阵列除法器设计与实现

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1、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：阵列除法器设计与实现院（系）：计算机学院专业：班级：学号：姓名：指导教师：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31.3设计环境3第2章详细设计方案52.1功能模块的设计与实现52.1.1细胞模块的设计与实现52.1.2除法器模块的设计与实现72.2仿真调试9参考文献11附录（电路原理图）-12-沈阳航空航天大学课程设计报告12-12-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设计原理在原码除法中，原码除法符号位是单独处理的，商符由两数符号位进行异

2、或运算求得，商值由两数绝对值相除求得。原码除法中由于对余数的处理不同，又可分为恢复余数法和不恢复余数法（加减交替法）。在机器操作中通常采用加减交替法，因为加减交替法机器除法时间短，操作规则。加减交替法的运算规则如下：（1）当余数为正时，上商1，余数左移一位后减去除数得下一位余数。（2）当余数为负时，上商0，余数左移一位后加上除数得下一位余数。阵列除法器是一种并行运算部件，采用大规模集成电路制造，与早期的串行除法器相比，阵列除法器不仅所需的控制线路少，而且能提供令人满意的高速运算速度。阵列除法器有多种形式，如不恢复余数阵列除法器、补码阵列除法器等等。本实验设计的是

3、加减交替阵列除法器。本实验利用的细胞单元是一个可控加法/减法CAS单元，利用它组成的流水阵列来实现四位小数的除法。CAS单元有四个输入端、四个输出端。其中有一个控制输入端P，当P=0时，CAS作加法运算；当P=1时，CAS作减法运算。逻辑结构图如图1.1所示。-12-沈阳航空航天大学课程设计报告图1.1可控加法/减法（CAS）单元逻辑结构图CAS单元的输入与输出的关系可用如下逻辑方程来表示：Si=Ai⊕（Bi⊕P）⊕CiCi+1=(Ai+Ci)(Bi⊕P)+AiCi当P=0时，CAS单元就是一个全加器，如下：Si=Ai⊕B⊕iCiCi+1=AiBi+BiCi+A

4、iCi当P=1时，则得求差公式：Si=Ai⊕B⊕iCiCi+1=AiBi+BiCi+AiCi其中有Bi=Bi⊕1在减法中，输入称为借位输入，而称为借位输出。-12-沈阳航空航天大学课程设计报告不恢复余数法的除法即加减交替法。在不恢复余数的除法阵列中，若前一行输出的符号与被除数的符号是一致的则这一行执行加法，如果不一致则这一行执行减法。当出现不够减时，部分余数相对被除数来说要改变符号。这时应该产生一个商位“0”，除数首先沿对角线右移，然后加到下一行的部分余数上，当部分余数不改变它的符号时，即产生商位“1”，下一行的操作应该是减法。本实验就是要求用加减交替法设计阵列

5、除法器。如下图1.2所示的就是用加减交替法设计的阵列除法器，图中每一个方框代表一个CAS单元，除数为Y0Y1Y2Y3Y4；被除数为X0X1X2X3X4。其中X0和Y0是被除数和除数的符号位，均为零，商的符号恒为零，商为0.S1S2S3S4，余数为0.000YU1YU2YU3YU4YU5。被除数由顶部一行和最右边的对角线上的垂直输入线来提供，除数沿对角线方向进入阵列。由控制信号P来决定此行作加法还是除法，当P=0时，CAS作加法运算；当P=1时，CAS作减法运算。1.2设计思路在本实验中要求输入得除数和被除数数据位均为四位，并用加减交替法来设计这个阵列除法器。这个

6、可以用CAS单元所组成的流水阵列来实现，四位数据位加上一个符号位，一个五位除五位的加减交替除法阵列由5×5个CAS单元组成，其中两个操作数均为正。流水逻辑框图如上图1.2所示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具有完全的开放特性，系统提

7、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-12-沈阳航空航天大学课程设计报告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Xilin

8、x公司的可编程期间开发工