算術(shù)邏輯單元是指中央處理器CPU的一部分，用以計算機指令集中的執(zhí)行算術(shù)與邏輯操作。某些處理器中，將ALU切分為兩部分，即算術(shù)單元（AU）與邏輯單元（LU）。某些處理器包含一個以上的AU，如，一個用來進行定點操作，另一個進行浮點操作。（個人計算機中，浮點操作有時由被稱為數(shù)字協(xié)處理器的浮點單元完成）。

　　通常而言，ALU具有對處理器控制器、內(nèi)存及輸入輸出設(shè)備的直接讀入讀出權(quán)限。輸入輸出是通過總線進行的。輸入指令包含一個指令字，有時被稱為機器指令字，其中包括操作碼，單個或多個操作數(shù)，有時還會有格式碼；操作碼指示ALU機要執(zhí)行什么操作，在此操作中要執(zhí)行多少個操作數(shù)。比如，兩個操作數(shù)可以進行比較，也可以進行加法操作。

　　格式碼可與操作碼結(jié)合，告知這是一個定點還是浮點指令；輸出包括存放在存儲寄存器中的結(jié)果及顯示操作是否成功的設(shè)置。如操作失敗，則在機器狀態(tài)字中會有相應的狀態(tài)顯示。

　　通常，輸入操作數(shù)、操作數(shù)、累加和以及轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲位置都在ALU中。在算術(shù)單元中，乘除操作是通過一系列的加減運算得到的。在機器碼中有多種方式用以表示負數(shù)。

　　在邏輯單元中，每次執(zhí)行16個可能的邏輯運算中的一個。

　　ALU的設(shè)計是處理器設(shè)計中的關(guān)鍵部分。目前仍在不斷研究如何提高指令的處理速度。

　　算術(shù)邏輯單元（arithmetic logic unit，縮寫ALU）是進行整數(shù)運算的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段是用電路來實現(xiàn)，應用在電腦芯片中。

　　在計算機中，算術(shù)邏輯單元（ALU）是專門執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的數(shù)字電路。ALU是計算機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作計數(shù)功能。在現(xiàn)代CPU和GPU處理器中已含有功能強大和復雜的ALU；一個單一的元件也可能含有ALU。

　　1945年數(shù)學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習學院(IAS)設(shè)計計算機。隨后IAS計算機成為后來計算機的原形。在論文中，馮諾伊曼提到他所相信的計算機中所需的部件，而其中包括ALU。 馮諾伊曼寫到，ALU是計算機的必備組成部分，因為已確定計算機一定要完成基本的數(shù)學運算，包括加減乘除。于是他相信「（計算機）應該含有專門完成此類運算的部件?！?

　　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行數(shù)字處理。對現(xiàn)代處理器而言，數(shù)值一律使用二進制補碼表示。早期的計算機曾使用過很多種數(shù)字系統(tǒng)，包括反碼、符號數(shù)值碼，甚至是十進制碼，每一位用十個管子。 以上這每一種數(shù)字系統(tǒng)所對應的ALU都有不同的設(shè)計，而這也影響了當前對二進制補碼的優(yōu)先選擇，因為二進制補碼能簡化ALU加法和減法的運算。 一個簡單的能進行與或非和加運算的2位ALU。

　　可行性分析

　　絕大部分計算機指令都是由ALU執(zhí)行的。ALU從寄存器中取出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理將運算結(jié)果存入ALU輸出寄存器中。其他部件負責在寄存器與內(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。

　　簡單運算

　　大部分ALU都可以完成以下運算∶

　　整數(shù)算術(shù)運算（加、減，有時還包括乘和除，不過成本較高）

　　位邏輯運算（與、或、非、異或）

　　移位運算（將一個字向左或向右移位或浮動特定位，而無符號延伸），移位可被認為是乘以2或除以2。

　　復雜運算

　　工程師可設(shè)計能完成任何運算的ALU，不論運算有多復雜；問題在于運算越復雜，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)常計算一個折中的方案，提供給處理器（或其他電路）一個能使其運算高速的ALU，但同時又避免ALU設(shè)計的太復雜而價格昂貴。設(shè)想你需要計算一個數(shù)的平方根，數(shù)字工程師將評估以下的選項來完成此操作∶

　　設(shè)計一個極度復雜的ALU，它能夠一步完成對任意數(shù)字的平方根運算。這被稱為單時鐘脈沖計算。

　　設(shè)計一個非常復雜的ALU，它能夠分幾步完成一個數(shù)字的平方根運算。不過，這里有個訣竅，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算前就接受新的數(shù)字。這使得ALU能夠以與單時鐘脈沖同樣的速度產(chǎn)生數(shù)字，雖然從ALU輸出的結(jié)果有一個初始延遲。這被稱為計算流水線。

　　設(shè)計一個復雜的ALU，它能夠計算分幾步計算一個數(shù)字的平方根。這被稱為互動計算，經(jīng)常依賴于帶有嵌入式微碼的復雜控制單元。

　　在處理器中設(shè)計一個簡單的ALU，去掉一個昂貴的專門用于此運算的處理器，再選擇以上三個選項之一。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算平方根。這是由軟件庫完成的。

　　對協(xié)處理器進行仿真，也就是說，只要一個程序想要進行平方根的計算，就讓處理器檢查當前有沒有協(xié)處理器。如果有的話就使用其進行計算，如果沒有的話，中斷程序進程并調(diào)用操作系統(tǒng)通過軟件算法來完成平方根的計算。這被稱為軟件仿真。

　　以上給出的選項按最快和最貴到最慢和最經(jīng)濟排列。于是，雖然甚至是最簡單的計算機也能計算最復雜的公式，但是最簡單的計算機經(jīng)常需要耗費大量時間，通過若干步才能完成。 強大的處理器，比如英特爾酷睿和AMD64系列對一些簡單的運算采用1號選項，對最常見的復雜運算采用2號選項，對極為復雜的運算采用3號選項。這是具有在處理器中構(gòu)造非常復雜的ALU的能力為前提的。

　　輸入和輸出

　　ALU的輸入是要進行操作的數(shù)據(jù)（稱為操作數(shù)）以及來自控制單元的指令代碼，用來指示進行哪種運算。它的輸出即為運算結(jié)果。 在許多設(shè)計中ALU也接收或發(fā)出輸入或輸出條件代碼到（或來自）狀態(tài)寄存器。這些代碼用來指示一些情況，比如進位或借位、溢出、除數(shù)為零等。

　　ALU與FPU

　　浮點單元也對兩個數(shù)值進行算術(shù)運算，但是這種運算已浮點數(shù)表示，比在ALU中一般使用的補碼表示方式復雜的多。為了完成此類運算，F(xiàn)PU里嵌入了多個復雜電路，包括一些內(nèi)部ALU。 工程師一般認為ALU是處理整數(shù)型（比如補碼和BCD碼）算術(shù)運算的的電路，而對更為復雜的格式（比如浮點型、復數(shù)型）進行計算的電路則擁有一個更加匹配的稱謂。