定点补码加法器的设计

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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：定点补码加法器的设计院（系）：专业：班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：目录第1章总体设计方案21.1设计原理21.2设计思路31.3设计环境4第2章详细设计方案62.1顶层方案图的设计与实现62.1.1器件的选择与引脚锁定62.1.2编译、综合、适配72.2功能模块的设计与实现7.2.1求补模块的设计与实现72.2.2加法器模块的设计与实现10第3章仿真与调试12第4章编程下载与硬件测试134.1编程下载134.2硬件测试与结果分析13参考文献15附录（程序清单或电路原理图）16-16--16-第1章总体设计方

2、案第1章总体设计方案1.1设计原理用两个原码输入，将其改变为补码进行加法运算,这样负数用补码表示后，就可以和正数一样来处理。这样，运算器里只需要一个加法器就可以了，不必为了负数的加法运算,再配一个加法器。补码加法公式是[x]补+[y]补=[x+y]补可分四种情况来证明。本实验采用了定点整数表示，因此证明了先决条件是：

3、x

4、<(2n-1),

5、y

6、<(2n-1),

7、x+y

8、<(2n-1)（1）x>0,y>0,则x+y>0.相加的两个数都是正数，顾其和也一定是正数。正数的补码和源码是一样的，根据数据补码定义可得：[x]补+[y]补=x+y=[x+y]补（2）x>0,y<0,则x+y

9、>0或x+y<0.相加的两个数一个为正数，一个为负数，因此相加的结果为正负两种可能。根据补码定义可得：[x]补=x,[y]补=2n+1+y[x]补+[y]补=x+2n+1+y=2n+1+(x+y)=[x+y]补（3）x<0,y>0,则x+y>0或x=y<0.这种情况和第二种情况一样，把x和y的位置对调即得证。（4）x<0,y<0,则x+y<0。相加两个数都是负数，则其和也一定是负数。[x]补=2n+1+x,[y]补=2n+1+y[x]补+[y]补==2n+1+(2n+1+x+y)=2n+1+(2n+1+x+y)=[x+y]补公式说明，在模2意义下，任意两数的补码之和等于两个数

10、之和的补码。这是补码加法的理论基础。-16-第1章总体设计方案其原理框图如图1.1所示原码求补模块原码求补模块原码输入B求补模块原码输入A输出结果CALU图1.1原理框图1.2设计思路本课设要求控制信号可以采用外部开关输入或用VHDL语言编写的控制器输出的控制信号，其他部分可以调用系统资源库中的器件；必须用基本的逻辑门实现，然后封装，实现两个8位数相加，其中包括以为符号位，采用原码输入；根据具体要求先对八位二进制数利用对2求补器的拓展实现8位的求补，其中符号位可以直接输出计算，不参与求补过程。然后通过两个四位的加法器实现两个二进制数的求和。最后通过求补器转换成正确的结果，达到

11、课设要求。-16-第1章总体设计方案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

12、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（如图1.2所示）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。设计入口工具包括原理图编辑器、有限状态机编辑器、硬件描述语言（

13、HDL）编辑器、LogiBLOX模块生成器、Xilinx内核生成器等软件。其功能是：接收各种图形或文字的设计输入，并最终生成网络表文件。设计实现工具包括流程引擎、限制编辑器、基片规划器、FPGA编辑器、FPGA写入器等软件。设计实现工具用于将网络表转化为配置比特流，并下载到器件。设计验证工具包括功能和时序仿真器、静态时序分析器等，可用来对设计中的逻辑关系及输出结果进行检验，并详尽分析各个时序限制的满足情况。•COP2000集成调试软件-16-第1章总体设计方案COP2000集成开发环境是为COP2000