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  • 计算机组成原理阵列乘法器课程设计报告
    2021-07-17 03:06:23

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    1、课 程 设 计;.教 学 院课程名称题目专业班级姓名同组人员指导教师.计算机学院计算机组成原理4 位乘法整列设计计算机科学与技术2014 级计本非师班唐健峰黄亚军2016年10 月5日;.1 课程设计概述1.1 课设目的计算机组成原理是计算机专业的核心专业基础课。课程设计属于设计型实验,不仅锻炼学生简单计算机系统的设计能力,而且通过进行设计及实现,进一步提高分析和解决问题的能力。同时也巩固了我们对课本知识的掌握,加深了对知识的理解。在设计中我们发现问题,分析问题,到最终的解决问题。凝聚了我们对问题的思考,充分的锻炼了我们的动手能力、团队合作能力、分析解决问题的能力。1.2 设计任务设计一个 4。

    2、 位的二进制乘法器:输入信号: 4 位被乘数 A(A1,A2,A3,A4 ), 4位乘数 B( B1,B2,B3,B4 ),输出信号: 8 位乘积 q(q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8).1.3 设计要求根据理论课程所学的至少设计出简单计算机系统的总体方案,结合各单元实验积累和课堂上所学知识,选择适当芯片,设计简单的计算机系统。( 1) 制定设计方案:我们小组做的是4 位阵列乘法器, 4 位阵列乘法器主要由求补器和阵列全加器组成。( 2) 客观要求要掌握电子逻辑学的基本内容能在设计时运用到本课程中,其次是要思维灵活遇到问题能找到合理的解决方案。小组成员要积极配合共同达到目的。;.。

    3、2 实验原理与环境2.11. 实验原理计算机组成原理, 数字逻辑,maxplus2 是 现场可编程门阵列, 它是在 PAL、GAL 、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。用乘数的每一位去乘被乘数,然后将每一位权值直接去乘被乘数得到部分积,并按位列为一行每一行部分积末位与对应的乘数数位对齐,体现对应数位的权值,将各次部分积求和得到最终的对应数位的权值。2.22. 实验环境2.2.1双击 maxplu2II 软件图标,启动软件(1). 新建工程, flie-。

    4、new project .,出现存储路径的选项框,指定项目保存路径并且为工程命名,第三行设置实体名,保持与工程名一致。点击OK;.( 2 )原理 入(1)建立 形 入文件在 1-16中的 File菜 的project 下 “ New”,出 1-18所示的 框;.选择“ Graphic Editor file”后,单击“ OK”,出现图 1-19即可开始建立图形输入文件( 3) . 调入元件符号 在图 1-19 图形编辑区双击鼠标左键可打开“ Enter symbol”对话框,如图 1-20 所示。 在该对话框你可选择需要输入的元件 / 逻辑符;.号。例如你可选择一个计数器,一个与门等;.3总体。

    5、方案设计总体结构图;.;.图 3 总体结构图一根据 an 与 bn 的乘积,然后相应的am 与 bm 与运算,可得到qn 的值,最后按从大到小的顺序排列qn,即为计算结果。如下所示:1100*010111000000110000000111100即为十进制的12*5=601. 设计方案(1)为了进一步提高乘法运算速度,可采用类似人工计算的方法,阵列的每一行送入乘数 Y 的每一数位,而各行错开形成的每一斜列则送入被乘数的每一数位。(2)44 阵列乘法器可以由一定数量的4 个输入加法器构成的;(3)4 个输入加法器可以由多个全加1 器( 74283)构成;详细设计与实现4*4 乘法的设计主要包括以。

    6、下几个主要的模块的设计3.1.2一位全加器的设计与实现一位全加 器的逻辑图,如下图所示:;.图 5 一位全加 器的逻辑图3.1.3四位及八位求补电路的设计原图:四位求补电路 的逻辑图,如下图所示:;.图 6 四位求补电路的逻辑图八位求补电路 的逻辑图,如下图所示:;.图 7 八位求补电路 的逻辑图3.1.4阵列乘法器的设计 :44 阵列乘法器 的逻辑图,如下图所示:图 8 4 4 阵列乘法器 的逻辑图图 9 阵列乘法器的电路原理图;.4实验过程与调试实验仿真图 :图 10仿真结果4 位*4 位乘法器的仿真结果如图:;.图 114*4 的乘法器仿真图4.1主要故障与调试4.1.1故障 1这次课程。

