现代计算机组成原理——乘法器设计
乘法器设计方法
乘法器设计方法
乘法器是计算机中用于执行乘法运算的重要组件之一。
乘法器的设计方法可以分为以下几种:
1. 基于模2乘法的乘法器设计方法:此方法利用数字电路中的“与门”和“异或门”等基本逻辑门来实现乘法运算。
根据乘法的位运算特性,可以将乘法拆分成各位上的与门和异或门操作,然后通过级联这些门来实现完整的乘法运算。
2. 基于部分积累加法的乘法器设计方法:该方法利用部分积和累加的方式来实现乘法运算。
乘法器将两个操作数拆分成若干部分积,然后进行部分积的累加,最终得到乘法结果。
这种设计方法可以提高乘法器的运算速度和效率。
3. 基于Booth编码的乘法器设计方法:此方法利用Booth编码技术来减少乘法器中的部分积个数,从而减少乘法器的规模和功耗。
Booth编码是一种通过对数字进行编码来表示正负数的方法,利用Booth编码可以将乘法运算转化为模2加法运算,从而简化乘法器的设计和实现。
4. 基于乘法查找表的乘法器设计方法:该方法利用事先生成好的乘法查找表来实现乘法运算。
乘法查找表中存储了所有可能的乘法结果,通过查表即可得到运算结果。
这种设计方法在少位数乘法中具有较高的速度和效率。
5. 基于并行结构的乘法器设计方法:此方法利用并行计算的原理,将乘法运算过程中的各个部分并行处理,以提高乘法器的
运算速度。
这种设计方法常用于乘法器的优化和高速运算要求较高的场合。
以上是乘法器的一些常见设计方法,具体的设计方法选择应根据实际需求和应用场景来确定。
计算机组成原理实验_乘法器
数学与计算机学院计算机组成原理实验报告年级08信计学号2008431066 姓名刘泽隶实验地点主楼528 指导教师陈昊实验项目运算器部件实验乘法器实验日期2010-11-10一、实验目的理解并掌握乘法器的原理。
二、实验原理(1)从右到左用乘数的每一位乘以被乘数,每一次乘得的中间结果比上一次的结果往左移一位。
(2)积的位数比被乘数和乘数的位数要多得多。
如果忽略符号位,n位的被乘数和m位的乘数相乘的结果的位数有(m+n)位。
每一位的乘法:(1)如果乘数位是1,则简单的复制被乘数到合适的位置(1*被乘数);(2)如果乘数位是0,则在合适的位置置0。
三、实验步骤(1) 打开QuartusⅡ,参照3.4节,安装ByteBlasterⅡ。
(2) 将子板上的JTAG端口和PC机的并行口用下载电缆连接。
打开实验台电源。
(3) 执行Tool->Progmmer命令,将Hamming.sof下载到FPGA中。
SOF(SRAMobject file)类型的文件是一种课下载到FPGA中的目标文件。
注意在执行Programmer命令中,英在program/configure下的方框中打钩,然后下载。
(4) 在实验台上通过模式开关选择FPGA-CPU独立调试模式010。
(5)将开关CLKSEL拨到0,将短路子DZ3短接且短路子DZ4断开,使FPGA-CPU所需要的时钟使用正单脉冲时钟。
四、实验现象本实验实现4位数的Booth乘法(有符号数乘法)输入输出规则对应如下:(1)输入的4位被乘数md3~md0对应开关SD11~SD8。
(2)输入的4位乘数mr3~mr0对应开关SD3~SD0。
(3)按单脉冲按钮,输入脉冲,也即节拍。
(4)乘积productp8-p0,对应灯A8-A0。
(5)当计算结束时,final信号为1,对应灯A7。
如表所示的booth算法运算过程,4位乘法一共需要0-8共9个小步骤计算出结果,本实验也是通过9个小步骤实现的,通过按单脉冲按钮输入脉冲,观察积寄存器的变化,掌握booth乘法器的原理。
4位乘法器的设计
4位乘法器的设计乘法器是计算机中非常重要的组成部分,用于实现数字乘法运算。
在设计4位乘法器时,需要考虑到多个方面,如计算的准确性、速度和功耗等。
本文将详细探讨4位乘法器的设计原理、逻辑电路实现以及性能分析。
1.乘法器的基本原理乘法操作是通过将被乘数与乘数一位一位地相乘,再将各位的结果相加得到最终的乘积。
因此,4位乘法器的设计需要考虑到每一位乘法的计算和结果的累加。
2.乘法器的逻辑电路实现2.14位乘法器的简单实现最简单的方法是采用两个4位二进制数相乘的定义,即将每一位的乘积相加得到最终的结果。
这可以通过4个并行的与门和一些全加器来实现。
具体的逻辑电路图如下所示:A0───────┐┌─────A1───────┤├─────A2───────┤├─────A3───────┤├─────AND0 OR0 CoutB0───────┐│B1───────┤XOR0B2───────┤B3───────┘从上图可以看出,A0到A3和B0到B3分别作为输入,经过与门得到各位的乘积,然后通过一系列的全加器将乘积相加得到最终结果。
在这种设计中,每个位的计算之间是并行的,因此可以快速得到乘法运算的结果。
2.2优化的4位乘法器上述简单实现的4位乘法器虽然能够实现乘法运算,但其性能方面存在一些不足。
为了提高性能,可以采用更复杂的逻辑电路设计。
一种常见的优化方法是使用布斯加算器(Booth's Algorithm)来实现乘法运算。
这种方法通过将乘法运算转化为位移和加减运算来减少乘法的次数,从而提高性能。
具体的实现方法如下:1)将被乘数和乘数拓展到5位,比特位B4作为符号位,初始值为0。
2)将被乘数拓展为4位乘子,乘数拓展为5位乘数。
3)初始化中间结果为0。
4)迭代循环4次进行乘法运算,每次进行下面的步骤:-如果乘数的最低位和符号位相同,什么都不做。
