用硬件描述语言设计浮点乘法器（原码一位乘法）课程设计

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1、计算机科学与工程学院题目全称：用硬件描述语言设计浮点乘法器（原码一位乘法）课程名称：计算机组成原理指导老师：职称：序号学生姓名学号班号成绩12345678910（注：学生姓名填写按学生对该课程设计的贡献及工作量由高到底排列，分数按排名依次递减。序号排位为“1”的学生成绩最高，排位为“10”的学生成绩最低。》指导老师评语：指导签字:摘要硬件乘法器，其基础就是加法器结构，它已经是现代计算机中必不可少的一部分。其大致可分为定点乘法器和浮点乘法器。其中浮点数的格式较定点数格式复杂，硬件实现的成木较高，完成一次浮点四则运算的时间也比定点运算要长。但浮点数比定

2、点数的表示范围更宽，有效精度更高，因此更适合科学与工程计算的需要。但要求计算精度较高时，往往采用浮点运算。浮点乘法器设计（原码一位乘法）模型就是基于“移位和相加”的算法，设浮点数A=2"AE*AM，B=2"BE*BM，则AXB=2"（AE+BE）•（AMXBM）,即阶码相加，尾数相乘。其运算步骤可以简单的归为（1）检测能否简化操作，并罝结果数符（2）阶码和加（3）尾数和乘（4）乘积规格化等。木论文第一章讲述了该课程设计的研宄背景及意义及其理论依据和实验基础、课题的难点、重点、核心问题及方向。第二章重点讲述了原码一位乘法实现浮点乘法器设计的原理、操作

3、流程及课程设计实验数据和结果关键词：浮点乘法器、原码一位乘法、阶码、尾数目录第1章课题背景31.1研究背景31.1.1国内外的研究现状31.1.2理论依据和实验基础41.2课题的难点、重点、核心问题及方向41.3研究目的和意义5第2章课题的需求分析62.1课题对应软硬件系统的性能62.2业务流程62.3其他需求7第3章课题的设计与实现83.1课程设计的理论基础83.2开发工具简介83.2.1硬件部分83.2.2软件部分83.3课程设计的框架和流程图83.4课程设计的实现103.4.1创建工程103.4.2设计输入103.4.3约束（引脚绑定）123

4、.4.4综合123.4.5123.4.6下载143.4.7开始测试143.516第4章结束语17第1章课题背景1.1研究背景1.1.1国内外的研究现状今日由于科技的突飞猛进，使得在一个小小的晶片上，能够容纳上百万的电晶体。然而市场的需求日新月异，所以在像以前那种用gate-level的时代，己经完全不能使用，所以必须借助电脑及高阶的语言来模拟其行为模式。于是，在这吋有了AHDL语言,没想到AHDL威力强大，从高阶的电脑行为模式到gate-level的方式都可以使用。再加上从模拟结束后在烧到FPGA上，这样的设计方式大大缩短丫时间，怪不得现今的工业会

5、以AHDL为一种幵发的标准。而在快速乘法的发展过程中，冇两个人做出聊重要贡献，1951年，Booth提出有符号数相乘可以通过将乘数两位一乘，从而将部分积减少到N/2个，Booth的方法被MacSorley于1961年和1964年进行一步扩展，称为改进的Booth编码，另一个人是Wallae，他于1964年指出使用“华莱士树”的机制，可以将乘数的复杂度变成log(2/3)N。遵守IEEE754标准的浮点乘法器与定点乘法器相比，不仅要进行阶码运算,而II其尾数部分的运算也冇所不同，IEEE单精度浮点乘法的尾数部分运算，是将两个24位的无符号数二进制数相

6、乘，得到一个24位的无符号数，屮间需要进行舍入和规格化操作，相对而言，IEEE双精度浮点乘法的尾数部分的计算较为复杂，要将两个53位的无符号二进制数相乘，得到一个53位的乘积。在此过程屮，如果使用最简单的移位加的策略将产生53个部分积，而改进Booth编码只需要很少的逻辑就可以将部分积的数量减少为27,每一个54位宽(53位加上Booth编码后有可能产生的一位扩展位)，接下来的工作是对这些部分积进行相加，得到最后的结果。采用的方法可以分为阵列和树型结构，己有文献研究了两种结构的优劣，得出树型结构在延迟、面积以及布局布线等方面均要优于阵列结构的结论。

7、目前，浮点乘法器不仅应用在许多数学信号处理器屮，而且广泛的应用于通用微处理器屮。浮点乘法的操作主要包括单、双精度操作，它们将若干个部分积累加得到乘积。与TEEE754标准兼容的浮点乘法操作，还应包括对乘积的正确舍入，对阶码的必要调整，以及产生符合实际情况的例外位。另外，对于嵌入到现代处理器屮的浮点乘法部件，大多数还要求具有流水结构、面积小丑速度快。1.1.2理论依据和实验基础浮点数表示法是一种相似于科学记号的格式，主要分成两个部分，一个称为有效数(matissa’thesignificandandfractionpart);另一个称为指数(expo

8、nent’characteristic)。在此，我们利用二进制数表示法来表示负的脊效数和指数，我们用N表示浮点数的值、F表