组成原理课程设计报告(浮点数加法器
上海大学verilog设计32位浮点加法器设计
32位浮点加法器设计摘要：浮点数具有数值范围大，表示格式不受限制的特点，因此浮点数的应用是非常广泛的。
浮点数加法运算比较复杂，算法很多，但是为了提高运算速度，大部分均是基于流水线的设计结构。
本文介绍了基于IEE754标准的用Verilog 语言设计的32位浮点加法器，能够实现32位浮点数的加法运算。
虽然未采用流水线的设计结构但是仍然对流水线结构做了比较详细的介绍。
关键字：浮点数，流水线，32位浮点数加法运算，Verilog 语言设计32-bit floating point adder designCao Chi,Shen Jia- qi,Zheng Yun-jia(School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai ,China ) Abstract://沈佳琪搞定Key words ：float; Assembly line; 32-bit floating-point adder 浮点数的应用非常广泛，无论是在计算机还是微处理器中都离不开浮点数。
但是浮点数的加法运算规则比较复杂不易理解掌握，而且按照传统的运算方法，运算速度较慢。
因此，浮点加法器的设计采用了流水线的设计方法。
32位浮点数运算的摄入处理采用了IEE754标准的“0舍1入”法。
1. 浮点数的介绍在处理器中，数据不仅有符号，而且经常含有小数，即既有整数部分又有小数部分。
根据小数点位置是否固定，数的表示方法分为定点表示和浮点表示。
浮点数就是用浮点表示法表示的实数。
浮点数扩大了数的表示范围和精度。
浮点数由阶符、阶码E 、数符、尾数N 构成。
任意一个二进制数N 总可以表示成如下形式：N=。
通常规定：二进制浮点数，其尾数数字部分原码的最高位为1，叫作规格化表示法。
因此，扩大数的表示范围，就增加阶码的位数，要提高精度，就增加尾数的位数。
32位浮点加法器设计
32位浮点加法器设计32位浮点加法器是一种用于计算机中的算术逻辑单元(ALU)，用于执行浮点数的加法运算。
它可以将两个32位浮点数相加，并输出一个32位的结果。
设计一个高效的32位浮点加法器需要考虑多个方面，包括浮点数的表示形式、运算精度、舍入方式、运算逻辑等。
下面将详细介绍32位浮点加法器的设计。
1.浮点数的表示形式：浮点数通常采用IEEE754标准进行表示，其中32位浮点数由三个部分组成：符号位、阶码和尾数。
符号位用来表示浮点数的正负，阶码用来表示浮点数的指数，尾数用来表示浮点数的小数部分。
2.运算精度：在浮点数加法运算中，精度是一个重要的考虑因素。
通常，浮点数加法器采用单精度（32位）进行设计，可以处理较为广泛的应用需求。
如果需要更高的精度，可以考虑使用双精度（64位）浮点加法器。
3.舍入方式：浮点数加法运算中，结果通常需要进行舍入处理。
常见的舍入方式有以下几种：舍入到最近的偶数、舍入向上、舍入向下、舍入到零。
具体的舍入方式可以根据应用需求来确定。
4.运算逻辑：浮点数加法运算涉及到符号位、阶码和尾数的加法。
首先，需要判断两个浮点数的阶码大小，将较小的阶码移到较大的阶码对齐，并相应调整尾数。
然后，将尾数进行相加并进行规格化处理。
最后，根据求和结果的大小，进行溢出处理和舍入操作。
在32位浮点加法器的设计中，还需要考虑到性能和效率。
可以采用流水线技术来提高运算速度，将加法运算划分为多个阶段，并在每个阶段使用并行处理来加速运算。
此外，还可以使用硬件加速器和快速逻辑电路来优化运算过程。
总结起来，设计一个高效的32位浮点加法器需要考虑浮点数的表示形式、运算精度、舍入方式、运算逻辑以及性能和效率。
在实际设计中，还需要根据具体应用需求进行功能扩展和优化。
通过合理的设计和调优，可以实现高性能的浮点加法器，满足不同应用场景的需求。
32位浮点数加法设计仿真实验报告
32位浮点数加法设计仿真实验报告名字：李磊学号：10045116 班级：1004221132位浮点数的IEEE-754格式单精度格式IEEE．754标准规定了单精度浮点数共32位，由三部分组成：23位尾数f，8位偏置指数e，1位符号位s。
将这三部分由低到高连续存放在一个32位的字里，对其进行编码。
其中[22：0]位包含23位的尾数f；[30：23]位包含8位指数e；第31位包含符号s{s[31],e[30:23],f[22:0]}其中偏置指数为实际指数+偏置量，单精度浮点数的偏置量为128，双精度浮点数的偏置量为1024。
