算术逻辑单元

1、什么是算术逻辑单元

1命名：简称ALU，Arithmetic&Logic Unit

2组成：ALU有2个单元，1个算术单元和1个逻辑单元（Arithmetic Unit和Logic Unit）

3作用：计算机中负责运算的组件，处理数字/逻辑运算的最基本单元。

2、算术单元

1）基本组件：

• 由半加器、全加器组成

• 半加器、全加器由AND、OR、NOT、XOR门组成

2）加法运算

1组件：AND、OR、NOT、XOR门

2元素：输入A，输入B，输出（均为1个bit，即0或1）

3半加器：

• 作用：用于计算个位的数字加减。

• 输入：A，B

• 输出：总和，进位

 

• 抽象：

 

4全加器：

作用：用于计算超过1位的加法，由于涉及进位，因此有3个输入（C充当进位）。

 

原理图示：

 

3）如何用半加器与全加器做8位数的加法

1说明：以8位行波加法器为例

1.用半加器处理第1位数（个位）的加法，得到的和为结果的第1位。

2.将输出的进位，输入到第2位用的全加器的输入C中。

3.将第2位的2个数用全加器计算，得到的和为结果的第2位（sum）。

4.将第2位计算的进位连接到百位的全加器输入C中。

5.在第3-8位上，循环第3-4步的操作。

*现在电脑使用的加法器叫“超前进位加法器”

 

4）算术单元支持的其他运算

 

3、溢出的概念

内容：在有限的空间内，无法存储位数过大的数，则称为溢出。

说明：第8位的进位如果为1，则无法存储，此时容易引发错误，所以应该尽量避免溢出。

4、逻辑单元

作用：执行逻辑操作，如NOT、AND、OR等操作，以及做简单的数值测试。

5、ALU的抽象

1）作用：ALU的抽象让工程师不再考虑逻辑门层面的组成，简化工作。

2）图示：

像一个大“V”。

 

3）说明：

图示内容包括：

• 输入A，B

• 输出

• 标志：溢出、零、负数