算术逻辑单元 (Arithmetic Logic Unit - ALU)，它是中央处理器 (CPU) 的核心功能部件之一，被誉为计算机的“计算引擎”。主要负责执行 CPU 所需的算术运算 (Arithmetic) 和逻辑运算 (Logic)。

算术运算加法 (Addition)： 最基本的操作，也是许多其他运算（如减法、乘法）的基础。减法 (Subtraction)： 通常通过补码加法来实现（A - B = A + (-B)）。乘法 (Multiplication)： 早期 ALU 可能通过多次加法和移位实现简单乘法，现代高性能 ALU 通常包含专门的乘法器硬件（可以看作 ALU 的扩展或紧密集成部分）来加速。除法 (Division)： 通常通过多次减法、比较和移位实现，速度较慢。现代处理器可能有专门的除法单元或优化算法。增量 (Increment)： 数值加 1。减量 (Decrement)： 数值减 1。比较 (Comparison)： 通过减法实现，结果用于设置标志位（如零标志 ZF、符号标志 SF），而非直接输出差值。用于判断大小关系（A == B, A > B, A < B）。逻辑运算： 按位操作与 (AND)： A AND B- 仅当两个对应位都为 1 时结果为 1。或 (OR)： A OR B- 只要任一对应位为 1 时结果为 1。非 (NOT)： NOT A- 反转每一位（0 变 1，1 变 0）。通常对单个操作数进行。异或 (XOR)： A XOR B- 当两个对应位不同时结果为 1。与非 (NAND)、或非 (NOR)： 基本逻辑门的组合。移位操作 (Bit Shifting)逻辑左移 (Logical Shift Left)： 所有位向左移动，最低位补 0。相当于乘以 2。逻辑右移 (Logical Shift Right)： 所有位向右移动，最高位补 0。相当于无符号数除以 2。算术右移 (Arithmetic Shift Right)： 所有位向右移动，最高位（符号位）保持不变。适用于有符号数，相当于有符号数除以 2（向下取整）。循环移位 (Rotate)： 移出的位循环移入另一端（左循环、右循环）。带进位循环移位 (Rotate Through Carry)： 移出的位移入进位标志 CF，CF 的原值移入另一端。基本组成结构加法器 (Adder)： 最核心的组件，用于执行加法和减法（利用补码）。通常是超前进位加法器 (Carry Look-Ahead Adder - CLA) 或行波进位加法器 (Ripple Carry Adder - RCA) 的变体，以优化速度和面积。由多个全加器 (Full Adder - FA) 构成。逻辑运算单元： 由基本的逻辑门 (Logic Gates)（如 AND, OR, NOT, XOR）组成，执行按位逻辑运算。这些门通常并行处理所有位。移位器 (Shifter)： 执行各种位移操作。高效的实现如桶形移位器 (Barrel Shifter) 可以在一个时钟周期内完成多位移动。多路选择器 (Multiplexers - MUX)： 用于选择 ALU 的输出结果。ALU 内部并行执行多种可能的操作（如加法、AND、OR、移位等），但每个时钟周期只输出一个结果。多路选择器根据操作码 (Opcode) 选择正确的功能输出。标志寄存器/状态寄存器 (Flags / Status Register)： ALU 运算的结果除了数据本身，还会产生一些标志位 (Flags)，这些标志位存储在一个专门的寄存器中，供后续指令（如条件跳转）使用。常见的标志位包括：零标志 (Zero Flag - ZF)： 结果的所有位都为 0 时置位。进位标志 (Carry Flag - CF)： 在加法时最高位有进位，或减法时最高位有借位时置位。也用于移位操作。符号标志 (Sign Flag - SF)： 等于结果的最高位（在有符号运算中表示正负）。溢出标志 (Overflow Flag - OF)： 当有符号运算的结果超出数据范围（如两个正数相加得负数）时置位。奇偶标志 (Parity Flag - PF)： 结果中值为 1 的位数为偶数时置位（较少用）。辅助进位标志 (Auxiliary Carry Flag - AF / AC)： 用于 BCD 运算，记录低 4 位向高 4 位的进位/借位。控制信号输入： 接收来自 CPU 控制单元 (Control Unit) 的信号，该信号指示 ALU 当前需要执行哪种操作（如 ADD, SUB, AND, OR, SHL等）。这个信号本质上是操作码的一部分，驱动多路选择器的选择线。