规格化的数：由符号位，偏置指数，尾数组成，实际值为1.f乘2的E-128次方非规格化的数：由符号位，非偏置指数，尾数组成，实际值为0.f乘2的E次方特殊的数：0（全为零），+无穷大（指数全为1，尾数为0，符号位为0），-无穷大（指数全为1，尾数为0，符号位为1），NAN（指数全为1，尾数为不全为0）浮点数加法器设计设计思路：1.前端处理，还原尾数2.指数处理，尾数移位，使指数相等3.尾数相加4.尾数规格化处理5.后端处理，输出浮点数具体设计：设计全文：module flowadd(ix, iy, clk, a_en, ost,oz);input ix, iy, clk, a_en;output oz, ost;wire[31:0] ix,iy;reg[31:0] oz;wire clk,ost,a_en;reg[25:0] xm, ym, zm;reg[7:0] xe, ye, ze;reg[2:0] state;parameter start = 3'b000, //设置状态机zerock = 3'b001,exequal = 3'b010,addm = 3'b011,infifl = 3'b100,over = 3'b110;assign ost = (state == over) ? 1 : 0; /*后端处理，输出浮点数*/always@(posedge ost)beginif(a_en)oz <= {zm[25],ze[7:0],zm[22:0]};endalways@(posedge clk) //状态机begincase(state)start: //前端处理，分离尾数和指数，同时还原尾数beginxe <= ix[30:23];xm <= {ix[31],1'b0,1'b1,ix[22:0]};ye <= iy[30:23];ym <= {iy[31],1'b0,1'b1,iy[22:0]};state <= zerock;endzerock:beginif(ix == 0)begin{ze, zm} <= {ye, ym};state <= over;endelseif(iy == 0)begin{ze, zm} <= {xe, xm};state <= over;endelsestate <= exequal;endexequal: //指数处理，使得指数相等beginif(xe == ye)state <= addm;elseif(xe > ye)beginye <= ye + 1;ym[24:0] <= {1'b0, ym[24:1]};if(ym == 0)beginzm <= xm;ze <= xe;state <= over;endelsestate <= exequal;endelsebeginxe <= xe + 1;xm[24:0] <= {1'b0,xm[24:1]};if(xm == 0)beginzm <= ym;ze <= ye;state <= over;endelsestate <= exequal;endendaddm: //带符号位和保留进位的尾数相加beginif ((xm[25]^ym[25])==0)beginzm[25] <= xm[25];zm[24:0] <= xm[24:0]+ym[24:0];endelseif(xm[24:0]>ym[24:0])beginzm[25] <= xm[25];zm[24:0] <=xm[24:0]-ym[24:0];endelsebeginzm[25] <= ym[25];zm[24:0] <=ym[24:0]-xm[24:0];endze <= xe;state <= infifl;endinfifl: //尾数规格化处理beginif(zm[24]==1)beginzm[24:0] <= {1'b0,zm[24:1]};ze <= ze + 1;state <= over;endelseif(zm[23]==0)beginzm[24:0] <= {zm[23:0],1'b0};ze <= ze - 1;state <= infifl;endelsestate <= over;endover:beginstate<= start;enddefault:beginstate<= start;endendcaseendendmodule设计结果仿真仿真结果为41A00000H+41080000H=41E40000H41A00000H=10D,41080000H=4.25D,41E40000H=14.25D,验证成功。
