5.算术逻辑单元(ALU)
我们真正的目标不是表达和储存，而是计算，有意义地处理数字。这由计算机的算术逻辑单元（ALU）（ archmetic& Logic）处理。
接下来用布尔逻辑造个ALU，然后尝试造个电脑(?)
ALU有两个单元，算术单元和逻辑单元。
算术单元负责计算机里所有数字操作（比如给某个数字+1被称为增量操作）
两个数字求和的操作：
1)一位加法器
不进位时：0+0=0,0+1=1,1+0=1（用XOR就可以解决）
进位时：1+1=10，所以除了XOR我们还需要一根线表示carry bit(进位)
因为该位只有两个输入都为1时才为1，明显是AND。

我们将其称为（half adder）半加器，简化为下图所示。

想计算超过1+1我们需要full adder(全加器)。
下图为三个一位数求和。

用半加器实现：

以此类推，我们可以做到8位加法。

（字母后面的数字表示位数。比如A0就是A的第一位）进位c连接到下一位，s连接到sum。
最后一位的carry是当数字过大时相加，会进到第九位，叫做溢出（overflow）
溢出会导致不可预想的结果。比如吃豆人游戏用8位存当前关卡数，所以最大关卡数为255.当你玩到256关时就会出现

我们可以使用更多全加器来避免溢出。但是每次进位都要花一点时间，而如今量级是每秒几十亿次运算，所以累积起来计算会变慢。所以现在计算机用的加法电路不同，“carry-look-ahead”adder（超前进位加法器）可以更快地完成一样的操作。
（ALU没有乘除，而是多次加减，因为乘法电路更加复杂）
逻辑单元
零测试电路
该逻辑单元用于判断ALU输出结果是否为0.只有全为0，out才为1.

ALU
从上面两个口输入8位input，再给予计算代码（operation code，4位的，加或减。比如可能1100代表加，1000代表减）下面输出output结果。
output还可能会输出“标志”（flags，1位）包括overflow, zero, negative(负)
比如前面做的零测试电路，可以判断结果是否为0或两数是否相等。

6.寄存器&内存
游戏中途关机，损失进度原因：电脑用的是随机存取存储器(RAM, Random Access Memory)，只能在有电的情况下储存东西
另一种存储：持久存储(persistent memory)关机数据也不会消失
今天尝试制作存储器
首先尝试不是单向的电路（OR）

输入均为0：0
A1，B0：1
然后把A变回0，但电路还是1
该电路可以记录1。但是记录1之后无法回到0的状态。
接下来尝试（AND）

A1,B1：1
A变回0：输出0
该电路可以记录0.
接下来结合两个电路

the AND-OR Latch(AND-OR锁存器)
“设置”输入，把输出变成1
“复位”输入，把输出变成0
然后把两个输入都变成0，电路会输出最后放入的内容。这个电路存住了一位的信息。
这叫锁存。放入数据叫写入（writing）,拿出数据叫读取（reading）.
我们简化为只有一条输入线

将输入线设为0或1来储存值。
另一条线：允许写入线，启用时允许写入，没启用时锁定。

门锁（GATED LATCH）

简化
只有允许写入线输入1时才能存储数据，关闭后会保存
放很多锁存器：寄存器（register）可以存一个数字。这个数字有多少位叫位宽（width）
现在计算机很多都有64位寄存器。

写入寄存器前先启用里面所有锁存器，我们可以用一根允许写入线串联

用8根数据线发数据后，将允许写入线设为0
但是随着锁存器数量的增加，我们需要的数据输入线也会越来越多。
解决办法：我们把允许写入线以矩阵形式表示，而只用一根数据线连接所有锁存器。

放大看该锁存器。

我们只想启用这一个锁存器。所以交叉的允许写入线用AND连接
再用一根允许写入线连接所有锁存器（见上图中部，write enable wire）
想启用该锁存器，行线、列线、允许写入线都必须是1
这代表我们可以只用1根“数据线”连所有锁存器来传数据（允许写入线上面，data in/out）
因为只有一个锁存器会启用、存数据，其他锁存器没有启用，也就忽视该数据线上的值了
类似的，我们可以用1根“允许读取线”（见上图下部，read enable wire）来读数据
线少省了不少事。不过我们因此要使用（坐标）来定位memory address
比如12行 8列：11001000
为了把地址转成行和列，我们需要多路复用器（Multiplexers）
16行需要1道16多路复用器，行一个列一个，输入地址后接到相应的允许写入线

256位内存当做整体

然后把他们并排放置，就像寄存器一样

一行8个，可以存一个8位数字，也叫一个字节（byte）
为了存一个8位数字，我们给每个256位内存一个相同的address，这样方法我们可以存256个字节。
把这个也看作整体

256个地址，每个地址可以读或写一个8位值。
以此类推。
随着内存地址增多，内存地址也越来越长。8位最多表示256个。千兆或十亿字节要用32位的地址。
内存的一个重要特性是：可以随时访问任何位置，因此被叫做随机存取储存器(RAM, Random Access Memory)

一条真的内存，上面焊了8个内存模块
放大一个看看

再放大

再放大，一个矩阵

8192位
8192432，一个芯片大约存100万位
再乘8，800万位接近1MB
今天学习了用锁存器做SRAM(静态随机存取储存器Static random-access memory)

cs