-如果乘数的最低位为0且前一位为1,将乘数和被乘数相加。
-如果乘数的最低位为1且前一位为0,将乘数和被乘数相减。
计算机组成原理乘法器和除法器课程设计
哈尔滨理工大学课程设计(计算机组成原理)题目:简单模型机指令系统的设计班级:姓名:指导教师:系主任:2017年03月10日计算机组成原理(课程设计)设计过程情况表目录1.课程设计的目的 (1)2.课程设计的任务 (1)3.课程设计所用设备及所需资料 (1)4.设计内容 (1)4.1设计原理 (1)4.1.1总体概述 (1)4.1.2模型机的寻址方式 (2)4.1.3模型机微指令系统的特点 (2)4.2设计过程与步骤................................................................. 错误!未定义书签。
4.2.1. 模拟乘法除法的原理 (4)4.2.2.对应算法分配硬件 (8)4.2.3设计全新的指/微指令系统 (10)4.3设计结果及分析 (12)4.3.1汇编语言程序 (12)4.3.2程序执行跟踪 (13)5心得体会 (16)1.课程设计的目的1.在实验机上设计机器指令及对应的微指令(微程序),从而进一步掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系;2. 通过控制器的微程序设计,综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机系统的概念;3. 培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。
2.课程设计的任务针对COP2000实验仪,首先通过综合实验了解该模型机微程序控制器原理(主要指熟悉该模型机指令/微指令系统的详细情况),然后以实现二进制乘法和除法运算功能为应用目标,在COP2000的集成开发环境下,设计全新的指令系统并编写对应的微程序;并编写并运行实现乘法和除法的程序进行设计的验证。
3.课程设计所用设备及所需资料1. COP2000实验系统2. PC机( COP2000仿真软件)3. COP2000计算机组成原理实验仪说明书4.设计内容4.1设计原理4.1.1总体概述COP2000模型机包括了一个标准CPU所具备所有部件,这些部件包括:运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM,以及中断控制电路、跳转控制电路。
乘法器的工作原理
乘法器的工作原理
乘法器是一种用于实现数字乘法运算的电路或器件。
它将两个输入的数字进行相乘,并得到其乘积作为输出。
乘法器的工作原理基于逻辑门电路的组合与串联。
乘法器通常是由多个部分组成的,其中包括乘法器的位数、运算规则以及乘法器内部的逻辑门电路。
这些部分协同工作以实现精确且高效的乘法运算。
在一个典型的乘法器中,输入信号将首先被分为不同的位数。
每一位数将被独立处理,并最终合并以得到最终的乘积结果。
每个位数的处理过程包括了多个逻辑运算,例如与门、或门和异或门。
为了完成乘法运算,乘法器将两个输入位进行逐位相乘。
这里的位可以是二进制位,也可以是十进制位。
逐位相乘的方法可以通过一系列的逻辑门电路来实现。
这些逻辑门电路可以对输入位进行操作,并生成相乘位的输出。
在乘法器中,最低有效位(LSB)的运算最先进行。
在相邻的
位运算完成后,它们的结果会被以并行的方式传递给下一位的运算。
这样一直进行到最高有效位(MSB)的运算完成。
最后,所有位的乘法结果会被整合在一起,形成最终的乘积。
乘法器的性能取决于其位数和逻辑门电路的设计。
更高的位数会产生更精确的乘法结果,但也会增加乘法器的复杂性和功耗。
因此,在设计乘法器时需要权衡精确性和性能之间的关系。
总之,乘法器是一种通过组合逻辑门电路来实现数字乘法运算的电路或器件。
它将输入信号分解为不同的位数,并使用逻辑门电路逐位相乘。
最后,将每个位的乘法结果合并在一起,得到总体的乘积输出。
计算机组成原理阵列乘法器课程设计报告
.课程设计.教学院计算机学院课程名称计算机组成原理题目4位乘法整列设计专业计算机科学与技术班级2014级计本非师班姓名唐健峰同组人员黄亚军指导教师2016 年10 月 5 日1 课程设计概述1.1 课设目的计算机组成原理是计算机专业的核心专业基础课。
课程设计属于设计型实验,不仅锻炼学生简单计算机系统的设计能力,而且通过进行设计及实现,进一步提高分析和解决问题的能力。
同时也巩固了我们对课本知识的掌握,加深了对知识的理解。
在设计中我们发现问题,分析问题,到最终的解决问题。
凝聚了我们对问题的思考,充分的锻炼了我们的动手能力、团队合作能力、分析解决问题的能力。
1.2 设计任务设计一个4位的二进制乘法器:输入信号:4位被乘数A(A1,A2,A3,A4), 4位乘数B(B1,B2,B3,B4),输出信号:8位乘积q(q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8).1.3 设计要求根据理论课程所学的至少设计出简单计算机系统的总体方案,结合各单元实验积累和课堂上所学知识,选择适当芯片,设计简单的计算机系统。
(1)制定设计方案:我们小组做的是4位阵列乘法器,4位阵列乘法器主要由求补器和阵列全加器组成。
(2)客观要求要掌握电子逻辑学的基本内容能在设计时运用到本课程中,其次是要思维灵活遇到问题能找到合理的解决方案。
小组成员要积极配合共同达到目的。
