定点原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：定点原码一位乘法器的设计院（系）：专业：班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：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3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52.2功能模块的设计与实现62.2.1乘数寄存器模块的设计与实现62.2.2部分积寄存器模块的设计与实现82.2.3被乘数寄存器模块的设计与实现102.2.4控制器器模块的设计与实

2、现122.2.5加法器模块的设计与实现152.3仿真调试17第3章编程下载与硬件测试183.1编程下载18参考文献19附录（电路原理图）20-19-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设计原理原码一位乘，即两个原码数相乘，其乘积的符号为相乘两数符号的异或值，数值则为两数绝对值之积。例如：X=0.1010，Y=—0.1101，求X·Y数值的过程如下：取双符号位，被乘数X=001010，乘数部分

3、Y

4、=001101部分积乘数0000001101+X001010001010右移一位00010101101

5、（丢失）+0000000000101右移一位00001010110（丢失）+X001010001100右移一位00011001011（丢失）+x001010010000右移一位00100000101（丢失）结果：X·Y=1.10000010由于在计算机内多个数据一般不能同时相加，一次加法操作只能求出两数之和，因此每求得一个相加数，就与上次部分积相加每次计算时，相加数逐次向左偏移一位，由于最后的乘积位数是乘数（被乘数）的两倍，因此加法器也需增到两倍。部分积右移时，乘数寄存器同时右移一位，所以用乘数寄存器的最低位来控

6、制相加数取被乘数或零，同时乘数寄存器接收部分积右移出来的一位，完成运算后，部分积寄存器保存乘积的高位部分，乘数寄存器中保存乘积的低位部分。-19-沈阳航空航天大学课程设计报告根据人工算法可以知道，原码一位乘法的整体设计应包括乘数寄存器，被乘数寄存器，移位电路，控制器，部分积五大模块，包含一个输入、输出、控制器模块，并作为顶层设计，以上五大模块作为底层设计，采用硬件器件设计实现。因此，可以得出以下原理框图设计如图1.1所示：图1.1原码一位乘的逻辑电路框图如上逻辑框图1.1中所示，其中B为被乘数寄存器，用来存放被乘

7、数，C为乘数寄存器，用来存放乘数并且移位，A为部分积寄存器，存放每次相加并移位后的数据，ALU加法器实现加法操作，移位电路用来对相加后的数据作移位处理，计数器控制移位次数和输出结果。1.2设计思路定点原码一位乘法器的设计（如图1.1所示）主要包含如下两个部分。一、运算部分：被乘数寄存器要有并入功能，从而进行被乘数的输入，被乘数寄存器的输出和乘数寄存器的最后一位分别相与，以此来确定+X或+0；乘数寄存器要有并入和右移的功能，从而实现乘数部分的右移，最后得到结果的低四位；被乘数和乘数的最后一位相与的结果作为加法器的一

8、个输入，与原部分积相加，得到新的部分积，最后则为结果的高四位。二、控制部分：进行运算时主要有两个状态，一个是乘数与被乘数的并入状态，一个就是乘数与部分积的右移状态。定点原码一位乘法器的底层、顶层的设计都采用原理图设计输入方式，经编译、调试后形成*.bit文件并下载到XCV200可编程逻辑芯片中，经硬件测试验证设计的正确性。-19-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

9、存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器B、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20个按键、字符式LCD、RS232口。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，清晰明了，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

10、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。（2）EDA环境•Xilinxfoundationf3.1设计软件Xilinxfoundationf3.1是Xilinx公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。该系统由设计入口工具、设计实现工具、设计验证工具三大部分组成。设