ALU底层方法及计算机整数加减乘除模拟

最新推荐文章于 2022-11-24 17:57:28 发布

Edwin Xu

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本文介绍了ALU（算术逻辑单元）的基本功能，包括算术运算、逻辑运算、求补器、移位器和状态标志。通过提供Java代码实现，详细阐述了如何进行二进制加法、减法、乘法和除法操作，以及如何处理二进制补码。文章以实际例子展示了ALU在计算机整数运算中的应用。

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ALU是计算机CPU的核心，即算术逻辑单元(arithmetic and logic unit)
ALU有几大功能，是计算机计算最基础的功能：
1.算术运算：包含加法、减法等
2.逻辑运算：主要是布尔运算，逻辑和、或、非、异或等
3.求补器：计算机中，二进制补码极其重要，可以求一个二进制的补码（源码取反得反码，反码加一得补码）
4.移位器：主要有算术右移、逻辑右移、左移
5.状态标志：一个记录状态的标志。
/**
以下加法减法等都默认是相同长度的，如果长度不同会报错，当然，我只是懒得处理。 20 */

public class ALU {

/**
* 返回一个整数的定长二进制字符串（补码）
*
* @param len 指定长度
*/
public String Int2Binary(int n, int len) {
// return Integer.toBinaryString(n);//注意，这个方法返回的是无符号的二进制，而且长度随参数而变的,故不可行,但是负数是可行的,负数返回32位
String s = "";
for (int i = len - 1; i >= 0; i--) {
s += ((n >> i) & 1) == 1 ? "1" : "0";
}
return s;
}

/**
* 默认长度，即可以满足的最小长度
*/
public String Int2Binary(int n) {
if (n == 0) return "0";
if (n > 0) {
return "0" + Integer.toBinaryString(n);
} else {
return getNegative("0" + Integer.toBinaryString(-n));
}
}

public int binary2Int(String binary) {
if(binary.charAt(0)=='0'）
return Integer.valueOf(binary,2);
else return -Integer.valueOf(getNegative(binary));
}

/**
* 加法器：计算两个二进制的和
*
* @param binary1
* @param binary2