用硬件描述语言设计浮点乘法器(原码一位乘法) 课程设计
计算机科学与工程学院课程设计报告题目全称：用硬件描述语言设计浮点乘法器（原码一位乘法）课程名称：计算机组成原理指导老师：职称：（注：学生姓名填写按学生对该课程设计的贡献及工作量由高到底排列，分数按排名依次递减。
序号排位为“1”的学生成绩最高，排位为“10”的学生成绩最低。
）指导老师评语：指导签字：摘要硬件乘法器，其基础就是加法器结构，它已经是现代计算机中必不可少的一部分。
其大致可分为定点乘法器和浮点乘法器。
其中浮点数的格式较定点数格式复杂，硬件实现的成本较高，完成一次浮点四则运算的时间也比定点运算要长。
但浮点数比定点数的表示范围更宽，有效精度更高，因此更适合科学与工程计算的需要。
但要求计算精度较高时，往往采用浮点运算。
浮点乘法器设计（原码一位乘法）模型就是基于“移位和相加”的算法，设浮点数A=2^AE·AM,B=2^BE·BM,则A×B=2^(AE+BE)·(AM×BM)，即阶码相加，尾数相乘。
其运算步骤可以简单的归为（1）检测能否简化操作，并置结果数符（2）阶码相加（3）尾数相乘（4）乘积规格化等。
本论文第一章讲述了该课程设计的研究背景及意义及其理论依据和实验基础、课题的难点、重点、核心问题及方向。
第二章重点讲述了原码一位乘法实现浮点乘法器设计的原理、操作流程及课程设计实验数据和结果关键词：浮点乘法器、原码一位乘法、阶码、尾数目录第1章课题背景 (3)1.1研究背景 (3)1.1.1国内外的研究现状 (3)1.1.2理论依据和实验基础 (4)1.2课题的难点、重点、核心问题及方向 (4)1.3研究目的和意义 (5)第2章课题的需求分析 (6)2.1 课题对应软硬件系统的性能 (6)2.2业务流程 (6)2.3其他需求 (7)第3章课题的设计与实现 (8)3.1课程设计的理论基础 (8)3.2开发工具简介 (8)3.2.1硬件部分 (8)3.2.2软件部分 (8)3.3课程设计的框架和流程图 (8)3.4课程设计的实现 (10)3.4.1创建工程 (10)3.4.2设计输入 (10)3.4.3约束（引脚绑定） (12)3.4.4综合 (12)3.4.5实现 (12)3.4.6 下载 (14)3. 4.7开始测试 (14)3.5结论 (16)第4章结束语 (17)第1章课题背景1.1研究背景1.1.1国内外的研究现状今日由于科技的突飞猛进，使得在一个小小的晶片上，能够容纳上百万的电晶体。
山东大学计算机组成原理课程设计实验报告
运算器结构如下图所示。R0、R1、R2 均为 D 触发器组成的八位寄存器，在打入 脉冲 CPRi 的作用下，接收数据输入端提供的信息送入 Ri 中。
μIR23-16 为微指令寄存器的高八位，可定义为操作数。进位信号 C0、打入脉冲 CPR0、CPR1、CPR2、M、S0、S1、S2、S3 均由微指令寄存器的 μIR8 和 μIR7--μIR0 产生。
算术逻辑运算单元 ALU 的设计
该部分中算术逻辑运算单元用两片 74LS181 芯片按如下图所示结构实现八位 组间串行进位运算器。
74LS181 功能表如下图所示。
5
计算机一班 鸿武 QQ:2420430689(2 号)
ALU 的实现电路图如下。
实验调试
将设计完成的电路图下载到 FPGA 中。按照前面所给的 74LS181 功能表编写 微指令，并写入到 ROM 中，微指令从 0 地址单元开始存放。
微程序控制的存储器读写系统设计............................................... 7 设计目的................................................................. 7 设计要求................................................................. 7 结构与信号索引........................................................... 8 微指令格式及微指令编制................................................... 8
