算术逻辑单元实验
实验原理
计算机除了能够进行加减运算，还要能够进行逻辑运算。实现加减运算和逻辑运算的电路称为算术逻辑单元（ALU，Arithmetic Logic Unit）。图 1是一个简单ALU的设计，虚线框内是前面实验完成的加减运算电路，只是简化了画法，将4位数据用一根较粗的信号线表示；增加了与（AND）、或（OR）、异或（XOR）逻辑运算，并通过一个四选一多路器选择运算的功能。
该ALU电路没有用非门实现逻辑非（NOT）运算，这是因为异或1可以实现取反。通过使Y各位全为1，选择异或运算可以实现对X的非运算。
图 1电路还产生S、Z、O、C四个运算结果的特征标志，通常用于数值大小的比较判断，在后面的实验中将会用到。这四个标志的含义如下。
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SF（Sign Flag）：符号标志。
SF＝1表示结果为负数，SF＝0表示结果为正数。
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ZF（Zero Flag）：零标志。
ZF＝1表示结果为零，ZF＝0表示结果非零。
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OF（Overflow Flag）：溢出标志。
OF＝1表示结果溢出，OF＝0表示结果不溢出；。
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CF（Carry Flag）：进位标志。
CF＝1表示有进位，CF＝0表示没有进位。
OF和CF由加法器产生，在前面的实验中已经完成。这个实验还需要完成符号标志和零标志的检测电路。 因为运算结果的最高位就是符号位，所以符号标志的生成逻辑非常简单，逻辑方程如下：
SF=FS
一种简单的零标志生成方法是，将运算结果的每一位进行或运算，如果结果为0，则零标志为1。以4位二进制为例，产生零标志的逻辑方程如下：
| 进位标志和溢出标志必须由加法电路产生，而零标志和符号标志通常根据ALU的运算结果产生。如果逻辑运算的结果为零，零标志也会为1。 |
预习要求
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理解实验原理。
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阅读第一章Digital仿真软件使用指南的“层次化设计”。
实验任务
1.设计任务
理解实验原理，按照图 1设计电路。其中加减运算电路使用前面实验完成的，将其作为子电路。 有关添加子电路的方法，请参考第一章Digital仿真软件使用指南的“层次化设计”。 MUX多路器组件曾在多路选择器实验中使用过，这里要将选择位的位数设置为2，以构成4选1多路器。
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2.测试任务
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编写测试数据。
例 1. ALU测试数据举例X Y M S1 S0 F S Z O C 0b0011 0b0101 0 0 0 0b1000 1 0 1 0
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执行测试。
保存测试结果数据用于实验报告的实验结果分析。
测试的目的是检查逻辑设计错误而非连接错误。若要检查电路连接是否有误，可在执行测试前先启动仿真；若启动仿真出错，可根据报错信息改正连接错误。 -
实验结果分析
对测试结果数据进行分析并给出结论。
算术运算可参考加减运算电路实验的验证任务要求和记录表样式。