2 实验原理与环境2.1 1.实验原理计算机组成原理,数字逻辑,maxplus2是现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
用乘数的每一位去乘被乘数,然后将每一位权值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,将各次部分积求和得到最终的对应数位的权值。
计算机组成原理课程设计定点原码一名乘法器的设计
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:定点原码一名乘法器的设计院(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章整体设计方案 (1)设计原理 (1)设计环境 (2)第2章详细设计方案 (3)顶层方案图的设计与实现 (3)创建顶层图形设计文件 (3)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)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)仿真调试 (13)第3章编程下载与硬件测试 (16)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章整体设计方案设计原理原码一名乘,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=,Y=,计算乘积X*Y。
*00001100110011000.在计算时,逐次按乘数每1位上的值是1仍是0,决定相加数取被乘数的值仍是取零值,而且相加数逐次向左偏移1位,最后一路求积。
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,就与上次部份积相加每次计算时,相加数逐次向左偏移一名,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。
部份积右移时,乘数寄放器同时右移一名,所以用乘数寄放器的最低位来控制相加数取被乘数或零,同时乘数寄放器接收部份积右移出来的一名,完成运算后,部份积寄放器保留乘积的高位部份,乘数寄放器中保留乘积的低位部份。
按照人工算法可以知道,原码一名乘法的整体设计应包括乘数寄放器,被乘数寄放器,移位电路,控制器,部份积五大模块,包括一个输入、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。
乘法器工作原理
乘法器工作原理
乘法器是一种电子设备,用于实现两个数字(或模拟)信号的乘法运算。
其工作原理可以简单地描述如下:
1. 输入信号:乘法器通常有两个输入端,分别用于接收待相乘的数字信号A和B。
2. 位展开:乘法器将输入信号A和B进行位展开操作,即将
每一个输入位(或字节)进行分离和独立处理。
这可以通过触发器、逻辑门电路等实现。
3. 部分乘积计算:对每一对输入位进行乘法运算,并将结果存储在部分乘积寄存器中。
这可以通过加法器电路来实现,其中每一个乘积被加到累加器中。
4. 乘积累加:将所有的部分乘积相加得到最终的乘积结果。
这可以通过多级加法器电路来实现。
一般来说,乘法器采用树形结构或布斯-舍乘法算法(Booth's algorithm)来提高计算效率。
5. 结果输出:输出端给出乘法运算的结果。
根据需求,这个结果可以是数字信号,模拟电压或电流等形式。
乘法器的工作原理可以根据底层电路和算法的不同而有所变化。
现代的乘法器采用复杂的电路设计和优化算法,以实现更高的运算速度和精度。
乘法运算电路设计
乘法运算电路设计通常涉及到模拟或数字电路设计。
这里提供一种基于数字电路设计的简单示例,说明如何设计一个二进制乘法器。
一、二进制乘法器设计
1. 设计原理:
假设有两个两位的二进制数A1 A0和B1 B0,它们相乘的结果是Y3 Y2 Y1 Y0。
这个设计基于基本的二进制乘法原理。
2. 逻辑电路图:
根据乘法的定义,可以归纳出输出4位二进制数与输入的两位二进制数之间的逻辑关系,并据此设计逻辑电路图。
3. 仿真波形图:
通过仿真测试,验证设计的正确性。
二、硬件乘法器电路设计
1. 设计思路:
利用硬件箱自带的16进制码发生器,通过对应的键控制输出4位2进制构成的1位16进制码,数的范围是0000~1111,即
0H~FH。
每按键一次,输出递增1,输出进入目标芯片的4位2进制数将显示在该键对应的数码管。
2. 乘数和被乘数的输入模块:
将16进制码的A~F码设计成输出为null,减少无用码的输入。
3. 程序设计:
利用移位相加的方法简化程序。
以上是一个简单的乘法运算电路设计的概述,具体的电路设计还需要根据实际需求和条件进行优化和调整。
计算机组成原理 原码乘法器
计算机组成原理原码乘法器
计算机组成原理中,原码乘法器是一种常见的电路设计。
原码乘法器可以用来进行二进制的乘法运算,它是计算机中常用的数字运算电路之一。
原码乘法器可以处理多个输入数据,并生成一个输出结果。
在电路设计中,原码乘法器通常包括多个模块,如部分积模块、加法器模块、移位器模块等。
这些模块可以组成一个完整的原码乘法器电路。
原码乘法器的工作原理是将输入数据转换为二进制形式,然后利用加法器和移位器等模块进行运算,最终得到输出结果。
原码乘法器的设计需要考虑电路的速度、功耗、面积等因素,同时还需考虑乘法器的精度和误差等问题。
