"计算机组成原理课程设计报告:阵列乘法器设计"

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《计算机组成原理阵列乘法器课程设计报告》是由计算机学院的唐健峰和黄亚军共同完成的一份报告。该报告是针对计算机组成原理课程中的4位乘法整列设计的课程项目。该课程设计旨在帮助学生深入理解计算机组成原理中的乘法运算,并通过实际的设计和实现过程来提高他们的实践能力。在教师的指导下,唐健峰和黄亚军成功完成了这个项目,展示了他们在计算机科学与技术领域的扎实知识和技能。 在该课程设计中,学生们首先学习了计算机组成原理中的乘法器原理和阵列乘法器的设计思想。通过对各种乘法器的结构和算法进行分析和比较,他们深入了解了乘法运算在计算机中的重要性和应用场景。在此基础上,唐健峰和黄亚军开始了他们的设计工作,通过对乘法器的功能和性能要求进行详细分析,他们设计并实现了一个高效的4位乘法整列。他们考虑了乘法器的结构、功能模块的划分和数据通路的设计,最终完成了一个符合要求的乘法器设计。 除了设计和实现阵列乘法器,唐健峰和黄亚军还对他们的设计进行了测试和优化。他们编写了测试用例,并通过仿真和实验验证了乘法器的正确性和性能。在测试过程中,他们发现了一些问题并对其进行了调整和改进,最终使乘法器达到了预期的效果。通过这一过程,他们不仅加深了对乘法器设计原理的理解,还提高了对计算机组成原理课程内容的实际运用能力。 在整个课程设计过程中,唐健峰和黄亚军充分展现了他们的团队合作能力和技术水平。他们相互配合,共同分工,有效地完成了设计任务。同时,他们还充分发挥了自己的创造力和解决问题的能力,不断探索和尝试,最终取得了成功。通过这个课程设计项目,他们不仅提高了自己的专业知识水平,还培养了实践能力和团队协作意识,为他们未来在计算机科学与技术领域的发展奠定了良好的基础。 综上所述,《计算机组成原理阵列乘法器课程设计报告》是一份成功的设计项目,通过这个项目,唐健峰和黄亚军深入学习和实践了计算机组成原理中的乘法器设计原理,提高了实践能力和团队协作能力。他们的努力和成果不仅丰富了自己的专业知识,还为未来的学习和发展打下了坚实的基础。希望他们在今后的学习和工作中能够继续保持努力和创新精神,取得更大的成就。
2023-05-28 上传
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:阵列乘法器的设计与实现 院(系):计算机学院 专 业:计算机科学与技术 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 完成日期:2014年1月10日 目 录 第1章 总体设计方案 1 1.1 设计原理 1 1.2 设计思路 2 1.3 设计环境 3 第2章 详细设计方案 3 2.1 总体方案的设计与实现 4 2.1.1总体方案的逻辑图 4 2.1.2器件的选择与引脚锁定 4 2.1.3编译、综合、适配 5 2.2功能模块的设计与实现 5 2.2.1 一位全加器的设计与实现 6 2.2.2 4位输入端加法器的设计与实现 7 2.2.3 阵列乘法器的设计与实现 10 第3章 硬件测试 13 3.1 编程下载 13 3.2 硬件测试及结果分析 13 参考文献 15 附 录(电路原理图) 16 第1章 总体设计方案 1.1 设计原理 阵列乘法器采用类似人工计算的方法进行乘法运算。人工计算方法是用乘数的每一位去 乘被乘数,然后将每一位权值对应相加得出每一位的最终结果。如图1.1所示,用乘数的 每一位直接去乘被乘数得到部分积并按位列为一行,每一行部分积末位与对应的乘数数 位对齐,体现对应数位的权值。将各次部分积求和,即将各次部分积的对应数位求和即 得到最终乘积的对应数位的权值。 为了进一步提高乘法的运算速度,可采用大规模的阵列乘法器来实现,阵列乘法器的乘 数与被乘数都是二进制数。可以通过乘数从最后一位起一个一个和被乘数相与,自第二 位起要依次向左移一位,形成一个阵列的形式。这就可将其看成一个全加的过程,将乘 数某位与被乘数某位与完的结果加上乘数某位的下一位与被乘数某位的下一位与完的结 果再加上前一列的进位进而得出每一位的结果,假设被乘数与乘数的位数均为4位二进制 数,即m=n=4,A×B可用如下竖式算出,如图1.1所示。 X4 X3 X2 X1 =A × Y4 Y3 Y2 Y1 =B X4Y1 X3Y1 X2Y1 X1Y1 X4Y2 X3Y2 X2Y2 X1Y2 X4Y3 X3Y3 X2Y3 X1Y3 (进位) X4Y4 X3Y4 X2Y4 X1Y4 Z8 Z7 Z6 Z5 Z4 Z3 Z2 Z1 图1.1 A×B计算竖式 X4 ,X3 ,X2 ,X1 ,Y4 ,Y3 ,Y2 ,Y1为阵列乘法器的输入端,Z1- Z8为阵列乘法器的输出端,该逻辑框图所要完成的功能是 实现两个四位二进制既A(X)*B(Y)的乘法运算,其计算结果为C(Z) (其中A(X)=X4X3X2X1 ,B(Y)=Y4Y3Y2Y1,C(Z)=Z8Z7Z6Z5Z4Z3Z2Z1而且输入和输出结果均用二进制表示 )。阵列乘法器的总原理如图1.2所示。 图1.2 阵列器的总原理图 2 设计思路 (1)整体部分:阵列乘法器采用的是先逐位求解部分积,本课程设计要完成X与Y的乘法 运算(X=X4X3X2X1,Y=Y4Y3Y2Y1), 采用自上而下的设计方法,顶层设计采用8输入和8输出的一个自设置芯片,芯片部封装 16个模块,构成4×4的乘法阵列,如图1.3所示,阵列的每一行送入乘数Y的每一位数位, 而各行错开形成的每一斜列则送入被乘数的每一数位。 图 1.3 阵列乘法器4×4阵列 单元部分:设计整体框图中的每一个细胞模块实现的功能是计算部分积和向高位的进位 。 (3)仿真部分:将整个电路连接好以后即可进行仿真,用以验证设计是否正确。主 要需要仿真的部分有:一位全加器、4输入加法器以及整体电路图。 (4)采用硬件描述语言进行电路设计并实现给定的功能,设计的原理图经编译、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。 阵列乘法器是由十六个模块组成,每一个模块构包括一个与门和一位全加器。具体的各 个模块的设计在模块设计中一一呈现。 1.3 设计环境 (1)硬件坏境:伟福COP2000型计算机组成原理实验仪、XCV200实验板、微机。具体 容如下: COP2000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。 XCV200实验板:在COP2000 实验仪中的FPGA 实验板主要用于设计性实验和课程设计实验,它的核心器件是20 万门XCV200 的FPGA 芯片。用FPGA 实验板可设计8 位16 位和32 位模型机 (2)软