間接補碼陣列乘法器的設(shè)計組成原理課程設(shè)計報告

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1、沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計報告課程設(shè)計名稱:計算機組成原理課程設(shè)計課程設(shè)計題目:間接補碼陣列乘法器的設(shè)計院(系):計算機學(xué)院專業(yè):計算機科學(xué)與技術(shù)班級:學(xué)號:姓名:指導(dǎo)教師:完成日期:2015年1月16日沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計報告目錄第1章總體設(shè)計方案11.1設(shè)計原理11.2設(shè)計思路21.3設(shè)計環(huán)境3第2章詳細(xì)設(shè)計方案52.1頂層方案圖的設(shè)計與實現(xiàn)52.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計文件52.1.2器件的選擇與引腳鎖定52.1.3編譯、綜合、適配62.2功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)62.2.1細(xì)胞模塊的設(shè)計與實現(xiàn)62.2.2全加器模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

2、72.3仿真調(diào)試10第3章編程下載與硬件測試123.1編程下載123.2硬件測試及結(jié)果分析12參考文獻14附錄(電路原理圖)15-12-沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計報告第1章總體設(shè)計方案1.1設(shè)計原理由于計算機采用補碼做加減運算,所以設(shè)計陣列補碼乘法器能避免碼制轉(zhuǎn)換,提高機器效率。可以利用原碼陣列乘法器來設(shè)計補碼陣列乘法器,這時需要在計算前先進行原碼--補碼的轉(zhuǎn)換。乘法器的常規(guī)設(shè)計是適用“串行移位”和“并行加法”相結(jié)合的方法,這種方法并不需要很多器件。然而串行方法畢竟太慢,不能滿足科學(xué)技術(shù)對高速乘法所提出的要求。自從大規(guī)模集成電路問世

3、以來,高速的單元陣列乘法器應(yīng)運而生,出現(xiàn)了各種形式的流水線陣列乘法器,它們屬于并行乘法器。陣列乘法器采用類似于人工計算的方法進行乘法運算。人工計算方法是用乘數(shù)的每一位去乘被乘數(shù),然后將每一位權(quán)值對應(yīng)相加得出每一位的最終結(jié)果。如圖1.1所示,用乘數(shù)的每一位直接去乘被乘數(shù)得到部分積并按位列為一行,每一行部分積末位與對應(yīng)的乘數(shù)數(shù)位對齊,體現(xiàn)對應(yīng)數(shù)位的權(quán)值。將各次部分積求和,即將各次部分積的對應(yīng)數(shù)位求和即得到最終乘積的對應(yīng)數(shù)位的權(quán)值。011010*001001____________0110100000000000000110100000

4、00000000_______________00011101010圖1.1人工計算乘法示例-12-沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計報告陣列乘法器采用類似人工的計算方法來完成乘法計算。陣列的每一行送入乘數(shù)的每一位數(shù)位,而各行錯開形成的每一斜列送入被乘數(shù)的每一數(shù)位。該方案所用加法器數(shù)量很多,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)則性強,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,適于用超大規(guī)模集成電路的批量生產(chǎn)。1.2設(shè)計思路一、整體部分:陣列乘法器采用的是先逐位求解部分積,由于求解每一位的部分積是并行完成的,因此可以節(jié)省很多的計算時間,由于本課程設(shè)計要求的是設(shè)計一個六位乘六位的陣列乘法器,最高

5、位為符號位,因此此陣列乘法器的整體設(shè)計包括25個加法器模塊,加法器模塊中由一個與門和一個全加器構(gòu)成,由四個與門、兩個異或門、一個三端接口的或門構(gòu)成的全加器為底層設(shè)計,采用原理圖設(shè)計輸入方式,所謂的全加器就是就是兩個數(shù)X、Y及進位輸入CIN相加可得全加和POUT和進位輸出COUT,三個補碼轉(zhuǎn)換模塊。二、單元部分:設(shè)計整體框圖中的每個細(xì)胞模塊,每個模塊實現(xiàn)的功能是計算部分積和向高位的進位。三、仿真部分:將整個電路連好之后即可進行仿真,用以驗證設(shè)計是否正確。四、下載部分:仿真成功之后即可進行此部分,在編譯、調(diào)試之后形成的*.bit文件即

6、可下載到XCV200可編程邏輯芯片中,經(jīng)硬件測試驗證設(shè)計的正確性。設(shè)被乘數(shù)和乘數(shù)(均為補碼)分別為A=(a6)a5a4a3a2a1,B=(b6)b5b4b3b2b1,其中a6和b6為符號位,用括號括起來表示這一位有負(fù)的位權(quán)值。根據(jù)補碼和真值的轉(zhuǎn)換可以知道(如圖1.2所示):圖1.2補碼和真值轉(zhuǎn)換公式1.3設(shè)計環(huán)境(1)硬件環(huán)境?偉福COP2000型計算機組成原理實驗儀COP2000計算機組成原理實驗系統(tǒng)由實驗平臺、開關(guān)電源、軟件三大部分組成-12-沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計報告實驗平臺上有寄存器組R0-R3、運算單元、累加器A、暫存

7、器B、直通/左移/右移單元、地址寄存器、程序計數(shù)器、堆棧、中斷源、輸入/輸出單元、存儲器單元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、組合邏輯控制器、擴展座、總線插孔區(qū)、微動開關(guān)、邏輯筆、脈沖源、20個按鍵、字符式LCD、RS232口。COP2000計算機組成原理實驗系統(tǒng)各單元部件都以計算機結(jié)構(gòu)模型布局,清晰明了,系統(tǒng)在實驗時即使不借助PC機,也可實時監(jiān)控數(shù)據(jù)流狀態(tài)及正確與否,實驗系統(tǒng)的軟硬件對用戶的實驗設(shè)計具有完全的開放特性,系統(tǒng)提供了微程序控制器和組合邏輯控制器兩種控制器方式,系統(tǒng)還支持手動方式、聯(lián)機方式、模擬方式三種工作方式

8、,系統(tǒng)具備完善的尋址方式、指令系統(tǒng)和強大的模擬調(diào)試功能。(2)EDA環(huán)境Xilinxfoundationf3.1設(shè)計軟件是Xilinx公司的可編程期間開發(fā)工具,該系統(tǒng)由設(shè)計入口工具、設(shè)計實現(xiàn)工具、設(shè)計驗證工具三大部分組成(如圖1.3所示)。設(shè)計入口

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