晶片現在做到哪一步了？

我們有了256位元組的RAM，有了暫存器、匯流排。我們把CPU框圖展現出來（紅框表示已經做完的部分）：

R0\R1\R2\R3是4個通用功能暫存器。TMP\ACC是一個關鍵器件（馬上揭曉）的輸入、輸出暫存器。其中ACC透過匯流排既做輸入，也做輸出。ACC全稱“accumulate ”。

現在我們的晶片還只能支援“透過匯流排讀寫暫存器、記憶體”，其他什麼都幹不了。下面我們就給它加上最關鍵的功能：ALU。

ALU

ALU全稱“arithmetic and logic unit”（算數運算和邏輯運算單元）。

算數運算：加、減、乘、除、左移、右移。（卷積等複雜的數學運算，我們這個晶片就不支援了。DSP晶片乾的就這活兒）。

邏輯運算：大於、小於、等於、非、或、與、異或。（同樣也不支援集合運算等複雜邏輯運算。熱門的NPU晶片就能做複雜的邏輯運算）。

有了ALU，晶片才算有了“能力”，要不然晶片只能讀、寫記憶體，那還要它幹啥。

1位加法

從最簡單的問題出發，我們先看下如何完成1位的加法。

先只考慮：0+0=0,0+1=1,1+1=0。很容易想到如下電路：

1+1=0的同時，還要產生一個進位。我們得把產生的進位考慮進去，再加一個輸出表示是否有進位：

0+0=0，我們只考慮了最低位計算的情況，如果是高位計算，低位有進位怎麼辦？再加一個輸出表示低位是否有進位：

完事。是不是很easy，從簡單到複雜。我們會一直遵循這個方法解決問題。

8位加法

8位加法就簡單了，並聯我們的1位加法電路。把前一個的移位輸出作為下一個的輸入。

左移

這個貌似最簡單。無腦畫電路圖：

其他數學運算

減、乘、除最後都可以用乘法和位移運算搞定。大家可以隨便找本計算機教科書來參考。

邏輯運算

都有現成的閘電路可以使用。只不過資料寬度記得是8（匯流排的資料寬度）。

組合所有運算電路

ALU可以支援多種運算，那種運算實際生效呢？還記得我們用4X16譯碼器選擇RAM中的位元組。同樣我們可以利用譯碼器作為開關位，選中那種運算實際生效。

ALU完整電路