在 ALU 中区分有符号和无符号整数的最佳方法？答案

【问题标题】：Best way to distinguish signed and unsigned integers in ALU?在 ALU 中区分有符号和无符号整数的最佳方法？
【发布时间】：2013-07-11 17:36:14
【问题描述】：

我正在开发自己的虚拟 4 位 ALU。我想创建计算器（+、-、*、/、%，只有整数，也许更多位）。我的目标是彻底理解它，而不是构建一个高效的设备。

目前我已经实现了 4 个功能：

正在添加。
添加一个。
从阳性到阴性。
减法。

在所有函数中，结果的第 5 位被忽略。我想告诉 ALU 是否应该对结果进行签名。最好的方法是什么？

我的想法：

使用另外 3 个函数（结果是第一个、第二个和第三个无符号整数）。
使用多一个输入字节（判断是否忽略第 5 位）。

其中哪一个更好？你知道更好的方法吗？

【问题讨论】：

标签： integer unsigned signed alu

【解决方案1】：

虽然在寄存器中，值只是一组位。

一种选择是您的操作员假定操作数具有某些格式。例如：
- ADD 可以假设为 signed big-endian
- UADD 可以假设 unsigned little-endian

另一种方法是在一个寄存器组中设置一个位，以表示 ALU 以有符号方式或无符号方式运行。

还可以注意到，对于加法和减法，ALU 知道值是否有符号实际上并不重要。

   Binary   :  Signed Meaning  :  Unsigned Meaning
----------------------------------------------------
   1111     :  -1              :  15
   0111     :   7              :   7
1111 - 0111 :  -1 - 7          :  15 - 7
   1000     :  -8              :   8

对于加法或减法，不需要知道值是否有符号。

您只需要决定如何处理溢出。
- 1111 + 0111 = 10110
- 在 0110 的 4 位 ALU 中，但有溢出

【讨论】：

【解决方案2】：

如果只使用加法或减法，则无需添加更多函数。

在有符号的情况下解释不同的数字是很常见的。通常最高位用于确定一个数字是否为负数。在您的 ALU 中，您可以使用从 0 到 15（无符号）或 -8 到 7（有符号）的数字，但这取决于您如何解释它们。加减法的逻辑是一样的，不需要。

例如：

  0111 (7)
 +0001 (1)
 =====
  1000 (8)

或

  1110 (-2)
 +0010 (2)
 =====
  0000 (0)

正如您所见，加法对正数的作用与对负数的作用相同。此时未使用的第 5 位可用作下一次加法的进位（将位数较高的数字相加）。

【讨论】：