CPU的工作原理4——逻辑运算及ALU

日常生活中有很多涉及到逻辑运算的地方，例如“如果这个周末天气好，我们也有空，就会去郊游”，这句话里就有逻辑运算，“周末天气是否好”、“我们是否有空”这是二个条件，只有当二个条件都满足时，“是否去郊游”这个结果才是肯定的，如果有一个条件不满足，郊游就泡汤了。很明显，这个逻辑与之前介绍的与门电路非常像，所以用门电路非常适合做逻辑运算，换句话说CPU不仅能做算术运算，逻辑运算更是它的拿手好戏。例如“判断一个数字是否是负数”、“判断所有输入是否为0”等等。

下面这个电路就可以判断所有输入A1-A8是否都是0，只有全部是0，最终输出才是1，否则输出就是0。

目前为止，我们将晶体管开关进行巧妙的组合，已经能够实现算术运算、逻辑运算了，按照惯例，我们将这样一堆电路进行封装，简化为一个符号，它被称为算术逻辑单元（或运算单元），简称ALU。

它具有二个8位二进制作为输入信号，同时还要告诉它做什么运算（加、减……），所以我们用一个4位二进制表示操作运算符（例如1000代表加法，1100代表减法……），输出结果也是8位二进制。与此同时，ALU还要输出一些标记，这些标记只有1位二进制，代表某种状态。例如如果输出结果为0，是否为0标志位就是1，如果输出结果为负数，是否负数标志位就是1，如果运算出现溢出（进位产生的），溢出标志位就是1。

至此我们已经创建了CPU的核心之一ALU，接下来我们还会了解计算机是如何存储数据的，最后我们会完整搭建一颗CPU！