算术逻辑单元

一：算术逻辑单元——（ALU）1）比如二进制的00101010是十进制的42，所以表示储存数字是计算机的重要功能，但真正的目标是计算，有意义的处理数字：比如把“两个数相加”这些操作由计算机的“算术逻辑单元”处理，简称“ALU”2）ALU是计算机的数学大脑，ALU*就是*计算机里负责运算的组件，基本其他所有部件都用到它。

3）最著名的ALU——英特尔——74181，1970年，它是第一个封装在单个芯片的完整ALU。

4）用布尔逻辑做个简单的ALU电路，功能和74181一样，用它从头做出一台电脑二：ALU有两个单元，1个算术单元和一个逻辑单元1）算术单元：它负责计算机里的所有数字在操作，例：加减法。

它还会做很多其他的事情，比如给某个数字加1，“把两个数字相加”这叫增量运算2）最简单的加法电路：是拿2个bit加在一起（bit是0或1）；有2个输入：A和B,一个输出，就是两个数字的和，需要注意的是：A,B,输出，这3个都是单个（bit）(0或1)3）输入只有4种可能：前三个是0+0=0 1+0=1 0+1=1 (记住在二进制里面，1与true相同，0与false 相同。

4）这组输入和输出，和XOR门的逻辑完全一样，B所以我们可以把XOR用作1位加法器（adder）但第四个输入组合，1+1，是个特例。

1+1=2（显然）但二进制里面没有2，二进制里1+1的结果是0，1进到下一位，和是10（二进制）XOR的输出。

只对了一部分。

1+1输出0，但我们需要一根额外的线代表“进位”只有输出是1和1时，进位才是true因为算出来的结果用一个bit 存不下，方便的是，我们刚好有个逻辑门能做这个事，“AND”门，只有当两个输入为“true”的输出才为“true”所以我们把它加到电路中。

这个电路叫叫“半加器”半加器就是两个逻辑门组成的电路AB FALSETRUE再简化就变成如下图SUMCARRY1）把半加器封装成一个单独组件：两个输入A和B都是1位，两个输出“总和”和“进位”2）如果想处理超过1+1的运算，我们需要全加器，半加器输出了进位，意味着我们算下一列的时候，还有之后的每一列，我们的加3个位在一起，并不是2个3）全加器表格有3个输入：A,B,C都是1个bit所以最大可能是1+1+1“总和1”进位“1”所以要两条线输出“总和”和“进位”我们可以用半加器做全加器我们先用半加器将A和B相加，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全加器=半加器+半加器+OR（检查）再提升一层抽象，全加器，作为独立组件，全加器会把“A”“B”“C”三个输入加起来，输出“总和”和“进位”CARRYSUM有了新组件，可以相加两个8位数字，叫两个数字A和B我们从A和B的第一位开始，叫A0和B0，现在不用处理任何进位，因为是第一位加法，我们可以用半加器来加这个数字，输出叫sum0，现在加A1和B1，因为A0和B0的结果有可能进位，所以这次要用全加器，除了A1和B1,还要连上进位，然后，把这个全加器的进位连到下个全加器的输入，处理A2,和B2,以此类推，把8个bit搞定注意每个进位是怎么连接到下一个全加器的，所以这个叫“8位行波进位加法器”，注意最后一个全加器有进位的输出.如果第9位有进行，代表着2个数字的和太大了，超过来8位，这叫“溢出”，一般来说，“溢出”的意思是：两个数字的和太大了，超过了用来表示的位数，这会导致错误和不可预期的结果。

8086结构组成8086是一款16位微处理器，它的结构组成非常复杂。

本文将从以下几个方面来详细介绍8086的结构组成。

一、总体结构8086由三个主要部分组成：执行单元（EU）、总线接口单元（BIU）和寄存器组。

1.执行单元：负责执行指令并进行算术和逻辑运算。

2.总线接口单元：负责与外部设备通信并控制数据传输。

3.寄存器组：包括通用寄存器、段寄存器和指令指针寄存器等。

二、执行单元1.指令队列指令队列是执行单元中的一个重要部分，它可以存储多条指令，以便快速地进行取指令操作。

当EU需要执行一条新的指令时，它会从队列中取出下一条指令并开始执行。

2.算术逻辑单元算术逻辑单元（ALU）是执行单元中的核心部分，它可以进行各种算术和逻辑运算，如加、减、乘、除、与、或等操作。

ALU还可以处理条件跳转和无条件跳转等控制操作。

3.状态标志寄存器状态标志寄存器（FLAGS）用于记录ALU运算的结果，以便EU进行下一步操作。

FLAGS寄存器包括零标志位、进位标志位、溢出标志位等。

三、总线接口单元1.地址加法器地址加法器（AFA）是BIU的核心部分，它可以将内部地址转换为外部地址，并控制数据传输。

2.指令缓存器指令缓存器（IC）用于存储从内存中读取的指令。

当EU需要执行一条新的指令时，BIU会从IC中取出相应的指令并传输给EU。

3.数据缓存器数据缓存器（DC）用于暂时存储从内存中读取或写入的数据。

当EU 需要访问内存时，BIU会将相应的数据传输到DC中，EU再从DC中读取或写入数据。

四、寄存器组1.通用寄存器8086有8个16位通用寄存器，分别命名为AX、BX、CX、DX、SI、DI、BP和SP。

这些寄存器可以用于保存临时数据和计算结果等。

2.段寄存器8086有4个16位段寄存器，分别命名为CS、DS、ES和SS。

这些寄存器用于保存程序和数据在内存中的位置信息。

3.指令指针寄存器指令指针寄存器（IP）用于保存下一条指令在内存中的地址。

“构成CPU的主要部件是运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。

算术逻辑单元：算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。

寄存器：寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。

一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n 位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。

控制单元：控制单元（Control Unit）负责程序的流程管理。

正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。

控制单元可以作为CPU的一部分，也可以安装于CPU外部。

中央处理器：中央处理器作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。

CPU 自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。

中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的核心配件。

其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。

中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。

电子计算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。

中央处理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。

在计算机体系结构中，CPU 是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。

CPU 是计算机的运算和控制核心。

计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。

结构通常来讲，CPU的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

组成
能实现算术和逻辑运算功能的部件ALU 存放待加工的信息或加工后的结果信息的通用寄存器组 按操作要求控制数据输入部件：多路开关或数据锁存器 按操作要求控制数据输出部件：输出移位和多路开关
计算器与其它部件进行信息传送的总线以及总线接收器与发送器
运算器及算术逻辑单元
运算器及算术逻辑单元
1.2 SN74181算术/逻辑运算单元的组成
运算器及算术逻辑单元
运算器及算术逻辑单元
运算器是机器的加工处理部件，是中央处理机 的重要组成部分。
运算器与其它部件有着紧密的联系。这种联系 影响信息的传送和加工1 运算器的功能和组成
运算器的主要功能是实现对数据的算术和逻辑运算。主要包括对数值数据 的算术运算，如执行加、减、乘、除运算，变更数据的符号等。也包 括对各种数据的逻辑运算，例如进行与、或、求反等运算。