    7、设计的精华之一就是设计阵列乘法器刚开始时由于按照课本上的设计所以掉下了好多的与门所以在仿真的时候出现了好多的问题,后在老师的指导下,得以改进了设计和避免了很多的连线的错误,提高了速度4.1.2故障 2在实验的时候,对实验的软件和装置很不是熟悉,导致文件的命名时经常出错,而且问题还不宜被发现,在老师的提示下照到了问题的所在,后来就没有遇到类似的问题。4.1.3故障 3在做求补电路的时候我们做的事4 位的求补器但是需要8 位的求补器所以我们就拿两个4 位的求补器去连接结果由于连线的错误导致了好多的错误,后来我们直接连接8 位的求补器就解决了问题。;.5 设计总结与心得5.1课设总结基于对象的存储是。

    8、为了克服当前基于块的存储存在的诸多难题, 在存储接口和结构层次的重要发展。 可以根据应用负载选择优化的存储策略。作了如下几点工作:1)我们小组负责的是阵列乘法器的设计,通过小组的合作我们一次完成了全加器、求补器、阵列乘法器然后完成了综合的拼接工作,虽然在最后的阶段出了一些问题但是我们小组掌握了此次设计的核心内容达到了实验的目的。2)此次看课程设计我们实现任意给定两位四位二进制的相乘运算,相乘积的计算结果为8 位二进制。将移位复制的被乘数依次对准乘数数位的位置进行排列,然后将各列相加。如果乘数的某一数位为0,将跳过相应的被乘数, 下一个复制被乘数的位置是由向乘数的最高位方向移动时有1 出现的位置。

    9、3)这次课程设计虽然没有在规定的时间内完成要求的任务,但是我们小组每一个组员都认真负责的设计,对组成原理这门学科的了解更加深刻,学到了好多以前不曾知道的知识。其他需要总结的内容,(自行修订扩充)。5.2课设心得在还没有作课程设计时我是比较畏惧组成原理这门课设的,毕竟前几次小实验每每都是做得很不尽人意,总是不能在老师规定的时间内完成,所以担心这种不好的过程会给后面的大实验也即课设;.带来很大的负面影响。 这次实验我的设计题目是-阵列乘法器,通过和同学的讨论和老师的交流,并在老师的指导下,解决了很多的问题,从其中获得了知识,使得我对环境和工具的使用能力得到了进一步的提升,我相信,这将给以后的学习和。

    10、实验带来益处,最后圆满的完成了实验。此次课程设计实验,不仅是对课程知识的巩固,对所学理论知识的很好应用与发挥,更是对新知识的学习,新鲜工具的应用的提升和实践能力的提升,而且对个人自学能力的也是一个极大考验,处于信息快速发展更新世代人只有不断提高自身自学能力才能很好地接受合理地利用信息化时代所出现的各色个样的产品。这次课设然我领悟到很多课本以外的一些生活处事道理:( 1)学习是永无止境不断充实自我提升自身价值就得不断地接受并吸收新鲜事物。( 2)合作是前进的最佳途径,现在所做的只是小的实验项目步入社会合作精神会比自身能力来得更重要;;.参考文献1 秦磊华,王小兰 . 计算机组成原理实验指导及课程。

    11、设计指导书 (基于 EDA 平台 ). 武汉:华中科技大学出版社, 2010 年.2 秦磊华,吴非,莫正坤 .计算机组成原理 . 北京:清华大学出版社, 2011 年.3 DAVID A.PATTERSON(美).计算机组成与设计硬件 /软件接口 (原书第 3 版).北京:机械工业出版社 . 2007 年 .4 袁春风编著 . 计算机组成与系统结构 . 北京:清华大学出版社, 2011 年.5 张志刚, FPGA 与 SOPC 设计教程 -DE2 实践 . 西安:电子科技大学出版社,2007;.计算机组成原理课程设计成绩评定表1、课程设计答辩或质疑记录1232、答辩情况a)未能完全理解题目,答。

