算術(shù)邏輯單元是中央處理器(CPU)的執(zhí)行單元，是所有中央處理器的核心組成部分，由"And Gate"（與門） 和"Or Gate"（或門）構(gòu)成的算術(shù)邏輯單元，主要功能是進(jìn)行二位元的算術(shù)運(yùn)算，如加減乘(不包括整數(shù)除法)。基本上，在所有現(xiàn)代CPU體系結(jié)構(gòu)中，二進(jìn)制都以補(bǔ)碼的形式來表示。

算術(shù)邏輯單元（arithmetic logic unit，縮寫ALU）是進(jìn)行整數(shù)運(yùn)算的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段是用電路來實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用在電腦芯片中。　　在計(jì)算機(jī)中，算術(shù)邏輯單元（ALU）是專門執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的數(shù)字電路。ALU是計(jì)算機(jī)中央處理器的最重要組成部分，甚至連最小的微處理器也包含ALU作計(jì)數(shù)功能。在現(xiàn)代CPU和GPU處理器中已含有功能強(qiáng)大和復(fù)雜的ALU；一個(gè)單一的元件也可能含有ALU?！　?945年數(shù)學(xué)家馮諾伊曼在一篇介紹被稱為EDVAC的一種新型電腦的基礎(chǔ)構(gòu)成的報(bào)告中提出ALU的概念。

早期發(fā)展

1946年，馮諾伊曼與同事合作為普林斯頓高等學(xué)習(xí)學(xué)院(IAS)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)。隨后IAS計(jì)算機(jī)成為后來計(jì)算機(jī)的原形。在論文中，馮諾伊曼提到他所相信的計(jì)算機(jī)中所需的部件，而其中包括ALU。 馮諾伊曼寫到，ALU是計(jì)算機(jī)的必備組成部分，因?yàn)橐汛_定計(jì)算機(jī)一定要完成基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算，包括加減乘除。于是他相信「（計(jì)算機(jī)）應(yīng)該含有專門完成此類運(yùn)算的部件。」

數(shù)字系統(tǒng)

ALU必須與數(shù)字電路的其他部分使用同樣的格式來進(jìn)行數(shù)字處理。對(duì)現(xiàn)代處理器而言，數(shù)值一律使用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。早期的計(jì)算機(jī)曾使用過很多種數(shù)字系統(tǒng)，包括反碼、符號(hào)數(shù)值碼，甚至是十進(jìn)制碼，每一位用十個(gè)管子。 以上這每一種數(shù)字系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的ALU都有不同的設(shè)計(jì)，而這也影響了當(dāng)前對(duì)二進(jìn)制補(bǔ)碼的優(yōu)先選擇，因?yàn)槎M(jìn)制補(bǔ)碼能簡(jiǎn)化ALU加法和減法的運(yùn)算。 一個(gè)簡(jiǎn)單的能進(jìn)行與或非和加運(yùn)算的2位ALU。

可行性分析

絕大部分計(jì)算機(jī)指令都是由ALU執(zhí)行的。ALU從寄存器中取出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理將運(yùn)算結(jié)果存入ALU輸出寄存器中。其他部件負(fù)責(zé)在寄存器與內(nèi)存間傳送數(shù)據(jù)。 控制單元控制著ALU，通過控制電路來告訴ALU該執(zhí)行什么操作。

簡(jiǎn)單運(yùn)算

大部分ALU都可以完成以下運(yùn)算∶　　整數(shù)算術(shù)運(yùn)算（加、減，有時(shí)還包括乘和除，不過成本較高）　　位邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或）　　移位運(yùn)算（將一個(gè)字向左或向右移位或浮動(dòng)特定位，而無符號(hào)延伸），移位可被認(rèn)為是乘以2或除以2。

復(fù)雜運(yùn)算

工程師可設(shè)計(jì)能完成任何運(yùn)算的ALU，不論運(yùn)算有多復(fù)雜；問題在于運(yùn)算越復(fù)雜，ALU成本越高，在處理器中占用的空間越大，消耗的電能越多。 于是，工程師們經(jīng)常計(jì)算一個(gè)折中的方案，提供給處理器（或其他電路）一個(gè)能使其運(yùn)算高速的ALU，但同時(shí)又避免ALU設(shè)計(jì)的太復(fù)雜而價(jià)格昂貴。設(shè)想你需要計(jì)算一個(gè)數(shù)的平方根，數(shù)字工程師將評(píng)估以下的選項(xiàng)來完成此操作∶　　設(shè)計(jì)一個(gè)極度復(fù)雜的ALU，它能夠一步完成對(duì)任意數(shù)字的平方根運(yùn)算。這被稱為單時(shí)鐘脈沖計(jì)算?！　≡O(shè)計(jì)一個(gè)非常復(fù)雜的ALU，它能夠分幾步完成一個(gè)數(shù)字的平方根運(yùn)算。不過，這里有個(gè)訣竅，中間結(jié)果經(jīng)過一連串電路，就像是工廠里的生產(chǎn)線。這甚至使得ALU能夠在完成前一次運(yùn)算前就接受新的數(shù)字。這使得ALU能夠以與單時(shí)鐘脈沖同樣的速度產(chǎn)生數(shù)字，雖然從ALU輸出的結(jié)果有一個(gè)初始延遲。這被稱為計(jì)算流水線?！　≡O(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜的ALU，它能夠計(jì)算分幾步計(jì)算一個(gè)數(shù)字的平方根。這被稱為互動(dòng)計(jì)算，經(jīng)常依賴于帶有嵌入式微碼的復(fù)雜控制單元?！　≡谔幚砥髦性O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的ALU，去掉一個(gè)昂貴的專門用于此運(yùn)算的處理器，再選擇以上三個(gè)選項(xiàng)之一。這被稱為協(xié)處理器。　　告訴編程人員沒有協(xié)處理器和仿真設(shè)備，于是他們必須自己寫出算法來用軟件計(jì)算平方根。這是由軟件庫完成的?！　?duì)協(xié)處理器進(jìn)行仿真，也就是說，只要一個(gè)程序想要進(jìn)行平方根的計(jì)算，就讓處理器檢查當(dāng)前有沒有協(xié)處理器。如果有的話就使用其進(jìn)行計(jì)算，如果沒有的話，中斷程序進(jìn)程并調(diào)用操作系統(tǒng)通過軟件算法來完成平方根的計(jì)算。這被稱為軟件仿真?！　∫陨辖o出的選項(xiàng)按最快和最貴到最慢和最經(jīng)濟(jì)排列。于是，雖然甚至是最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)也能計(jì)算最復(fù)雜的公式，但是最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)經(jīng)常需要耗費(fèi)大量時(shí)間，通過若干步才能完成。 強(qiáng)大的處理器，比如英特爾酷睿和AMD64系列對(duì)一些簡(jiǎn)單的運(yùn)算采用1號(hào)選項(xiàng)，對(duì)最常見的復(fù)雜運(yùn)算采用2號(hào)選項(xiàng)，對(duì)極為復(fù)雜的運(yùn)算采用3號(hào)選項(xiàng)。這是具有在處理器中構(gòu)造非常復(fù)雜的ALU的能力為前提的。