定点补码一位乘法器地设计.doc

沈阳航空航天大学 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：定点补码一位乘法器的设计 院（系）：计算机学院 专 业：计算机科学与技术 班 级学 号：2008040101002 姓 名：边爽 指导教师：曹一鹏 完成日期：2011年1月14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 4 第2章 详细设计方案 5 2.1 顶层方案图的设计与实现 5 2.1.1创建顶层图形设计文件 5 2.1.2器件的选择与引脚锁定 6 2.1.3编译、综合、适配 7 2.2 功能模块的设计与实现 7 2.2.1 取补模块的设计与实现 7 2.2.2选择器模块的设计与实现 9 2.2.3 乘数补码移位寄存器模块的设计与实现 12 2.2.4 部分积移位寄存器模块的设计与实现 14 2.2.5加法器模块的设计与实现 16 2.3 仿真调试 16 第3章 编程下载与硬件测试 19 3.1编程下载 19 3.2 硬件测试及结果分析 19 参考文献 22 附 录（电路原理图） 23 第1章 总体设计方案 1.1 设计原理 由于机器都采用补码做加减运算，所以设计补码乘法器能避免码制转换，提高机器效率。在计算两个补码相乘时，可以通过Booth算法来实现定点补码一位乘的功能。布斯(Booth)算法采用相加和相减的操作计算补码数据的乘积Booth算法对乘数从低位开始判断，根据两个数据位的情况决定进行加法、减法还是仅仅移位操作。 (1) 被乘数一般取双符号位参加运算。 (2) 乘数可取单符号位以决定最后一步是否需要校正，即是否加。 (3) 乘数末位增设附加位，且初值为0。部分积初始值为0。 (4) 被乘数[x]补乘以对应的相邻两位乘数（）之差值，再与前部分积累加，然后右移一位（乘2-1），形成该步的部分积累加和。与构成各步运算的判断值，以决定如何操 作，见图1.1Booth算法操作说明： 图1.1 Booth算法操作说明 (5)按照上述算法进行n+1步操作，但第n+1步不再移位，仅根据与的比较结果作相应的运算即可。 1.2 设计思路 课程设计的要求为： （1）采用原码值输入，乘数和被乘数皆为8位。 （2）设计的电路应该包括ALU，被乘数寄存器，乘数寄存器，部分积寄存器，门电路和移位电路。 课程设计的思路为： 由于课程设计要求采用原码值输入，就需要设计一个原码值取反码的电路模块，同时只对符号位取反同时也可以实现求。 实现Booth算法需添加附加位，并将其初始值置零，此操作通过外部输入来实现的。 Booth算法在运算中要将部分积初始值置零，此操作是通过给FD寄存器的清零端一个高电平的脉冲信号，使寄存器的数据全部为0，即输出的部分积 取乘数末尾两位来判断，为00、11则部分积加0，为01则部分积加被乘数的补码，为10则部分积加乘数相反数的补码。为了实现此操作，需要设计一个二输入四输出选择器及选择电路。 乘数逻辑右移一位，部分积算术右移一位，并用乘数最高位存放部分积溢出的位。此功能的实现，分别设计了乘数移位寄存器，以及部分积移位寄存器。 依次反复直到原乘数部分只剩下最后两位，由于最后一次只运算不移位，所以在输出时要在部分积移位之前输出结果。 加统一的时钟信号，保持各部件同步工作。 定点补码一位乘法器的设计总框图如图1.2所示；定点补码一位乘法器的设计流程图如图1.3所示。 图1.2 定点补码一位乘法器设计总框图 图1.3 定点补码一位乘法器设计流程图 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 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 ?Xilinx foundation f3.1设计软件