微程序控制的运算器设计详细电路图 ........................................ 22 微程序控制的存储器读写系统设计详细电路图 ................................ 24 微程序设计模型机详细电路图.............................................. 25 硬布线控制的模型机详细电路图............................................ 34
汇编浮点数加法
汇编浮点数加法在计算机科学领域，浮点数加法是一种非常基础且重要的操作。
在汇编语言中，我们需要通过特定的指令集来完成浮点数加法运算。
本文将介绍汇编浮点数加法的原理和实现方法。
一、浮点数的表示方法在计算机中，浮点数采用科学计数法来表示。
一个浮点数通常由三部分组成：符号位、指数位和尾数位。
符号位表示浮点数的正负，指数位表示浮点数的位移量，尾数位表示浮点数的有效数字。
二、浮点数加法的原理浮点数加法的原理是将两个浮点数对齐，然后按照指数位的位移量进行移位，最后将尾数位相加得到最终的结果。
具体步骤如下：1. 判断两个浮点数的指数大小，并将指数较小的浮点数进行右移操作，使得两个浮点数的指数相等。
2. 将两个浮点数的尾数位相加，得到新的尾数位。
3. 对新的尾数位进行规格化处理，即将尾数位的小数点位置调整到合适的位置。
4. 对新的尾数位进行舍入处理，得到最终的尾数位。
5. 将指数位和尾数位组合成新的浮点数，并根据符号位确定最终结果的正负。
三、汇编浮点数加法的实现在汇编语言中，浮点数加法的实现需要使用特定的浮点数指令集。
以x86架构为例，常用的浮点数指令集包括FADD、FADDP、FADDS等。
这些指令可以直接对浮点数进行加法运算，并将结果存储到特定的寄存器中。
下面是一个简单的汇编代码示例，用于实现两个浮点数的加法运算：```assemblysection .datafloat1 dd 3.14float2 dd 2.71result dd ?section .textglobal _start_start:fld dword [float1] ; 将float1加载到浮点数寄存器ST(0)fadd dword [float2] ; 将float2与ST(0)中的值相加，并将结果存储到ST(0)fstp dword [result] ; 将ST(0)中的值存储到result中; 其他操作...mov eax, 1 ; 退出程序int 0x80```在上面的代码中，我们首先将浮点数float1加载到浮点数寄存器ST(0)中，然后使用fadd指令将浮点数float2与ST(0)中的值相加，最后使用fstp指令将ST(0)中的值存储到result中。
加法器实验报告
加法器实验报告加法器实验报告随着社会一步步向前发展，报告与我们的生活紧密相连，报告具有双向沟通性的特点。
在写之前，可以先参考范文，以下是小编为大家整理的加法器实验报告，仅供参考，大家一起来看看吧。
加法器实验报告1一、实验目的1、了解加法器的基本原理。
掌握组合逻辑电路在Quartus Ⅱ中的图形输入方法及文本输入方法。
2、学习和掌握半加器、全加器的工作和设计原理3、熟悉EDA工具Quartus II和Modelsim的'使用，能够熟练运用Vrilog HDL语言在Quartus II下进行工程开发、调试和仿真。
4、掌握半加器设计方法5、掌握全加器的工作原理和使用方法二、实验内容1、建立一个Project。
2、图形输入设计：要求用VHDL结构描述的方法设计一个半加器3、进行编译，修改错误。
4、建立一个波形文件。
（根据真值表）5、对该VHDL程序进行功能仿真和时序仿真Simulation三、实验步骤1、启动QuartusⅡ2、建立新工程NEW PROJECT3、设定项目保存路径＼项目名称＼顶层实体名称4、建立新文件Blok Diagram/Schematic File5、保存文件FILE /SAVE6、原理图设计输入元件符号放置通过EDIT>SYMBOL插入元件或点击图标元件复制元件转动元件删除管脚命名PINNAME元件之间连线（直接连接，引线连接）7、保存原理图8 、编译：顶层文件设置，PROJECT>Set as TopLevel开始编译processing>Start Compilation编译有两种：全编译包括分析与综合（Analysis&Synthesis）、适配(Fitter)、编程（assembler）时序分析（Classical Timing Analysis）4个环节，而这4个环节各自对应相应菜单命令，可单独发布执行也可以分步执行9 、逻辑符号生成FILECreat/update>create Symbol File forCurrent File10 、仿真建立仿真wenjian添加需要的输入输出管脚设置仿真时间设置栅格的大小设置输入信号的波形保存文件，仿真功能仿真：主要检查逻辑功能是否正确，功能仿真方法如下：1TOOL/SIMULATOR TOOL,在SIMULATOR MODE下选择Functional,在SIMULATION INPUT栏中指定波形激励文件，单击Gencrator Functional Simulator Netist,生成功能仿真网表文件。
