一文读懂算术逻辑单元ALU
算术逻辑单元
1.算术逻辑单元alu，cpu是由运算器和控制器构成的，这里讲的是运算器。运算器既能完成算术运算也能完成逻辑运算。alu是能完成一系列算术运算和逻辑运算的电路，是计算机的核心。实际上来讲，输入到计算机里的数据，alu控制其进行算术运算还是逻辑运算，包括具体是哪种算术，哪种逻辑，最后将计算好的数据输出。
2.一位的alu是指操作数都是一位的二进制数，alu中s的位数决定着能够进行计算的种类，如果s为两位，那么它只能提供四种操作码。s的不同码，代表着不同的计算，就是对不同的计算进行了编码。如果s为三位的操作码，那么三位二进制的编码有八种情况，如果算术操作和逻辑操作各有四个，那么我们就必须对s2s1s0进行详细的划分，s2为0时，后续的四种编码均用来代替算术运算，s2为1时，后续的四种编码均用来代替逻辑运算。alu存在一个功能表，输入为n位的s变量，输出为相应的具体运算。计算机整体运算器的真值表和s是不一样，着眼点更大，输入是操作数，经过s的选择控制，输出结果。
3.貌似需要将s，a，b，f的位数统一起来，s是几位的设定，那么输入a，b，输出f也同样是几位的设定，如果计算结果超过了，就采用进位的办法。
4.算术逻辑单元的讲解，是从一位的alu入手，后续的n位的alu是由很多一位的alu集成在一起。这里运用前面的概念，一位的alu是指s，a，b，f的位数均为1位么？
设计alu本质上是设计一位的alu单位，然后级联起来就够了。
以上述的这张alu的逻辑图看，我们对于s，a，b，f的位数是否统一的理解应该是这样的，n个一位的alu算术逻辑单元中，每一个算术逻辑单元均有两个操作数且是一位的ai，bi，输出数fi，i从0到（n-1），这样n位的alu中有两个输入数a和b，一个输出数f，均为n位，只是这n位是从不同的一位算术逻辑单元输入的。那对于操作码，它的位数我觉着没什么要求，你想，具体要经过多少运算其实是无所谓的，和输入，输出数据的位数没有任何关系。
5.我们先来仔细分解一位的alu算术逻辑单位的内部逻辑图，最后寻求n位的alu，只要将它们级联起来即可。
由于alu是算术逻辑运算器，是算术，逻辑两者集成的，那么在一位的alu中，实际上还分成了算术单元和逻辑单元，具体进行算术还是逻辑运算，由s2来起控制作用，s的最高位起到一个分流的作用。mux是个二选一数据选择器，显示在上图最右侧，s2是决定了输出为算术运算的结果还是逻辑运算的结果。
我们从n位的alu到一位的alu，再到lu，au，这是一个自顶向下的思路。从宏观到到微观。
6.接着讲解au和lu，这两个单元。在这两个单元里，仍然是要有输入，输出数据和控制器，控制其进行哪种运算的的地址端，如果我们假定算术和逻辑运算都是四种。那么这里可以是由四选一数据选择器来构成，如下图所示，s1，s0.以及左边的四个数据均为输入，共有六个输入。分成两类，数据端和地址端。视频这里讲解的四选一数据选择器和之前理解的貌似不一样啊？
这里关于lu单元的设计，除了用数据选择器来设定外，还有一种设计方法，就是将数据端和地址端全当成输入端，f为输出端，列出真值表。
7.au单位的设计和lu完全不一样，如果没理解错，这个是由全加器来构成的。
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3.貌似需要将s，a，b，f的位数统一起来，s是几位的设定，那么输入a，b，输出f也同样是几位的设定，如果计算结果超过了，就采用进位的办法。
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这里关于lu单元的设计，除了用数据选择器来设定外，还有一种设计方法，就是将数据端和地址端全当成输入端，f为输出端，列出真值表。
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