    12、辩情况较差 c)理解题目较清楚,问题回答基本正确 b)部分理解题目,答辩情况较差d)理解题目透彻,问题回答流利3、课程设计报告a)内容:不完整 完整 详细 b)方案设计:较 差 合理 非常合理 c)实现:未实现 部分实现 全部实现 d)文档格式:不规范 基本规范 规范 考勤成绩:,占总成绩比例 10%答辩成绩:,占总成绩比例 30%课程设计论文成绩:, 占总成绩比例 60%课程设计总成绩:4、课程设计评语指导教师签字:年月日;.1. 一位全加器 FA 的内部由哪些逻辑门构成?采用一个或门进位其结果Si 三个输入信号 AiBiCi 异或得到 ,信号 Ci+1 位进位 .2. 第二题中,阵列乘法器的算前求补器的作用是?将两个操作数A 和 B 在不带符号的乘法阵列相乘以前,先变成正整数 .3. 阵列乘法器的算后求补器的作用是?当两个输入操作数的符号不一致时把运算额结果变成带符号位的原码.;。

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    三.? 阵列乘法器 早期计算机中为了简化硬件结构,采用串行的1位乘法方案,即多次执行“加法—移位”操作来实现。这种方法并不需要很多器件。然而串行方法毕竟太慢,自从大规模集成电路问世以来,出现了各种形式的流水式阵列乘法器,它们属于并行乘法器。 1.不带符号的阵列乘法器 设有两个不带符号的二进制整数: A=am-1…a1a0 B=bn-1…b1b0 它们的数值分别为a和b,即 m-1      n-1 a =∑ai2i  b =∑bj2j i=0      j=0  例如,在一个4位的对2求补器中,,如果输入数为1010,那么输出数应是0110,其中从右算起的第2位,就是所遇到的第一个“1”的位置。用这种对2求补器来转换一个(n+1)为带符号的数,所需的总时间延迟为 tTC=n·2T+5T=(2n+5)T         (2.28)  其中每个扫描级需2T延迟,而5T则是由于“与”门和“异或”门引起的。 (2) 带符号的阵列乘法器  (n+1)×(n+1)位带求补器的阵列乘法器逻辑方框图演示 通常,把包括这些求补级的乘法器又称为符号求补的阵列乘法器。在这种逻辑结构中,共使用三个求补器。其中两个算前求补器的作用是:将两个操作数A和B在被不带符号的乘法阵列(核心部件)相乘以前,先变成正整数。而算后求补器的作用则是:当两个输入操作数的符号不一致时,把运算结果变成带符号的数。 * 在二进制乘法中,被乘数A与乘数B相乘,产生m+n位乘积P: P=pm+n-1…p1p0 乘积P 的数值为         实现这个乘法过程所需要的操作和人们的习惯方法非常类似:(如下页图所示): 上述过程说明了在m位乘n位不带符号整数的阵列乘法中,“加法—移位”操作的被加数矩阵。每一个部分乘积项(位积)aibj叫做一个被加数。这m×n个被加数{aibj|0≤i≤m-1和0≤j≤n-1}可以用m×n个“与”门并行地产生(如右下图所示)。显然,设计高速并行乘法器的基本问题,就在于缩短被加数矩阵中每列所包含的1的加法时间。 5位×5位阵列乘法器的逻辑电路图演示 这种乘法器要实现n位×n位时,需要n(n-1)个全加器和n2个“与”门。该乘法器的总的乘法时间可以估算如下:   令Ta为“与门”的传输延迟时间,Tf为全加器(FA)的进位传输延迟时间,假定用2级“与非”逻辑来实现FA的进位链功能,那么我们就有: Ta = Tf = 2T  从演示中可知,最坏情况下延迟途径,即是沿着矩阵最右边的对角线和最下面的一行。因而得n位×n位不带符                号的阵列乘法器总的乘法时间为: tm=Ta+ (n-2)6T+5T+(n-1)]×Tf =2T+6nT-12T+5T+(n-1)×2T =(4n-2)×2T     (2.27)  2.带符号的阵列乘法器 (1) 对2求补器电路  我们先来看看算术运算部件设计中经常用到的求补电路。一个具有使能控制的二进制对2求补器电路图演示,其逻辑表达式如下: C-1=0,  Ci=ai+Ci-1 ai*=ai⊕ECi-1,   0≤i≤n  在对2求补时,要采用按位扫描技术来执行所需要的求补操作。令A=an…a1a0是给定的(n+1)为带符号的数,要求确定它的补码形式。进行求补的方法就是从数的最右端a0开始,,由右向左,直到找出第一个“1”,例如ai=1, 0≤i≤n。这样,ai以左的每一个输入位都求反,即1变0,0变1。最右端的起始链式输入C-1必须永远置成“0”。当控制信号线E为“1”时,启动对2求补的操作。当控制信号线E为“0”时,输出将和输入相等。显然,我们可以利用符号位来作为控制信号。   设A=anan-1…a1a0和B=bnbn-1…b1b0均为用定点表示的(n+1)位带符号整数。在必要的求补操作以后,A和B的码值输送给n×n位不带符号的阵列乘法器,并由此产生2n位真值乘积:        A·B=P=p 2n-1…p1p         p2n=an⊕bn   其中P2n为符号位。   上面CAI演示所示的带求补级的阵列乘法器既适用于原码乘法,也适用于间接的补码乘法。不过在原码乘法中,算前求补和算后求补都不需要,因为输入数据都是立即可用的。而间接的补码阵列乘法所需要增加的硬件较多。为了完成所必需的求补与乘法操作,时间大约比原码阵列乘法增加1倍。 例17:设x=+15,y=-13,用带求补器的原码阵列乘法器求出乘积x·y=? [解:]  设最高位为符号位,则输入数据为[x]原 =

