Day4 — 逻辑组合电路与序向逻辑电路

有了逻辑闸当作建构的基本要素之後，接下来要来探讨几个 CPU 的基本结构，我们需要让它们能够做基本运算以及储存资料。

这部分可以分为两大电路：组合逻辑电路以及序向逻辑电路。

• 逻辑组合电路：输出只与当下的输入有关系
• 序向逻辑电路：输出和当下的输入与前一个输入状态有关，具有记忆功能

这样一来我们就可以做出全加器、暂存器、多工器、记忆体等 CPU 必要的电路。

全加器

计算单元（ALU），可以说是 CPU 最重要的运算单元。最简单的数学运算为加法，以两个输入（A, B）为例，加法可以用逻辑闸模拟。将加法拆分为「和」与「进位」，可以得到下面的表格：

仔细观察可以发现，其实「和」就是互斥或（XOR）；而「进位」则是和（AND）。既然可以用逻辑闸模拟，那麽我们就可以用电路做出来。

暂存器

暂存器的运作可以使用 flip-flop 电路达成。CPU 需要时脉（clock）当作信号执行指令，每一个时脉（或每一个周期），电路都可以执行一个指令，频率越高执行的速度越快。

flip-flop 电路最大的特色在於只有在每次 clock 在 rising 阶段时才会运作，确保了同一个周期当中资料会是一致的。

记忆体

透过 CMOS 可以组成记忆体。