计算机组成原理加法器实验实训报告
计算机组成原理加法器实验实训报告一、实验目的本次实验旨在通过实际操作加法器电路，加深对计算机组成原理中加法器的理解，掌握加法器的工作原理和实验操作技能。
二、实验内容1. 搭建基本加法器电路2. 进行加法器实验3. 分析实验结果并撰写实验报告三、实验器材和工具1. 电路实验箱2. 电源3. 电路连接线4. 示波器5. 多用途数字实验仪6. 逻辑门集成电路四、实验步骤1. 搭建基本加法器电路1) 将逻辑门集成电路插入电路实验箱中2) 连接逻辑门的输入端和输出端3) 接入电源并进行必要的调试2. 进行加法器实验1) 输入两个二进制数，并将其连接到逻辑门输入端2) 观察输出端的变化3) 调节输入信号，验证加法器的正确性和稳定性3. 分析实验结果1) 记录实验数据2) 分析实验结果，对比理论值和实际值的差异3) 总结实验中的经验和问题，并提出改进建议五、实验数据1. 输入数据：A = 1010B = 11012. 输出数据：Sum = xxxCarryout = 1六、实验结果分析通过实验，我们成功搭建了基本加法器电路，并进行了加法器实验。
实验结果表明，加法器能够正确地对两个二进制数进行加法运算，并输出正确的结果。
通过比对理论值和实际值，我们发现存在一定的偏差，可能是由于电路连接不良或逻辑门延迟等因素导致。
在今后的实验中，我们需要注意电路连接质量和信号延迟，以提高实验结果的准确性和稳定性。
七、实验总结通过本次加法器实验，我们加深了对计算机组成原理中加法器的理解，掌握了基本的加法器实验操作技能。
我们也发现了一些问题并提出了改进建议。
在今后的学习和实验中，我们将继续加强对计算机组成原理的学习，不断提升实验操作能力，为今后的科研工作和实际应用打下坚实的基础。
八、参考资料1. 《计算机组成原理》（第五版），唐朔飞，张善民，电子工业出版社2. 《数字逻辑与计算机设计》（第三版），David M. Harris，Sarah L. Harris，清华大学出版社以上是本次计算机组成原理加法器实验实训报告的全部内容，谢谢阅读。
32位浮点加法器设计
32位浮点加法器设计一、基本原理浮点数加法运算是在指数和尾数两个部分进行的。
浮点数一般采用IEEE754标准表示，其中尾数部分采用规格化表示。
浮点加法的基本原理是将两个浮点数的尾数对齐并进行加法运算，再进行规格化处理。
在加法运算过程中，还需考虑符号位、指数溢出、尾数对齐等特殊情况。
二、设计方案1. 硬件实现方案：采用组合逻辑电路实现浮点加法器，以保证运算速度和实时性。
采用Kogge-Stone并行加法器、冒泡排序等技术，提高运算效率。
2.数据输入：设计32位浮点加法器，需要提供两个浮点数的输入端口，包括符号位、指数位和尾数位。
3.数据输出：设计32位浮点加法器的输出端口，输出相加后的结果，包括符号位、指数位和尾数位。
4.控制信号：设计合适的控制信号，用于实现指数对齐、尾数对齐、规格化等操作。
5.流程控制：设计合理的流程控制，对各个部分进行并行和串行处理，提高加法器的效率。
三、关键技术1. Kogge-Stone并行加法器：采用Kogge-Stone并行加法器可以实现多位数的并行加法运算，提高运算效率。
2.浮点数尾数对齐：设计浮点加法器需要考虑浮点数尾数的对齐问题，根据指数大小进行右移或左移操作。
3.溢出判断和处理：浮点加法器需要判断浮点数的指数是否溢出，若溢出需要进行调整和规格化。
4.符号位处理：设计浮点加法器需要考虑符号位的处理，确定加法结果的符号。
四、性能评价性能评价是衡量浮点加法器设计好坏的重要指标。
主要从以下几个方面进行评价：1.精度：通过与软件仿真结果进行比较，评估加法器的运算精度，误差较小的加法器意味着更高的性能。
2.速度：评估加法器的运行速度，主要考虑延迟和吞吐量。
延迟越低，意味着加法器能够更快地输出结果；吞吐量越高，意味着加法器能够更快地处理多个浮点加法运算。
3.功耗：评估加法器的功耗情况，低功耗设计有助于提高整个系统的能效。