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    目录

    一、阵列乘法器

    二、Verilog设计


    一、阵列乘法器

    将上文中的AB两数相乘的例子:

    4比特的AB两数相乘的竖式计算表示成如下,为了区分,方便在阵列格式中看出差异,图中标记了不同的颜色,每组颜色表示一组部分和:

    竖式计算图例

    其中ai,bi表示A和B的某个比特,aibi表示ai与bi相与,使用与门电路生成,aibi的值只有0和1。S表示AB相乘的结果。

    每一列将使用半加器或者全加器两两相加,其结果表示为Si,如S0 = a0b0,S1 = ( a1b0+a0b1 )mod 2,……,每一列每两个数产生的进位将传递至相邻高的一列参与计算。

    所以,将其结构表示为如下结构,即阵列乘法器(Array Multiplier)。

     

    RCA阵列乘法器

    其中HA表示半加器,FA表示全加器,虚线箭头表示进位传播的路线。使用行波进位加法器RCA搭建如上的阵列乘法器即RCA阵列乘法器。

    对于m*n的RCA阵列乘法器,将消耗资源如下:

    (1)m*n个与门

    (2)n个半加器

    (3)mn - m – n个加法器

    根据进位传播链,可以看出RCA阵列乘法器的关键路径如下:

    RCA阵列乘法器关键路径

    上图中红线和紫线是该阵列乘法器中由于累加造成的进位链的最长路径。另外,通过使用不同结构的加法器可缩短该进位链的传播延时,如使用进位保留加法器(Carry Save Adder, CSA)。

    CSA阵列乘法器与其关键路径

    将RCA阵列乘法器的进位连接至斜下角的加法器,变成上图结构即CSA阵列乘法器,CSA结构的阵列乘法器将进位与和分别计算,不必计算该层的进位,省去了行波进位加法器进位链的依赖,只在最后一级通过RCA结构(上图绿色虚框)传递进位合并最后的结果。

    将两种结构的阵列乘法器面积与关键路径对比如下:

    RCA结构乘法器使用了8个FA,4个HA,关键路径经过5个FA,2个HA

    CSA结构乘法器使用了8个FA,4个HA,关键路径经过3个FA,3个HA

    CSA结构使用相同的资源却有更优的性能。

     

