定点补码一位乘法器的设计

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1、沈阳航空航天大学课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：定点补码一位乘法器的设计院（系）：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：84010101学号：2008040101002姓名：边爽指导教师：曹一鹏完成日期：2011年1月14日沈阳航空航天大学课程设计报告目录第1章总体设计方案11.1设计原理11.2设计思路21.3设计环境4第2章详细设计方案52.1顶层方案图的设计与实现52.1.1创建顶层图形设计文件52.1.2器件的选择与引脚锁定62.1.3编译、综合、适配72.2功能模块的设计与实现72.2.1取补模块的设计与实现72.2

2、.2选择器模块的设计与实现92.2.3乘数补码移位寄存器模块的设计与实现122.2.4部分积移位寄存器模块的设计与实现142.2.5加法器模块的设计与实现162.3仿真调试16第3章编程下载与硬件测试193.1编程下载193.2硬件测试及结果分析19参考文献22附录（电路原理图）23-24-沈阳航空航天大学课程设计报告第1章总体设计方案1.1设计原理由于机器都采用补码做加减运算，所以设计补码乘法器能避免码制转换，提高机器效率。在计算两个补码相乘时，可以通过Booth算法来实现定点补码一位乘的功能。布斯(Booth)算法采用相加和相减的操作计算补码数据的乘积

3、，Booth算法对乘数从低位开始判断，根据后两个数据位的情况决定进行加法、减法还是仅仅进行移位操作。补码一位乘法的运算规则：(1)被乘数一般取双符号位参加运算。(2)乘数可取单符号位以决定最后一步是否需要校正，即是否加。(3)乘数末位增设附加位，且初值为0。部分积初始值为0。(4)被乘数[x]补乘以对应的相邻两位乘数（）之差值，再与前部分积累加，然后右移一位（乘2-1），形成该步的部分积累加和。与构成各步运算的判断值，以决定如何操作，见图1.1Booth算法操作说明：图1.1Booth算法操作说明(5)按照上述算法进行n+1步操作，但第n+1步不再移位，仅

4、根据与的比较结果作相应的运算即可。-24-沈阳航空航天大学课程设计报告1.2设计思路课程设计的要求为：（1）采用原码值输入，乘数和被乘数皆为8位。（2）设计的电路应该包括ALU，被乘数寄存器，乘数寄存器，部分积寄存器，门电路和移位电路。课程设计的思路为：（1）由于课程设计要求采用原码值输入，就需要设计一个原码值取反码的电路模块，同时只对符号位取反同时也可以实现求。（2）实现Booth算法需添加附加位，并将其初始值置零，此操作通过外部输入来实现的。（3）Booth算法在运算中要将部分积初始值置零，此操作是通过给FD寄存器的清零端一个高电平的脉冲信号，使寄存器

5、的数据全部为0，即输出的部分积为00000000。（4）取乘数末尾两位来判断，为00、11则部分积加0，为01则部分积加被乘数的补码，为10则部分积加乘数相反数的补码。为了实现此操作，需要设计一个二输入四输出选择器及选择电路。（5）乘数逻辑右移一位，部分积算术右移一位，并用乘数最高位存放部分积溢出的位。此功能的实现，分别设计了乘数移位寄存器，以及部分积移位寄存器。（6）依次反复直到原乘数部分只剩下最后两位，由于最后一次只运算不移位，所以在输出时要在部分积移位之前输出结果。（7）加统一的时钟信号，保持各部件同步工作。定点补码一位乘法器的设计总框图如图1.2所

6、示；定点补码一位乘法器的设计流程图如图1.3所示。-24-沈阳航空航天大学课程设计报告图1.2定点补码一位乘法器设计总框图图1.3定点补码一位乘法器设计流程图-24-沈阳航空航天大学课程设计报告1.3设计环境（1）硬件环境•伟福COP2000型计算机组成原理实验仪COP2000计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成。实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器等组成。COP2000计算机组成原理实验系统各单元部件都以计算机结构模型布局，系统在实验时即使不借助PC机，也可实时监控数据流状态及正确与否,实验系统的软硬件对用户的实验设计

7、具有完全的开放特性，系统提供了微程序控制器和组合逻辑控制器两种控制器方式，系统还支持手动方式、联机方式、模拟方式三种工作方式，系统具备完善的寻址方式、指令系统和强大的模拟调试功能。•COP2000集成调试软件COP2000集成开发环境是为COP2000实验仪与PC机相连进行高层次实验的配套软件，它通过实验仪的串行接口和PC机的串行接口相连，提供汇编、反汇编、编辑、修改指令、文件传送、调试FPGA实验等功能，该软件在Windows下运行。（2）EDA环境•Xilinxfoundationf3.1设计软件Xilinxfoundationf3.1是Xilinx公

8、司的可编程期间开发工具，该平台功能强大，主要用于百万逻辑门设计。该