4.面积：评估加法器的硬件资源占用情况，面积越小意味着设计更紧凑，可用于片上集成、嵌入式系统等场景。
计算机组成原理第4章浮点数运算方法ppt课件
jy]移 (mod 2n+1) 则直接可得移码形式。
同理，当作除法运算时，商的阶码可用下式完成： [jx]移+[-jy]补 = [jx - jy]移
11
5. 溢出判断
在浮点规格化中已指出，当尾数之和(差)出现 01.××…×或10.××…×时，并不表示溢出，只有 将此数右规后，再根据阶码来判断浮点运算结果是否 溢出。
若机器数为补码，尾数为规格化形式，并假设阶符取 2位，阶码取7位，数符取2位，尾数取n位，则它们能 表示的补码在数轴上的表示范围如下图。
浮 点 数 加 减 运 算 流 程 图
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浮点加减法运算
1. 大型计算机和高档微型机中，浮点加减法运算是由 硬件完成的。低档的微型机浮点加减法运算是由软 件完成的，但无论用硬件实现或由软件实现加减法 运算，基本原理是一致的。
2. 浮点加减法运算要经过对阶、尾数求和、规格化、 舍入和溢出判断五步操作。其中尾数运算与定点加
23
2. 尾数运算
（1）浮点乘法尾数运算 （2）浮点除法尾数运算
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（1）浮点乘法尾数运算
预处理：检测两个尾数中是否有一个为0， 若有一个为0，乘积必为0，不再作其他操 作；如果两尾数均不为0，则可进行乘法运 算。
相乘：两个浮点数的尾数相乘可以采用定 点小数的任何一种乘法运算来完成。
规格化：相乘结果可能要进行左规，左规 时调整阶码后如果发生阶下溢，则作机器 零处理；如果发生阶上溢，则作溢出处理。
浮点加法器
module floatingpoint32(en,A,B,C);input en;input[31:0] A,B;output[31:0] C;reg[31:0] C;reg[7:0] AE,BE,CE,DE;reg AS,BS,CS,DS;reg[24:0] AF,BF,CF;reg[7:0] index;integer in;integer tem;always @(A or B)//上升沿触发beginif(en==1)beginAE=A[30:23]; // 阶码8位用的是移码表示+127 01111111AF={2'b01,A[22:0]};//把缺省的1给补上同时考虑做加法时有可能产生进位所以补齐23+1+1 共25位AS=A[31]; // 最高位即符号位BE=B[30:23];BF={2'b01,B[22:0]};BS=B[31];//如果某一方阶码大，则符号位一定是在大的一方if (A[30:0]==0) //如果A是0，则结果就是B了beginCS=BS;CE=BE;CF=BF;endelse if(B[30:0]==0) //如果B是0，则结果就是A了beginCS=AS;CE=AE;CF=AF;endelse //A、B都不为0的情况下beginif(AE>BE) //A的阶码大于B的阶码beginCE=AE; //对阶DE=AE-BE; //阶码做差BF=(BF>>DE); //右移if (AS==BS) //如果A、B符号位相同，就做加法beginCS=AS;CF=AF+BF;endelse if (AS!=BS) //如果A、B的符号位不相同，就做减法beginCS=AS;CF=AF-BF;endendelse if(AE<BE) //A的阶码小于B的阶码beginCE=BE; //对阶DE=BE-AE; //阶码做差AF=(AF>>DE); //右移if (AS==BS) //如果A、B符号位相同，就做加法beginCS=AS;CF=AF+BF;endelse if (AS!=BS) //如果A、B的符号位不相同，就做减法beginCS=BS;CF=BF-AF;endendelse if(AE==BE) //A的阶码等于B阶码beginCE=AE; //首先确定结果的阶码if (AS==BS) // 如果A、B符号位相同，就做加法beginCS=AS;CF=AF+BF;endelse //如果A、B的符号位不相同，就做减法beginCS=BS;CF=BF-AF;endend//归一化，寻找CF第一个1，并将其前移in=24;tem=0;while(tem==0&&in>=0)beginif(CF[in]!=0)//如果尾数最高位CF[24]即尾数第25位不为0，则可以进行尾数规一化。