    以上即是阵列乘法器的基本原理,其中半加器,全加器,行波进位加法器(RCA),进位保留加法器(CSA),参考阅读:

    https://zhuanlan.zhihu.com/p/101014066

    https://zhuanlan.zhihu.com/p/102387648

    二、Verilog设计

    根据以上例子设计4*4无符号RCA阵列乘法器,主要要点如下:

    (1)与门结构,将输入Ai和Bi相与;

    (2)半加器和全加器,用于求解阵列乘法器的部分和,对于4*4阵列乘法器,该部分和个数3个。如果扩展成任意位宽的乘法器,可以使用generate…endgenerate生成每个层级的信号;

    (3)阵列结构拓扑结构,因为每一部分是行波进位加法器结构,所以,将每个部分和看出N比特的行波进位加法器,即RCA。

     

    与门结构

     

    部分和计算

     

    输出结果

     

    阵列乘法器,源码公众号回复00d。

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    计组这个实验真给我整emo了呜呜呜
    实验要求:实现六位补码阵列乘法器,并且保证特殊条件下的运算结果正常
    特殊条件
    在这里插入图片描述

    话不多说先上电路图
    在这里插入图片描述

    一步一步来解释!!!

    普通情况(都是正数,都是负数,一正一负)

    X和Y都是正数或都是负数

    都是正数,就先把符号位去了,把绝对值输入进5位阵列乘法器。
    都是负数,就先把XY送进求补器,得到的就是X和Y的绝对值,然后输入进5位阵列乘法器。
    在这里插入图片描述
    这部分电路为
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    今天复习计组的时候又发现原来书上有讲这个,其实求补器上面写的是-x,即输入x的补码,求-x的补码,也就是把x每位取反,再加一就行。下面是原来的想法(那个时候真笨哈哈哈)

    这里顺便解释一下求补器的工作效果
    求补器输入:100101
    求补器输出:011011
    我一开始很迷惑这啥啊不是在求补吗???那100101的补码难道不是111011????后面问了同学才知道,求补器是先把负数的补码转化成原码,再把符号位改为0。比如这里的100101是负数的补码,转化成原码是111011,符号为改为0之后变成了011011,就是所求的答案。
    求补器输入:000011
    求补器输出:111101
    如果输进去一个正数,就先把它变为负数,再求补码。比如000011,先变为负数100011,再求补码111101。

    现在明白了求补器,再来看这个电路
    下面只分析X,Y同理。

    分析X求绝对值电路

    X在求绝对值时分成了两路,分别对应X是正数和X是负数的情况。

    上边那条路代表X是正数

    先经过一个分线器,分线器将X分成了两部分:符号位和数值位。将符号位输入连接进选择端,这样的话如果是0,那么直接输出第0路,也就是数值位。(这里不懂的话可能是因为不知道多路选择器的用法,建议自己去学一下,不讲了)

    下边那条路代表X是负数

    经过求补器直接得到绝对值。

    分析普通情况下的6位补码阵列乘法器

    前面已经讲了五位阵列乘法器的输入,现在讲输出该怎么连接
    在这里插入图片描述
    输出一共有两条线

    上面那条线是XY都是正数或者都是负数的情况

    X5和Y5经过异或门,如果都是正数或者都是负数,那么结果是0,这个结果输入进多路选择器,则选择上面那条路输出。

    下面那条线是XY异号

    在这里插入图片描述
    所以将结果送进求补器

    最后分线器自己调一下位宽,得到P‘(为什么是P’呢?因为这只是考虑到了普通情况,并不是最终答案,最后还要结合特殊情况,经过一定处理才能得出最完美的答案)
    得到P‘的分线器位宽如下图所示
    在这里插入图片描述

    特殊情况

    在测试时,会发现一些特殊情况,按照之前设计的电路并不正确,所以还要对此进行完善。好吧其实是因为做了这个会加分我才做的。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    实验要求说要单独写那就单独再来个电路呗
    先总体看一下特殊情况的电路!
    在这里插入图片描述

