1、ALU
ALU 就是计算机里负责运算的组件，用于有意义的处理数字，比如把两个数字相加。基本其他所有部件都用到了它。
ALU 有 2 个单元，1 个算术单元和 1 个逻辑单元。
2、第一个 ALU
英特尔 74181，发布于 1970 年，是第一个封装在单个芯片内的完整 ALU。
3、制作算术单元
“ 算术单元 ”，它负责计算机里的所有数字操作，比如加减法，增量运算（给某个数字 +1）。
原料：
AND，OR，NOT 和 XOR 逻辑门。
目的：
最简单的加法电路，例如：2 个 bit 加在一起（bit 是 0 或 1）
思路：
有 2 个输入：A 和 B；1 个输出：A、B 两个数字的和。（注意的是：A, B, 输出，这 3 个都是单个 Bit（0 或 1））
输入只有四种可能：
（1）前三种可能是：0 + 0 = 0，1 + 0 = 1，0 + 1 = 1。
特点：这三种的输入和输出，和 XOR 门的逻辑完全一样，所以可以把 XOR 用作 1 位加法器（adder）。
实现：XOR 门
（2）第四个可能，1+1=2，是个特例；
特点：
二进制里没有 2。二进制 1+1 的结果是 0，1 进到下一位，和是 10 (二进制)。
XOR 门的输出，只对了一部分，1+1 输出 0，需要一根额外的线代表 “ 进位 ”。
实现：XOR 门 + AND 门
只有输入是 1 和 1 时，进位才是 “true”。使用两个逻辑门抽象成组件 “ 半加器 ”。
半加器：
特点：两个输入 A 和 B 都是 1 位，两个输出 “ 总和 ” 与 “ 进位 ”
全加器：
背景：如果想处理超过 1+1 的运算，半加器 输出了进位，意味着，我们计算之后每一列的时候，我们得把 3 个位加在一起，并不是 2 个。这就需要 ” 全加器 ”。
特点：
有 3 个输入：A, B, C（都是 1 个 bit)；
最大的可能是 1 + 1 + 1″ 总和 ”1，“ 进位 ”1，要两条输出线：“ 总和 ” 和 ” 进位 ”。
。
实现：
可以用 半加器 做 全加器
先用半加器将 A 和 B 相加，然后把 C 输入到第二个半加器，最后用一个 OR 门检查进位是不是 true。
8 位行波进位加法器：
溢出：
如果第 9 位有进位，代表着 2 个数字的和太大了，超过了 8 位，这叫 “ 溢出 ” (overflow)。
特点：两个数字的和太大了，超过了用来表示的位数。
如何避免溢出：可以加更多全加器，可以操作 16 或 32 位数字，让溢出更难发生，但代价是更多逻辑门和更长的时间（因为每次进位都要一点时间）。
超前进位加法器：更快，但是原理是一样的，都是 把二进制数相加。
各种 ALU 的区别：
简单的 ALU：该类 ALU 没有专门的电路来处理乘法和除法，而是把乘法用多次加法来实现。例如：12×5，这和把 “12” 加 5 次是一样的，所以要 5 次 ALU 操作来实现这个乘法。很多简单处理器都是这样做的，比如恒温器，电视遥控器和微波炉。
更好的处理器：比如笔记本和手机中，有专门做乘法的算术单元，乘法电路比加法复杂，但只是更多逻辑门。
4、逻辑单元
逻辑单元执行逻辑操作，比如之前讨论过的 AND，OR 和 NOT 操作，它也能做简单的数值测试，比如一个数字是不是负数。
5、ALU 的抽象
（1）使用 大“”表示 ALU
（2）8 位 ALU 的输入与输出
- 两个输入：A 和 B，都是 8 位 (bits)；
- 操作代码：用 4 位的操作代码告诉 ALU 执行什么操作。例如加法或减法，”1000″ 可能代表加法命令，”1100″ 代表减法命令。
- 输出结果：8 位。
- 一堆标志位：输出一堆标志（Flag），” 标志 ” 是 1 位的，代表特定状态。例如：如果想知道 A 是否小于 B，可以用 ALU 来算 A 减 B，看负标志是否为 true，如果是 true，我们就知道 A 小于 B。