浮点数运算与加法器
2020/9/23
3.4 加法器和ALU
2.进位链电路
并行加法器中的每一个全加器都有一个 从低位送来的进位和一个传送给较高位的 进位。我们将各位之间传递进位信号的逻 辑线路连接起来构成的进位网络称为进位 链。
2020/9/23
3.4 加法器和ALU
单级先行进位
这种进位方式就是将n位全加器分成若干个小组 ，小组内的进位同时产生，实行并行进位，小组 与小组之间采用串行进位，这种进位又称为组内 并行、组间串行。
以16位加法器为例，可分为4组，每组4位。第1 组组内的进位逻辑函数C0 、C1 、C2、、C3的 表达式与前述相同，C0-C3信号是同时产生的， 实现上述进位逻辑函数的电路称之为四位先行进 位电路CLA(Carry Look Ahead)，其延迟时间 是2ty。
2020/9/23
3.4 加法器和ALU
C4=G4+P4C3 C5=G5+P5C4= G5+ P5G4+ P5P4C3 C6=G6+P6C5= G6+ P6G5+ P6P5G4+ P6 P5P4C3 C7=G7+P7C6= G7+ P7G6+ P7P6G5+ P7P6 P5 G4+ P7P6 P5P4C3
2020/9/23
3.4 加法器与ALU
S16~S13
S12~S9
S8~S5
S4~S1
4位CLA
4位CLA
4位CLA
计算机组成原理第11-浮点数的运算1
ｘ±ｙ＝(Mｘ2Eｘ－Eｙ±Mｙ)2Eｙ， Eｘ<＝Eｙ
12/31/2023
信 息 科 学 与 工 程 学 院1
两数首先均为规格化数，进行规格化浮点数的加减运 算需经过5步完成： （1）对阶操作：低阶向高阶补齐，使阶码相等。 （2）尾数运算：阶码对齐后直接对尾数运算。 （3）结果规格化：对运算结果进行规格化处理（使补码尾 数的最高位和尾数符号相反）。如溢出则需右规；如不是 规格化时应左规。 （4）舍入操作：丢失位进行0舍1入或恒置1处理。 （5）判断溢出：判断阶码是否溢出，下溢则将运算结果置 0（机器0），上溢则中断。
14 12/31/2023
信 息 科 学 与 工 程 学 1院4
第二章 运算方法和运算器
２、乘、除法运算步骤 浮点数的乘除运算大体分为以下几个步骤：
１＞ 0 操作数检查。 ２＞ 阶码加/减操作。 ３＞ 尾数乘/除操作。 ４＞ 结果规格化 ５＞ 舍入处理。
15 12/31/2023
信 息 科 学 与 工 程 学 1院5
18 12/31/2023
信 息 科 学 与 工 程 学 1院8
第二章 运算方法和运算器
当尾数用原码表示时,舍入规则比较简单。最简便的方法,是只要尾数的最低位 为1,或移出的几位中有为1的数值位,就是最低位的值为1。 另一种是0舍1入法,即当丢失的最高位的值为1时,把这个1加到最低数值位上进 行修正,否则舍去丢失的的各位的值。 当尾数是用补码表示时,所用的舍入规则,应该与用原码表示时产生相同的处理 效果。 具体规则是：
(4) 右规
当 尾数溢出（ >1）时，需 右规 即尾数出现 01. ×× …×或 10. ×× …×时
尾数 1，阶码加 1
12/31/2023
计算机组成原理实验报告
当x≥0时，[x]原=x;当x≤0时，[x]原=2^(n-1)-x或2^(n-Hale Waihona Puke )+|x|,“^”表示指数。
B反码
1.如果真值是正数，反码的最高位为“0”，其余各位与真值的对应位相同；
2.如果真值是负数，反码的最高位为“1”，其余各位将真值的各位取反；
2.按等于号即可得到计算结果。
3.由于本例采用四位二进制数表示的补码，可表示的整数范围为-8～+7，如果
操作数或运算结果超出该范围，运算将出错。
4.如果加数为负数，就相当于被加数减去该数的绝对值，因此相当于做减法。反过来说，做减法，实际上就是被减数的补码加上减数的相反数的补码。而求一个数的相反数的补码的规则是将该数的补码连同符号位按位取反，末位加1。
3.如果真值是“0”，反码有两种表示法，即000…0或111…1，分别表示+0或-0；
4.综上所述，如果把反码看成无符号整数，则真值到反码的转换规则是：
当x≥0时，[x]反=x;当x≤0时，[x]反=2^(n)+x-1（模2^n）,“^”表示指数。
C补码
1.如果真值是正数，补码的最高位为“0”，其余各位与真值的对应位相同；
⑶ 给存储器的 00地址单元中写入数据 11，具体操作步骤如下：
如果要对其它地址单元写入内容，方法同上，只是输入的地址和内容不同。
