D5：计算机组成原理-算术逻辑单元（ALU的功能和基本结构、一位全加器，串行加法器，并行加法器）

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算术逻辑单元（ALU）作为计算机的核心运算组件，负责执行加、减、乘、除和与、或、非、异或等逻辑运算，以及辅助操作如移位、求补。ALU的运作基于二进制逻辑和算术，其基本设计逻辑可简化为单位二进制加法。

单位二进制加法涉及四位基础情况：0+0=0、0+1=1、1+0=1、1+1=0（进位1）。这种加法遵循“逢二进一”的原则。和的最低位是两个数最低位的相加，不考虑进位。其余各位都是三个数相加，包括加数、被加数和低位来的进位。任何位相加都产生两个结果：本位和、向高位的进位。

实现单位二进制加法，我们使用半加器和全加器。半加器可完成两个1位二进制数的相加，并输出和与进位，其设计通过异或门和与门实现。全加器在此基础上添加了进位输入，可实现三个数的加法。

串行加法器通过连接四个全加器构成，实现四位二进制数的加法。该设计简单，但需等待进位输入产生后才能进行计算，导致延迟。相比之下，超前进位加法器（并行加法器）设计更高效，能同时对多个位进行加法运算，通过提前计算进位，避免了串行计算的延迟。

并行加法器遵循逻辑运算推导，预先计算出各位的进位结果，实现高效并行运算。与此不同，串行加法器基于电路连接直观设计，没有经过逻辑推导。并行加法器的设计优势在于能够显著提高运算速度和效率，是现代计算机设计中不可或缺的组成部分。