算術邏輯單元

1.算術邏輯單元ALU，CPU是由運算器和控制器構成的，這里講的是運算器。運算器既能完成算術運算也能完成邏輯運算。ALU是能完成一系列算術運算和邏輯運算的電路，是計算機的核心。實際上來講，輸入到計算機里的數據，ALU控制其進行算術運算還是邏輯運算，包括具體是哪種算術，哪種邏輯，最后將計算好的數據輸出。

2.一位的ALU是指操作數都是一位的二進制數，ALU中S的位數決定著能夠進行計算的種類，如果S為兩位，那么它只能提供四種操作碼。S的不同碼，代表著不同的計算，就是對不同的計算進行了編碼。如果S為三位的操作碼，那么三位二進制的編碼有八種情況，如果算術操作和邏輯操作各有四個，那么我們就必須對S2S1S0進行詳細的劃分，S2為0時，后續的四種編碼均用來代替算術運算，S2為1時，后續的四種編碼均用來代替邏輯運算。ALU存在一個功能表，輸入為n位的S變量，輸出為相應的具體運算。計算機整體運算器的真值表和S是不一樣，著眼點更大，輸入是操作數，經過S的選擇控制，輸出結果。

3.貌似需要將S，A，B，F的位數統一起來，S是幾位的設定，那么輸入A，B，輸出F也同樣是幾位的設定，如果計算結果超過了，就采用進位的辦法。

4.算術邏輯單元的講解，是從一位的ALU入手，后續的n位的ALU是由很多一位的ALU集成在一起。這里運用前面的概念，一位的ALU是指S，A，B，F的位數均為1位么？

設計ALU本質上是設計一位的ALU單位，然后級聯起來就夠了。

以上述的這張ALU的邏輯圖看，我們對于S，A，B，F的位數是否統一的理解應該是這樣的，n個一位的ALU算術邏輯單元中，每一個算術邏輯單元均有兩個操作數且是一位的ai，bi，輸出數fi，i從0到（n-1），這樣n位的ALU中有兩個輸入數A和B，一個輸出數F，均為n位，只是這n位是從不同的一位算術邏輯單元輸入的。那對于操作碼，它的位數我覺著沒什么要求，你想，具體要經過多少運算其實是無所謂的，和輸入，輸出數據的位數沒有任何關系。

5.我們先來仔細分解一位的ALU算術邏輯單位的內部邏輯圖，最后尋求n位的ALU，只要將它們級聯起來即可。

由于ALU是算術邏輯運算器，是算術，邏輯兩者集成的，那么在一位的ALU中，實際上還分成了算術單元和邏輯單元，具體進行算術還是邏輯運算，由S2來起控制作用，S的最高位起到一個分流的作用。MUX是個二選一數據選擇器，顯示在上圖最右側，S2是決定了輸出為算術運算的結果還是邏輯運算的結果。

我們從n位的ALU到一位的ALU，再到LU，AU，這是一個自頂向下的思路。從宏觀到到微觀。

6.接著講解AU和LU，這兩個單元。在這兩個單元里，仍然是要有輸入，輸出數據和控制器，控制其進行哪種運算的的地址端，如果我們假定算術和邏輯運算都是四種。那么這里可以是由四選一數據選擇器來構成，如下圖所示，S1，S0.以及左邊的四個數據均為輸入，共有六個輸入。分成兩類，數據端和地址端。視頻這里講解的四選一數據選擇器和之前理解的貌似不一樣啊？

這里關于LU單元的設計，除了用數據選擇器來設定外，還有一種設計方法，就是將數據端和地址端全當成輸入端，F為輸出端，列出真值表。

7.AU單位的設計和LU完全不一樣，如果沒理解錯，這個是由全加器來構成的。