累加器

复习

• ALU 能完成一次加法
• 寄存器能在时钟边沿保存多位结果
• 把寄存器输出接回 ALU，旧结果就能参与下一轮

TL;DR

• 累加器保存当前结果，让多步加法连续进行
• 时序逻辑的输出同时取决于当前输入和过去状态
• 组合逻辑负责计算，寄存器负责把结果留到下一拍

正文

　　来完成前面一直做不到的计算：

2 + 3 + 4

　　我们准备一个寄存器保存“到目前为止的和”，把它接到 ALU 的 A 端。新的加数接到 B 端，ALU 输出再绕回寄存器输入：

             ┌──────────┐
新加数 ─────>│ B      结果├────┐
             │   ALU     │    │
        ┌───>│ A         │    │
        │    └──────────┘    │
        │                     ▼
        └───────────────[寄存器]

　　这个专门保存当前总和的寄存器，叫作累加器。

三拍算完

　　先把累加器清成 0，每拍送进一个数：

　　每个周期里，累加器稳定地提供旧结果，ALU 计算新结果；到下一个边沿，累加器再收下它。旧结果不会在半路消失，新结果也不会在同一拍反复绕圈。

过去开始影响现在

　　同样输入一个 3，累加器原来是 2，结果得到 5；原来是 7，结果就得到 10。输出不再只看当前输入，还要看寄存器保存的过去。

　　这种电路叫作时序逻辑电路。半加器和 ALU 则属于组合逻辑：输入相同，输出就相同，不记得上一拍发生过什么。

还差一个自动指挥者

　　累加器已经能保存中间结果，但目前仍有人在每一拍更换加数。若想让机器自己完成“检查、累加、移位、继续”，它还要记住当前走到了哪一步，并自动决定下一步。

　　下一章，我们让机器把步骤也存进寄存器。

思考题

　　为什么只把 ALU 的输出接回输入还不够，必须在反馈路径中加入寄存器？

小结

知识点

• 累加器保存并反馈当前运算结果
• 时序逻辑会受到过去状态影响
• 寄存器让反馈结果只在时钟边沿更新

思考题答案（仅供参考）

　　如果没有寄存器，ALU 的新输出会立刻绕回输入，再次改变输出，信号可能在同一个周期里不断变化。寄存器把结果锁到下一个时钟边沿，才把连续运算分成清楚的一步一步。

协议

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设计师 | 南国微雪