在现代的计算机中,原码乘法器通常被优化为更加高效的电路结构,例如Booth乘法器、Wallace乘法器、Array乘法器等。
这些优化的乘法器可以大大提升计算机的运算速度和效率,使计算机能够更加高效地进行数字运算。
- 1 -。
组成原理课设阵列乘法器
组成原理课设阵列乘法器在现代科技的发展中,计算机和电子设备的性能提升日新月异。
而在这些设备中,乘法器是一个至关重要的组成部份。
乘法器的性能直接影响到整个系统的运算速度和效率。
因此,设计一个高效且可靠的乘法器是组成原理课程中的一项重要任务。
一、乘法器的基本概念乘法器是一种用于实现两个数相乘的电子电路。
在计算机中,乘法器的作用是进行大量的乘法运算,从而实现复杂的计算任务。
乘法器通常由多个逻辑门和触发器组成,其内部结构可以分为串行乘法器和并行乘法器两种类型。
二、串行乘法器的原理串行乘法器是一种逐位相乘的乘法器,它将两个数的每一位进行相乘,并将结果相加得到最终的乘积。
串行乘法器的原理可以通过以下步骤来说明:1. 将两个数的每一位进行相乘,得到部份积。
2. 将部份积与进位相加,得到新的部份积。
3. 重复以上步骤,直到所有位数都相乘完毕。
4. 将所有的部份积相加,得到最终的乘积。
串行乘法器的优点是结构简单,适合于小规模的乘法运算。
但是由于乘法运算是逐位进行的,所以串行乘法器的运算速度较慢。
三、并行乘法器的原理并行乘法器是一种同时进行多位乘法运算的乘法器,它可以大大提高乘法运算的速度。
并行乘法器的原理可以通过以下步骤来说明:1. 将两个数的每一位进行相乘,得到部份积。
2. 将所有的部份积同时进行相加,得到最终的乘积。
并行乘法器的优点是运算速度快,适合于大规模的乘法运算。
但是由于并行乘法器的结构复杂,所以其设计和实现难度较大。
四、阵列乘法器的原理阵列乘法器是一种基于并行乘法器的乘法器,它通过将乘法运算分解成多个子运算,并将这些子运算并行进行,从而提高乘法运算的速度。
阵列乘法器的原理可以通过以下步骤来说明:1. 将两个数的每一位进行相乘,得到部份积。
2. 将所有的部份积按照位数进行罗列,形成一个二维矩阵。
3. 将矩阵中的每一行进行相加,得到每一位的乘积。
4. 将所有的乘积相加,得到最终的乘积。
阵列乘法器的优点是结构简单、运算速度快,适合于大规模的乘法运算。
8位乘法器设计范文
8位乘法器设计范文1.乘法器的基本原理乘法器的基本原理是通过将两个数中的每一位进行相乘,得到部分乘积,然后将所有部分乘积相加得到最终的乘积。
以两个8位数A和B相乘为例,可以将A的每一位与B的每一位相乘,然后将部分乘积相加,得到一个16位的结果。
2.乘法器的电路结构一种常见的8位乘法器电路结构是使用一位乘法器和8位加法器组合而成。
这种结构可以将乘法操作分解为多个阶段,简化电路设计。
首先,使用一个一位乘法器对A的每一位分别与B的所有位进行相乘,得到8个部分乘积。
然后,使用8位加法器将这些部分乘积相加,得到最终的乘积。
3.一位乘法器的设计一位乘法器是8位乘法器的基本组成部分。
它是一个计算两个单独位的乘法结果的电路。
常见的一位乘法器实现方法包括使用门电路、Karnaugh图和有限状态机等。
3.1使用门电路的一位乘法器设计一位乘法器可以通过使用与门、或门和非门来实现。
基本原理是将两个输入位相与得到部分乘积的低位,然后使用或门和非门对部分乘积和进位进行处理,得到最终的乘积位和进位位。
3.2 使用Karnaugh图的一位乘法器设计Karnaugh图是一种按照二进制输入和输出函数绘制的图表。
它可以帮助分析和简化布尔代数函数。
使用Karnaugh图可以快速绘制并简化一位乘法器的逻辑电路。
3.3使用有限状态机的一位乘法器设计有限状态机是一种具有有限个状态和状态转移规则的模型。
可以使用有限状态机模型来描述和实现一位乘法器的行为。
这种设计方法可以更好地描述一位乘法器的状态转移关系,但也需要更复杂的控制电路。
4.8位乘法器的实现使用一位乘法器的设计方法,可以将乘法器分为两个阶段:部分乘积生成和部分乘积相加。
首先,使用8个一位乘法器对A的每一位与B的每一位进行相乘,得到8个部分乘积。
然后,使用8位加法器将这些部分乘积相加,得到最终的乘积。
这个设计方法的优点是每个一位乘法器可以独立并行地进行计算,提高了计算效率。
而且,部分乘积生成和部分乘积相加可以分别设计和优化,使得整个乘法器的电路结构更清晰。
计算机组成原理原码以为乘法器课程设计
计算机组成原理原码以为乘法器课程设计简介本文档将介绍一个基于计算机组成原理的原码以为乘法器的课程设计。
乘法器是计算机中非常重要的一部分,其作用是实现数字乘法运算,是各种计算任务中必不可少的核心组件之一。
本课程设计旨在通过设计一个原码以为乘法器的电路,深入理解计算机组成原理的相关知识,并实践其中的原理和技术。
设计目标本课程设计的主要目标是实现一个8位原码以为乘法器电路,并能正确计算输入数字的乘积。
具体的设计目标包括以下几点:1.实现一个基于原码的乘法器电路。
2.支持8位输入数字的乘法运算。
3.保证电路的稳定性和正确性。
4.使用仿真软件验证电路设计的正确性。
设计原理选择使用原码作为乘法器的运算方式,是因为原码运算相对简单,并且易于理解。
原码运算直接对数字进行操作,不需进行补码转换,简化了计算过程。
乘法器的原理是将两个二进制数进行部分积的计算,然后将部分积相加得到最终的乘积。
在原码乘法器中,需要注意以下几点:1.正负数的处理:对于原码乘法器,正负数的处理是不同的。
正数的原码与补码一致,而负数的原码与补码相反。
