加减交替阵列除法器设计与实现

"沈阳航空航天大学计算机科学与技术专业的学生罗丹在指导教师施国君的指导下，完成了关于阵列除法器的课程设计报告。该报告详细介绍了如何设计一种基于加减交替的不恢复余数阵列除法器，旨在提高除法运算的速度和效率。" 阵列除法器是一种在数字电路中实现高效除法的硬件结构，它通过并行计算多个位来加速除法过程。在计算机组成原理中，阵列除法器的设计是一个关键的组成部分，因为它直接影响到处理器的算术运算性能。本设计主要关注的是不恢复余数阵列除法器，这种类型的除法器利用了一个可控制的加法/减法单元（CAS），可以在加法和减法之间快速切换，以适应不同的运算需求。 阵列除法器的工作原理依赖于CAS单元，它有四个输入和四个输出。输入包括被除数（Ai）、除数（Bi）、进位输入（Ci）以及一个控制信号（P）。当P为0时，CAS单元执行加法操作；当P为1时，执行减法操作。CAS单元的输入输出关系可以通过一系列逻辑方程来描述，这些方程可以转换为加法器或减法器的运算规则。 在不恢复余数的除法中，加减交替法是核心策略。部分余数根据前一步的符号与被除数符号是否相同来决定执行加法还是减法。如果部分余数需要改变符号（即不够减），意味着当前商位应为0，除数会右移一位，相当于被除数左移，并加到下一行的部分余数上。如果部分余数符号不变，则上商位为1，下一行的操作应为减法。 设计过程包括了顶层方案图的创建、器件选择与引脚锁定、功能模块的设计和仿真调试等步骤。在硬件实现阶段，需要将设计编程下载到相应的芯片中，并进行硬件测试以验证其正确性和性能。报告中详细记录了这些步骤，提供了电路原理图作为辅助理解。 这个课程设计不仅展示了阵列除法器的基本设计原理，还涵盖了从概念到实际硬件实现的完整流程。对于学习计算机组成原理的学生而言，这是一个深入理解硬件除法运算机制和数字逻辑设计的实践案例。通过这样的设计，学生能够掌握如何使用逻辑门、触发器等基本元件构建复杂的数字系统，同时也能理解并行处理在提高计算效率方面的重要性。