计算机组成原理阵列乘法器的设计.docx

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：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

TOC\o"1-3"\h\zHYPERLINK\l_Toc28784第1章总体设计方案 PAGEREF_Toc287841
HYPERLINK\l_Toc86421.1设计原理 PAGEREF_Toc86421
HYPERLINK\l_Toc189571.2设计思路 PAGEREF_Toc189572
HYPERLINK\l_Toc247221.3设计环境 PAGEREF_Toc247223
HYPERLINK\l_Toc25153第2章详细设计方案 PAGEREF_Toc251533
HYPERLINK\l_Toc294842.1总体方案的设计与实现 PAGEREF_Toc294844
HYPERLINK\l_Toc34462.1.1总体方案的逻辑图 PAGEREF_Toc34464
HYPERLINK\l_Toc273012.1.2器件的选择与引脚锁定 PAGEREF_Toc273014
HYPERLINK\l_Toc218522.1.3编译、综合、适配 PAGEREF_Toc218525
HYPERLINK\l_Toc151342.2功能模块的设计与实现 PAGEREF_Toc151345
HYPERLINK\l_Toc210142.2.1一位全加器的设计与实现 PAGEREF_Toc210146
HYPERLINK\l_Toc180842.2.24位输入端加法器的设计与实现 PAGEREF_Toc180847
HYPERLINK\l_Toc215662.2.3阵列乘法器的设计与实现 PAGEREF_Toc2156610
HYPERLINK\l_Toc22863第3章硬件测试 PAGEREF_Toc2286313
HYPERLINK\l_Toc318583.1编程下载 PAGEREF_Toc3185813
HYPERLINK\l_Toc308433.2硬件测试及结果分析 PAGEREF_Toc3084313
HYPERLINK\l_Toc7861参考文献 PAGEREF_Toc786115
HYPERLINK\l_Toc15602附录（电路原理图） PAGEREF_Toc1560216


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。
X4X3X2X1=A
×Y4Y3Y2Y1=B
X4Y1X3Y1X2Y1X1Y1
X4Y2X3Y2X2Y2X1Y2
X4Y3X3Y3X2Y3X1Y3
(进位)X4Y4X3Y4X2Y4X1Y4
Z8Z7Z6Z5Z4Z3Z2Z1
图1.1A×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。

X1Z1
X2Z2
X3Z3
X4Z4
Y1Z5
Y2Z6
Y3Z7
Y4Z8

图1.2阵列器的总原理图
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=Y4