因此,在乘法器的设计中,需要对输入的数字进行符号位判断,然后分别处理正数和负数。
2.部分积的计算:乘法器将两个数字的每一位进行相乘,然后将部分积相加得到最终的乘积。
在计算部分积时,需要进行位移操作和进位判断,以确保计算的正确性。
电路设计本课程设计的电路采用逻辑门的组合方式进行实现。
以下是电路设计的主要步骤:输入端口设计一个8位的并行输入端口,用于输入两个8位的原码数字。
每个输入都包含一个符号位和7个数据位。
符号位处理根据输入的符号位进行判断,如果两个输入的符号位相同,则输出结果的符号位为正,否则为负。
使用逻辑门进行判断,并将结果存储在一个标志位中。
部分积计算按位遍历两个输入数字的数据位,将每一位进行相乘,并根据位移规则将乘积结果相加得到部分积。
使用逻辑门和触发器进行位移和加法计算。
部分积相加将所有部分积相加得到最终的乘积结果。
计算机组成原理-定点补码阵列乘法器(3x3)实验报告
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:定点补码阵列乘法器的设计院(系):专业:班级:学号:姓名:指导教师:完成日期:目录总体设计方案 (2)1.1 设计原理 (2)1.2 设计环境 (2)详细设计方案 (2)2.1 实验仪器及元件: (2)2.2 实验内容: (3)2.3 实验过程及结果记录: (3)2.4 实验结果分析: (4)总结 (5)3.1 思考: (5)3.2 收获总结: (5)总体设计方案1.1 设计原理乘法原理:两位乘法器的逻辑表达式:1.2 设计环境EDA环境:MAX+PLUSⅡ软件详细设计方案2.1 实验仪器及元件:4个INPUT 为A B C D;6个AND2;一个非门;一个XOR;4个OUTPUT2.2 实验内容:1.通过真值表设计一个两位乘法器;2.构造运行两位乘法器的仿真波形。
2.3 实验过程及结果记录:1、为设计乘法器新建一个文件夹作工作库,文件夹名不可用中文和空格;2、在MAX+PLUS II新建一个设计文件,选择打开原理图编辑器,然后双击空白处“Enter Symbol”输入各个实验所需元件,将所需元件连接起来形成两位乘法器原理图;3、将设计项目设置成工程文件(PROJECT);4、对工程文件进行编译、综合和适配等操作,编译后可能会有错误或警告的提醒,没有就证明原理图正确可用。
选择波形编辑器文件进行时序仿真,将相应的信号节点输入进去,并选择END TIME调试5、整仿真时间区域,两位乘法器选择800us比较合适,根据实验指导书的波形图我们调整出四个输入信号的电平,运行仿真器可得对应的四个输出引脚的波形;下面是本次实验我得出的两位乘法器仿真波形:为了精确测量乘法器输入与输出波形间的延时量,可打开时序分析器。
2.4 实验结果分析:根据两位乘法器的原理来看运行出来的乘法器波形图可以看到,当原理图准确无误的时候,输入信号A、B、C、D调整到所需的高、低电平,运行时序仿真后出来的Q1、Q2、Q3、Q4与原理是相一致的,即Q0=BD、Q1=(AD)异或(BC)、Q2=(AC)与(BD与非)、Q3=ABCD,ABCD 间的运算则与数字乘法运算一致,遇0为0,,1*1为1。
计算机组成与设计(六)——乘法器
计算机组成与设计(六)——乘法器乘法的运算过程⼈们⽇常习惯的乘法是⼗进制,但计算机实现起来不⽅便。
⾸先,需要记录9x9乘法表,每次相乘去表中找结果;其次,将竖式相加也不⽅便。
但⼆进制却⼗分⽅便,冯·诺伊曼在《关于ENDVAC的报告草案》中说“⼆进制可以极⼤简化乘法和除法运算。
尤其是对于乘法,不再需要⼗进制乘法表,也不需要两轮的加法”。
⼆进制乘法运算过程观察这个式⼦,可以发现我们并不需要乘法表,如果乘数位为0,就在中间过程中全补零,如果乘数位为1,就在中间过程补被乘数。
运算过程的进⼀步调整按照上⾯那种计算的话,需要⼤量的空间来存储中间结果,还要⽤⼀个空间存储积。
其实,不难发现,每个中间结果最后都加在乘积上,我们可以将中间结果保存在乘积中,每次⽤中间结果更新乘积,运算结束时,乘积⾥⾯放的就是正确的乘积。
上⾯说直接对乘积加上被乘数是不准确的,为了满⾜对齐要求,只需将被乘数左移。
这样,我们得到了⼀个适合硬件实现的乘法运算过程。
乘法的实现实现结构以4-bit数为例,(1000)2 + (1001)2 = (1001000)2具体流程初始化,将Multiplier = 1001,将Multiplicand的低4为设为1000,⾼4位补零,Product = 0.检查乘数寄存器的最低位,如果为1,将被乘数寄存器加到乘积寄存器中,此时控制信号会给加法器⼀个信号,给乘积寄存器写信号,等到下⼀个上升沿到来时,会将运算的结果存到乘积寄存器中。
如果为0,不管。
同时给被乘数寄存器左移信号,给乘数寄存器右移信号,也是在下⼀个时钟上升沿起作⽤。
检测是否经历4次循环最终的结果如下:4位的过程对N位同样有效。
N位的流程图乘法的优化1观察上⾯N位乘法器的流程图,由于每次信号要等到⼀个时钟上升沿才起作⽤,所以1a、2、3过程各⽤⼀个周期。
其实这三个过程可以并列执⾏,就降为⼀个周期了。
乘法的优化2(⾯积优化)⾯积优化就是指减少不必要的硬件资源。
乘法器电路设计
乘法器电路设计1.引言在现代电子系统中,乘法器作为一种基本算术运算单元,广泛应用于信号处理、控制系统、通信等领域。
乘法器电路的设计直接关系到系统的性能、功耗和成本。
因此,对乘法器电路设计进行深入研究和优化具有重要意义。
