我之前上传的自制8位CPU实现了加减运算，但是电路设计有BUG，原本实现了四条指令。但是因为这个bug让我的板无法做加法，这个版本修改了这个BUG，完美实现了四个指令，即
1.加法运算
2.减法运算
3.逐位否定操作
4.补码运算
其实用MOS管实现加法运算很简单，但是减法运算会比较麻烦。计算机系统中没有减法运算，但本质上是通过转化为加法运算来实现的。怎么做？我在之前的视频中介绍过。通过对被减数执行补码操作，补码操作是将输入数据逐位反相并加1。因此，很容易一点一点地给指令加1，给之前设计的加法器加1。因此，补码运算本质上是加法器和逐位反转指令的结合。我扣了几层头皮，巧妙地把这些指令设计成用dip开关实现，在一个计算周期内完成了计算。
下图是本设计的示意图：
下图为成品板。其实板子已经打完了，但是没有时间去验证。
现在，让我们演示加法运算。指令代码为0000，输出有效值为9位。只需将说明书代码开关设置为0000。这是加法操作说明。下图显示了二进制加法的计算。灯亮时表示1，灯灭时表示0。可以看到101001 1001001=1110010的结果。对应的十进制是41 73=114。反正只要加法在255以内就可以操作。
然后是减法指令运算，指令代码为0011，输出有效值为8位。因为结果与补码运算重叠，导致溢出，所以结果的最高位是1，也就是第9位，正确的结果是较低的8位，也是8位以内的计算逻辑。下图是减法运算的示意图，10101-101=10000，对应的十进制是21-7=16，只要减法运算在255以内。
下图显示了逐位否定指令。指令代码为0001，输出有效值为8位。这件事没什么好说的。操作数1全部设置为0。操作数2输入要运算的数据，输入00110010到输出11001101。
下图显示了补码操作。指令代码为0011，输出有效值为8位。运算规则是逐位取逆1，将所有操作数1设置为0，输入操作数2要运算的数据。所以1100的补码是11110100，结果都是正确的。
可以看到，除了加法指令的有效值是9位，其他四条指令都是低8位，是名副其实的8位CPU。当然，这离真正的CPU还很远。我只是好奇CPU的工作原理，有时间慢慢折腾。