什么是算术逻辑单元？

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#111723#盘算机用二进制存储数字的目标是为了盘算，而盘算的进程是由“算术逻辑单位”来实现的。
那甚么是算术逻辑单位？
算术逻辑单位（Arithmetic and Logic Unit）简称ALU，就是担任实现盘算机里的多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路。

看看下面这个什物，图片中是最有名的ALU——英特尔74181，1970年宣布，事先它是第一个完整被封装在单个芯片里的完全ALU，对人们来讲这是一个惊人的工程。
明天，让咱们一同用布尔逻辑门来构建一个简略的与74181功效雷同的ALU电路吧。
在构建ALU之前，咱们要晓得ALU电路包括2个单位，一个是算术单位和一个是逻辑单位。
咱们先从算术单位开端，算术单位担任盘算机中全部的数字操纵，比方加减法，固然它还会做一些其余简略的事，比方给某个数字加1，这叫增量运算。
在算术单位中，咱们会用到AND，OR，NOT和XOR逻辑门，最简略的加法电路，就是有2个二进制的输入：A和B，另有1个就是输出，即两个二进制数字的和。
假定A和B都是只有一个bit，即0或1，那A和B的运算就只有以下四种可能的组合：
0+0=0
1+0=1
0+1=1
1+1=10
提示一下，在二进制里，1代表true，0代表false，以是这组输入和输出的前三种可能与XOR门的逻辑关联是一样。
第四中输入组合，明显1+1≠2，由于在二进制里是没有2的，以是成果是0，将1进位到下一名，和为二进制的“10”，对于XOR门的输出，只对了一部份，即1加1，输出0，这个时间，咱们只要要一根额定的线来代表进位，即只有当输入是1和1时，进位才是“true”。
针对下面呈现的成绩，咱们能够把AND门加到电路中，即当两个输入都为“true”时，输出才为“true”，如许就构成了“半加器”电路。
假如你想处置大于1+1的情形，就须要“全加器”（full adder），全加器比半加器庞杂点，它有3个bit的输入：A、B、C，以是最大可能输入为：1+1+1，总和1，进位1，因而须要两条输出线，即进位线与总和线。
实在，咱们也能够用半加器来实现全加器的功效，先用半加器将A和B相加，而后把C输入到第二个半加器中，最后用一个OR门检讨进位是不是true便可以了。
当初，咱们能够做一个两个8 Bit停止相加的电路，这两个8 bit分辨为A和B，看下图：

咱们从A和B的第一名开端相加，第一名分辨称为A0和B0，由于只有2个数，以是用一个半加器便可以，咱们将它俩的和称为Sum0，斟酌到A1和B1相加的时间可能会有A0和B0相加的进位，就会有3个数，以是从A1和B1相加开端就得用全加器，而后顺次类推，搞定8个bit的相加，这叫 “8位脉动进位加法器”。
请留神：A7和B7的全加器有“进位”输出，假如它俩相加有输出进位，代表数字A和B相加，和超越了8位，这叫“溢出”（overflow）。假如想防止溢出，就得加更多全加器，而后相加16或32位数字，这就会让溢出更难产生，但毛病是每次进位都要一点时光向前挪动。
简略的ALU没有专门的电路行止理乘法和除法，而是用屡次加法实现乘法运算，比方：能够将12加5次来实现12乘以5。
固然，不必去担忧咱们当初的条记本和手机，由于他们有更好的处置器，能够专门做乘法的算术单位哦。
对于算术单位咱们说的良多了，当初，咱们来讲一下ALU的另一半：逻辑单位。逻辑单位履行的是逻辑操纵，像之前探讨过的AND，OR和NOT操纵，固然也能够履行简略的数值测试，比方检讨数字的正负。
上图是检讨ALU的输出能否为0的电路，用了一堆OR门来检讨此中一名能否为1，哪怕只有一个Bit （位）是1，咱们便可以确定谁人数字确定不是0，而后用一个NOT门取反，以是只有输入的数字为0时，输出才为1。
到此，咱们曾经对ALU停止了一个高档次的概括，乃至做了几个重要组件，比方脉动进位加法器，固然只是奇妙的将一大堆逻辑门连在了一同。咱们再回到开端时说的ALU，英特尔74181，它只有4位输入，而咱们方才先容的是8位输入，是74181的两倍哦！
固然咱们没有做出ALU什物，然而咱们应当曾经对ALU有了团体的观点，它的出生翻开了通向更强盛电脑的大门。
因为ALU在市道的利用越来越多，工程师们为了便利，就用了一个看起来很像大“V”的标记来代表它。
一个4位的ALU须要良多逻辑门，一个8位的ALU须要的逻辑门确定更多，咱们工程师确定不想在这里挥霍良多时光，那就呈现了一种便于ALU履行所须要的操纵代码，这个前面无机会再具体先容给各人。

ALU除了输出盘算成果外，还会输出一系列标记（Flag），这个标记代表特定状况的1位（bit）输出，比方，假如咱们相减两个数字，成果为0，咱们的零测试电路就会将零标记设为True（1），这在肯定两个数字能否相称时长短常有效的。
固然这个标记位也能够用来断定数字的巨细和能否呈现溢出等，假如应用的ALU越好，它的标记也会更多，但刚说的这3个标记是ALU广泛会用到的。   义务编纂:pj
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