本文将对乘法器的工作原理、电路实现以及性能优化进行详细阐述。
2.乘法器的工作原理乘法器的基本功能是将两个二进制数相乘,输出它们的积。
在二进制数中,每一位都表示一个权值,从低位到高位分别为2的0次方、2的1次方、2的2次方等。
因此,将两个二进制数相乘的过程可以看作是将其中一个数的每一位与另一个数相乘,然后相加得到最终结果。
为了实现这一功能,乘法器电路可以分为两部分:数据选择器和加法器。
数据选择器负责选择两个输入数中的每一位,并根据该位的权值将其相乘得到部分积。
加法器则将这些部分积相加得到最终结果。
具体来说,当乘数的一位为1时,与其对应的被乘数将被加到加法器的输入端;当乘数的一位为0时,加法器的输入端保持不变。
3.乘法器电路的实现根据上述工作原理,乘法器电路的实现可以采用多种方法。
其中,基于查找表(LUT)的方法是一种常用的实现方式。
LUT是一种存储固定输入和对应输出的存储器,通过查找表中的地址来获取相应的输出值。
在乘法器电路中,LUT 可以存储预先计算好的部分积,根据输入的乘数和被乘数的每一位,直接输出相应的部分积,从而避免了重复计算。
这样能够大大减小乘法器的硬件开销和计算时间,提高运算效率。
除了基于LUT的方法外,还可以采用其他实现方式,如组合逻辑电路、流水线乘法器和阵列乘法器等。
这些实现方式各有优缺点,需要根据具体应用场景和性能要求进行选择。
4.乘法器电路的性能优化为了提高乘法器的性能,可以从多个方面进行优化。
首先,可以采用高性能的触发器和数据总线来提高信号传输速度和降低功耗。
其次,可以优化查找表的地址编码方式,以减少存储空间和提高查询速度。
此外,可以通过采用并行处理技术来加快运算速度,例如将多个输入同时送入LUT中进行查找。
组成原理课设阵列乘法器
组成原理课设阵列乘法器一、引言阵列乘法器是一种常用的数字电路,用于实现乘法运算。
在计算机和其他数字系统中,乘法运算是一项基本操作,因此阵列乘法器具有广泛的应用。
本文将详细介绍阵列乘法器的组成原理、工作原理和设计要点。
二、组成原理阵列乘法器由多个乘法单元组成,每个乘法单元负责一位乘法运算。
常见的阵列乘法器有二进制乘法器和十进制乘法器两种。
1. 二进制乘法器二进制乘法器采用二进制数的乘法算法,将乘法运算分解为多个位的乘法运算。
每个乘法单元由两个输入端和一个输出端组成。
输入端分别连接两个乘数的对应位,输出端连接乘积的对应位。
乘法单元内部采用逻辑门电路实现乘法运算。
2. 十进制乘法器十进制乘法器采用十进制数的乘法算法,将乘法运算分解为多个位的乘法运算。
每个乘法单元由四个输入端和两个输出端组成。
输入端分别连接两个乘数的对应位,输出端连接乘积的对应位。
乘法单元内部采用BCD码(二进制编码的十进制数)和逻辑门电路实现乘法运算。
三、工作原理阵列乘法器的工作原理与乘法运算的原理相同。
以二进制乘法器为例,假设有两个乘数A和B,每个乘数的位数为n。
阵列乘法器将乘法运算分解为n个位的乘法运算,每个位的乘法运算由一个乘法单元完成。
1. 二进制乘法器(1) 初始化:将所有乘法单元的输出置为0。
(2) 逐位运算:从最低位到最高位,依次对A和B的对应位进行乘法运算,并将结果累加到乘法单元的输出上。
(3) 输出结果:将所有乘法单元的输出按位连接起来,得到最终的乘积。
2. 十进制乘法器(1) 初始化:将所有乘法单元的输出置为0。
(2) 逐位运算:从最低位到最高位,依次对A和B的对应位进行乘法运算,并将结果累加到乘法单元的输出上。
同时,将进位信号传递给下一位的乘法单元。
(3) 输出结果:将所有乘法单元的输出按位连接起来,得到最终的乘积。
四、设计要点设计阵列乘法器时需要考虑以下几个要点:1. 乘法单元的选择:根据乘法运算的需求,选择合适的乘法单元。
组成原理 阵列乘法器设计实验
组成原理阵列乘法器设计实验《计算机组成原理》专业,学号,学生姓名,实验日期,实验三一、实验名称,阵列乘法器设计实验二、实验目的,1. 掌握乘法器的原理及其设计方法。
2. 熟悉CPLD 应用设计及EDA 软件的使用。
三、实验设备,PC 机一台,TD-CMA 实验系统一套,排线若干。
四、实验内容,1. 阵列乘法器的工作原理,掌握阵列乘法器的设计方法.2.正确将电路原理图下载到试验箱中.3.正确通过实验箱连线实现4位二进制数的相乘并得到正确结果五、实验原理,硬件乘法器常规的设计是采用“串行移位”和“并行加法”相结合的方法,这种方法并不需要很多的器件,然而“加法-移位”的方法毕竟太慢。
随着大规模集成电路的发展,采用高速的单元阵列乘法器,无论从计算机的计算速度,还是从提高计算效率,都是十分必要的。
阵列乘法器分带符号和不带符号的阵列乘法器,本次实验只讨论不带符号阵列乘法。
高速组合阵列乘法器,采用标准加法单元构成乘法器,即利用多个一位全加器(FA)实现乘法运算。
对于一个4 位二进制数相乘,有如下算式:这个4 × 4 阵列乘法器的原理如图1-3-1 所示。
FA(全加器)的斜线方向为进位输出,竖线方向为和输出。
图中阵列的最后一行构成了一个串行进位加法器。
由于FA 一级是无需考虑进位的,它的进位被暂时保留下来不往前传递,因此同一极中任意一位FA 加法器的进位输出与和输出几乎是同时形成的,与“串行移位”相比可大大减少同级间的进位传递延迟,所以送往最后一行串行加法器的输入延迟仅与FA 的级数(行数)有关,即与乘数位数有关。
本实验用CPLD 来设计一个4×4 位加法器,且全部采用原理图方式实现。