    很显然,分成两部分。左边是根据choose的数值,来判断最终输出P。右边是判断choose的大小。choose一共有7个值:
    000:最正常的一种了,又没有0,又没有-32
    在这里插入图片描述
    001:X=0,Y不等于-32,P=0
    在这里插入图片描述
    010:X=-32,Y为负数
    在这里插入图片描述
    011:X=-32,Y=0;
    在这里插入图片描述
    100:X为负数,Y=-32
    在这里插入图片描述

    101:X=0,Y=-32,P=0
    在这里插入图片描述
    110:X=-32,Y=-32 P=010000000000
    在这里插入图片描述

    在图中为什么左边引脚是400?因为用的16进制,最后输出二进制为010000000000

    好!

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  • 计算机组成原理实验 8位阵列乘法器 logisim
  • 计算机组成原理阵列乘法器课程设计报告精选编 号:学 号: XXX课 程 设 计教 学 院计算机学院课程名称计算机组成原理题 目阵列乘法器专 业计算机科学与技术班 级2011级计科(X)班姓 名XXX同组人员XXX XXX XXX指导教师...
  • 直接补码阵列乘法器及设计原理直接补码阵列乘法器的设计原理*(李澄举(嘉应学院 计算机系, 广东 梅州 514015)[摘要]直接补码阵列乘法器的工作原理是《计算机组成原理》课程的难点。本文从组成阵列乘法器的四类全加器...
  • 这学期在的计算机组成原理的一个project,让用logisim构建一个补码阵列乘法器,看了同学推荐的mooc上老师的讲解才慢慢搞懂,对新手挺友好的,课程名称为计算机硬件系统设计,在这里附上链接计算机硬件系统设计 ...
  • 坐那想,想自己去哪,就琢磨西安是B类地区,再往脸跟前摊本组成原理,装出在看无符号数阵列乘法器的样子,一堆堆的全加器简直是繁若星辰烦的我要死,脑子就跑到兵马俑的千军万马去了。去过兵马俑一回,完全没感觉,...
  • 计算机组成原理课程设计-阵列乘法器设计与实现 带报告与代码
  • 计算机组成原理5位无符号阵列乘法器 话说我们学校上课是讲的啥啊根本听不懂、、、是我理解能力不行好吧,只能自己下来再努力上网找资料学习。今天咱就是说来浅浅学习一下5位无符号阵列乘法器。 首先上电路图 很好,...
  • 实验时间:10.25 零、Quartus II基本使用(计组实验)_稳健的不高冷的强哥的博客-CSDN博客 Quartus II的使用,封装,总线的使用可以参考笔者之前的博客。...对带符号的阵列乘法器的结构来说,可以采用先补码求补
  • verilog编 阵列乘法器

    千次阅读 2020-04-23 17:43:55
    阵列乘法器 阵列乘法器原理就是模拟手算乘法过程,参考下图 上图是阵列乘法的基本流程,C00=A0*B0,其余类似,FA为一个一位全加器,有两到三个输入,产生两个输出(结果和进位),不明白可观看mooc的计算机原理...
  • 这样的方法思想较为容易理解前面的(FPGA-定点乘法器)已经给出具体的代码的设计,代码中设计的是4位,则需要4个时钟周期,如果是N位则会需要N个时钟周期进行运行,这样运行的乘法器运行效率不高(也可以看做是串行...
  • 已知x=11011,y=-11111,利用带补器的5位乘5位的补码阵列乘法器,计算x×y。运算过程中(均填写二进制,多位要连续写,不要插入任何分隔符): (1)x的算前求补器输出为( ),y的算前求补器输出为( )。 (2)...
  • vivado实现4x4阵列乘法器

    千次阅读 2020-04-12 19:50:18
    vivado实现4*4阵列乘法器阵列乘法器阵列乘法器的原理代码模块lie1模块lie234模块超前进位加法器超前进位模块以及最后一个模块全加器仿真文件最后附上全部代码 阵列乘法器 经历了苦痛的在家网课,上课也没怎么认真听...

空空如也

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阵列乘法器

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