rs和rt从寄存器组中读出两个寄存器的内容并暂存到寄存器A和B
第二步：两个寄存器的内容经2个多路选择器电路送到ALU的输入端，ALU执行加法运算，并保存结果到寄存器C；
第三步：把寄存器C中的计算结果写入到寄存器组内由rd选择的寄存器