六、实验步骤,(1) 根据上述阵列乘法器的原理,使用Quartus II 软件编辑相应的电路原理图并进行编译,其在EPM1270 芯片中对应的引脚如图1-3-2 所示,框外文字表示I/O 号,框内文字表示该引脚的含义。
组成原理课设阵列乘法器
组成原理课设阵列乘法器一、引言阵列乘法器是计算机中常用的数字电路之一,用于高速乘法运算。
本文将详细介绍组成原理课设阵列乘法器的设计原理、架构和实现方法。
二、设计原理阵列乘法器的设计原理基于乘法运算的基本规则,即将两个数的每一位相乘并相加得到最终结果。
具体来说,阵列乘法器将一个数拆分成多个部分,然后与另一个数的每一位相乘,最后将所有部分的乘积相加得到结果。
三、架构设计1. 输入和输出阵列乘法器的输入包括两个乘数和一个控制信号,输出为乘积。
乘数通常采用二进制表示,控制信号用于控制乘法器的工作模式。
2. 乘法单元乘法单元是阵列乘法器的核心组成部分,用于实现乘法运算。
每个乘法单元可以将两个二进制位相乘得到一个部分乘积,并将其输出给加法器。
3. 加法器加法器用于将所有部分乘积相加得到最终的乘积结果。
可以采用串行加法器或并行加法器,具体选择取决于设计需求和性能要求。
4. 控制逻辑控制逻辑用于生成控制信号,控制乘法器的工作模式。
常见的控制信号包括启动信号、停止信号和清零信号等。
四、实现方法1. 基于门电路的实现方法基于门电路的实现方法是最基础的方法,可以使用与门、或门和非门等基本逻辑门电路来实现乘法器的各个组成部分。
这种方法的优点是简单直观,适用于小规模的乘法器设计。
2. 基于逻辑单元的实现方法基于逻辑单元的实现方法使用逻辑单元来实现乘法器的各个组成部分。
逻辑单元可以是半加器、全加器或者其他逻辑门的组合。
这种方法的优点是灵活性高,适用于大规模的乘法器设计。
3. 基于专用芯片的实现方法基于专用芯片的实现方法使用现成的数字集成电路芯片来实现乘法器。
例如,可以使用FPGA(现场可编程门阵列)来实现乘法器的功能。
这种方法的优点是高度集成化,可以提高设计的效率和性能。
五、总结组成原理课设阵列乘法器是一项重要的设计任务,本文详细介绍了阵列乘法器的设计原理、架构和实现方法。
通过合理选择设计方法和优化电路结构,可以实现高效、稳定的阵列乘法器。
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现代计算机组成原理实验学号 1115108052姓名詹炳鑫班级电子2班华侨大学电子工程系现代计算机组成原理实验一.程序CfqLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY cfq ISGENERIC (n:INTEGER:=5;m:INTEGER:=9);PORT(clock,resetn,start: IN STD_LOGIC;x,y : IN STD_LOGIC_VECTOR(n DOWNTO 1);p : OUT STD_LOGIC_VECTOR(m DOWNTO 1);done : OUT STD_LOGIC);END cfq;ARCHITECTURE ONE OF cfq ISSIGNAL ry : STD_LOGIC_VECTOR(n DOWNTO 1);SIGNAL pp : STD_LOGIC_VECTOR(m+1 DOWNTO 0);SIGNAL state: INTEGER RANGE 0 TO 5;BEGINmulyiply: PROCESS(resetn, clock)VARIABLE temp: STD_LOGIC_VECTOR(n+1 DOWNTO 1);BEGINIF resetn='0' THENry <= (OTHERS=>'0');pp <= (OTHERS=>'0');state <= 0;done <= '0';ELSIF clock'EVENT AND clock ='1' THENCASE state ISWHEN 0 =>ry <= y;pp <= "00000"&x&'0';IF start = '1' THENstate <= 1;END IF;WHEN 5 =>IF pp(1 DOWNTO 0)="01" THENtemp:=(pp(m+1)&PP(m+1 DOWNTO n+1))+(ry(n)&ry);ELSIF PP(1 DOWNTO 0)="10" THENtemp:=(pp(m+1)&PP(m+1 DOWNTO n+1))+NOT(ry(n)&ry)+1;ELSEtemp:=(pp(m+1)&PP(m+1 DOWNTO n+1));END IF;p<=temp(n DOWNTO 1)&PP(n DOWNTO 2);done <= '1';state <= 0;WHEN OTHERS =>IF pp(1 DOWNTO 0)="01" THENtemp:=(pp(m+1)&PP(m+1 DOWNTO n+1))+(ry(n)&ry);ELSIF PP(1 DOWNTO 0)="10" THENtemp:=(pp(m+1)&PP(m+1 DOWNTO n+1))+NOT(ry(n)&ry)+1;ELSEtemp:=(pp(m+1)&PP(m+1 DOWNTO n+1));END IF;pp<=temp&PP(n DOWNTO 1);state <= state+1;END CASE;END IF;END PROCESS;END ONE;Cfq-tb-- Copyright (C) 1991-2011 Altera Corporation-- Your