运算器总装

复习

• ALU 根据控制码完成算术或逻辑运算
• 状态标志记录结果是否为零、负数、进位或溢出
• ALU 会算，却不会保存任何东西

TL;DR

• 运算器把输入、ALU、结果和状态标志连成一条数据通路
• 控制线决定数据走向和运算种类
• 我们已经造出“会算”的部分，接下来要让它“记住”

正文

　　桌上的零件终于够了。来把它们装成第一件真正像计算机部件的东西。

两个入口，一个出口

　　运算器最核心的路线很简单：

输入 A ─┐
        ├─> ALU ─> 结果
输入 B ─┘          └─> 状态标志
             ▲
           控制码

　　把 A、B 送进去，再给一组控制码，ALU 就给出结果和标志。若控制码是加法，输入 00000101 与 00000011，出口得到 00001000；改成按位与，出口就变成 00000001。

　　数据走过的这条路线叫作数据通路。控制码不直接搬运数据，它只负责打开正确的门，让数据走向正确的电路。

我们已经造出了什么

　　从第七章的与、或、非门开始，我们一路搭出了：

逻辑门
  ↓
半加器与全加器
  ↓
多位加法器
  ↓
加减法与逻辑运算
  ↓
ALU
  ↓
运算器

　　第二章画出的计算机有运算器、存储器、控制器、输入和输出。现在，第一大块终于完成了。

但它仍然只有一瞬间

　　如果我们想计算 2 + 3 + 4，第一步可以算出 5。可输入一变化，5 就消失了，第二步没有地方取回它。组合逻辑只关心此刻的输入，过去对它来说从未存在。

　　所以接下来的目标非常明确：让电路记住一个 0 或 1。

　　办法听上去有些离谱——把逻辑门的输出绕回来，再接到自己的输入。下一章，我们试试让电路首尾相连。

思考题

　　为什么仅有 ALU 还算不了 2 + 3 + 4？缺少的是新的运算规则，还是保存中间结果的能力？

小结

知识点

• 运算器的基本数据通路
• 运算数据与控制信号承担不同职责
• 组合逻辑不能保存中间结果
• 计算机的下一块拼图是存储

思考题答案（仅供参考）

　　ALU 已经会加法，缺少的是保存中间结果 5 的能力。没有存储，第一步的输出在输入改变后就会消失，第二步无法继续使用它。

协议

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设计师 | 南国微雪