计算机组成原理课程设计-定点原码一位乘法器的设计.docVIP

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：定点原码一位乘法器的设计 院（系）：计算机学院 专 业： 班 级：4401102 学 号：208 姓 名： 指导教师： 完成日期：  目 录 第1章 总体设计方案 1 1.1 设计原理 1 1.2 设计环境 2 第2章 详细设计方案 3 2.1 顶层方案图的设计与实现 3 2.1.1创建顶层图形设计文件 3 2.1.2器件的选择与引脚锁定 4 2.2 第二层模块的设计与实现 5 2.3 功能模块的设计与实现 5 2.3.1移位模块的设计与实现 5 2.3.2 乘数移位模块的设计与实现 7 2.3.3选择模块的设计与实现 9 2.3.4 控制模块的设计与实现 11 2.3.5 其他模块的设计与实现 13 2.4 仿真调试 13 第3章 编程下载与硬件测试 16 3.1 编程下载 16 3.2 硬件测试及结果分析 16 参考文献 17 附 录（电路原理图） 18 第1章 总体设计方案 1.1 设计原理 原码一位乘，两个原码数相乘，其乘积的符号为相乘两数符号的异或值，数值则为两数绝对值之积。 例：X=0.1100，Y=0.1110，计算乘积X*Y。 0.1100 * 0.1110 0000 1100 1100 1100 0在计算时，逐次按乘数每1位上的值是1还是0，决定相加数取被乘数的值还是取零值，而且相加数逐次向左偏移1位，最后一起求积。 由于在计算机内多个数据一般不能同时相加，一次加法操作只能求出两数之和，因此每求得一个相加数，就与上次部分积相加每次计算时，相加数逐次向左偏移一位，由于最后的乘积位数是乘数（被乘数）的两倍，因此加法器也需增到两倍。部分积右移时，乘数寄存器同时右移一位，所以用乘数寄存器的最低位来控制相加数取被乘数或零，同时乘数寄存器接收部分积右移出来的一位，完成运算后，部分积寄存器保存乘积的高位部分，乘数寄存器中保存乘积的低位部分。 根据人工算法可以知道，原码一位乘法的整体设计应包括乘数寄存器，被乘数寄存器，移位电路，控制器，部分积五大模块，包含一个输入、输出、控制器模块，并作为顶层设计，以上五大模块作为底层设计，采用硬件器件设计实现。 因此，可以得出以下原理框图设计如图1.1所示： 图1.1 原码一位乘的逻辑电路框图 如上逻辑框图1.1中所示，其中B为被乘数寄存器，用来存放被乘数，C为乘数寄存器，用来存放乘数并且移位，A为部分积寄存器，存放每次相加并移位后的数据，ALU加法器实现加法操作，移位电路用来对相加后的数据作移位处理，计数器控制移位次数和输出结果。 1.2 设计环境 ·硬件环境：伟福COP2000型计算机组成原理实验仪、XCV200实验板、微机； ·EDA环境：Foundation f3.1设计软件。该设计由设计入口工具,设计实现工具,验证工具三大部分组成.入口工具包括原理图设计,有限状态编辑器,硬件描述语言编辑器等。 第2章 详细设计方案 2.1 顶层方案图的设计与实现 顶层方案图实现原码一位乘的逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，电路实现基于XCV200可编程逻辑芯片。在完成原理图的功能设计后，把输入/输出信号安排到XCV200指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。 2.1.1创建顶层图形设计文件 顶层图形文件由一个运算器模块组成，乘数X[7：0]，被乘数Y[7：0]，符号位XA，YA，脉冲CLK，清零端CLR，打入端LOAD，结果OUT[16：0]，顶层图设计如下： 图2.1 原码一位乘顶层图形文件结构 2.1.2器件的选择与引脚锁定 （1）器件的选择 由于硬件设计环境是基于伟福COP2000型计算机组成原理实验仪和XCV200实验板，故采用的目标芯片为Xlinx XCV200可编程逻辑芯片。另外，在这次的设计中还有的涉及Verilog语言编程。 （2）引脚锁定 把顶层图形文件中的输入/输出信号安排到Xlinx XCV200芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及Xlinx XCV200芯片引脚对应关系如表2.1所示。 表2.1 信号和芯片引脚对应关系 图形文件中的输入/输出信号 XCV200芯片引脚 X[0] P47 X[1] P48 X[2] P49 X[3] P50 X[4] P53 X[5] P54 X[6] P55