use of Altera Corporation's design tools, logic functions-- and other software and tools, and its AMPP partner logic-- functions, and any output files from any of the foregoing-- (including device programming or simulation files), and any-- associated documentation or information are expressly subject-- to the terms and conditions of the Altera Program License-- Subscription Agreement, Altera MegaCore Function License-- Agreement, or other applicable license agreement, including,-- without limitation, that your use is for the sole purpose of-- programming logic devices manufactured by Altera and sold by-- Altera or its authorized distributors. Please refer to the-- applicable agreement for further details.-- *************************************************************************** -- This file contains a Vhdl test bench template that is freely editable to-- suit user's needs .Comments are provided in each section to help the user-- fill out necessary details.-- *************************************************************************** -- Generated on "03/10/2011 16:48:18"-- Vhdl Test Bench template for design : cfq---- Simulation tool : ModelSim-Altera (VHDL)--LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;ENTITY cfq_tb ISEND cfq_tb;ARCHITECTURE cfq_arch OF cfq_tb ISCOMPONENT cfqPORT(clock,resetn,start: IN STD_LOGIC;x,y : IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 1);p : OUT STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 1);done : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;SIGNAL clock : STD_LOGIC:='0';SIGNAL done : STD_LOGIC:='0';SIGNAL p : STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 1):="000000000";SIGNAL resetn : STD_LOGIC:='0';SIGNAL start : STD_LOGIC:='0';SIGNAL x : STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 1):="00001";SIGNAL y : STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 1):="00011";CONSTANT CLK_P : TIME := 10 ns;BEGINi1 : cfqPORT MAP (-- list connections between master ports and signalsclock => clock,done => done,p => p,resetn => resetn,start => start,x => x,y => y);PROCESS --产生时钟信号进程,没有敏感信号,永久自动启动进程BEGINclock <= '0'; --CLK首先输出0,30ns后输出1 W AIT FOR CLK_P;clock <= '1';W AIT FOR CLK_P; --30ns后返回END PROCESS;resetn <= '0','1' AFTER 25 ns;start <= '0','1' AFTER 45 ns, '0' AFTER 155 ns;END cfq_arch;二.仿真结果:1*3-1*3-1*-31*-3总。