⑷ 读出刚才写入 00地址单元的内容，观察内容是否与写入的一致。具体操作步骤如下
3、调试过程
三．结果
完成实验内容，按照要求验证了实验数据
四．总结
在这次的实验中我们首次用到了试验箱，这要求我们学会连线，在众多接口中找到需要的接口就要求我们有足够的耐心，也更要细心。实验的内容虽然不多，但是在过程中我加深了对静态存储的理解。
32位浮点加法器设计[整理版]
![32位浮点加法器设计[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/c6464a9e2af90242a895e5f9.png)
32位浮点加法器设计
苦行僧宫城
摘要:运算器的浮点数能够提供较大的表示精度和较大的动态表示范围，浮点 运算已成为现代计算程序中
不可缺少的部分。浮点加法运算是浮点运算中使用频率最高的运算。因此，浮 点加法器的性能影响着整个
CPU勺浮点处理能力。文中基于浮点加法的原理，采用Verilog硬件描述语言
设计32位单精度浮点数加法
f)规格化移位：对尾数加减结果进行移位,消除尾数的非有效位,使其最高位为
1。Байду номын сангаас
g)舍入：有限精度浮点表示需要将规格化后的尾数舍入到固定结果。 由以上 基本算法可见,它包含2个全长的移位即对阶移位和规格化移位,还要包括3个全 长的有效加法，即步骤c、d、g。由此可见，基本算法将会有很大的时延。
2 32位浮点加法器设计与实现
器，并用modelsim对浮点加法器进行仿真分析，从而验证设计的正确性和可 行性。
关键词:浮点运算 浮点加法器Verilog硬件描述语言
Studying on Relation of Technology and Civilization苦行僧宫城
(School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai
University, Shanghai,China)
Abstract: The floating-point arithmetic provides greater precision and greater dynamic representation indication range, with floating point calculations have become an indispensable part of the program.Floatingpoint adder is the most frequently used floating point arithmetic. Therefore, the performance of floating point adder affecting the entire CPU floating point processing capabilities. In this paper the principlebased floating-point addition, Verilog hardware description language
组成原理课程设计报告(浮点数加法器
组成原理课程设计报告(浮点数加法器LT第1章总体设计方案1.1 设计原理本次课程设计的题目为浮点数加法器的设计，使用Xilinx Foundation F3.1可编程器件开发工具软件，以及伟福COP2000试验箱实现目的设计。
具体要求为必须用基本逻辑门实现，浮点数的长度固定。
根据所学可知，浮点数共由两部分组成。
第一部分是阶码，第二部分是数据。
这两部分又分别分为两部分。
阶码由阶符和数值组成，数据由数符和数字组成。
由于在计算机的存储和运算中，数据由补码表示。
故首先应将输入的原码转化为补码。
在此过程中，正数保持不变，负数则对除符号位以外的各位按位取反，再进行加1操作。
然后对两数的阶码进行运算，决定移位的次数和结果的阶码。
在移位时，对正数进行补0操作，对负数则进行补1操作。
再对移位后的数据视为定点数进行相加运算。
进而实现浮点数相加的功能。
最后再将得到的结果转化为原码，进行输出。
1.2设计思路按照课设题目要求及原理图，先设计出电路的具体模块图，浮点数加法器的设计共包含如下五个模块：①原补转换模块②阶码选择模块③数值选择模块④数据移位模块⑤超前进位加法模块在五个部分中分别设计实现相应功能的器件，包括二选一数据选择器等。
在连接具体电路时配合门电路以达到预期效果。
浮点数加法器的底层、顶层的设计都采用原理图设计输入方式，经编译、调试后形成zyks.bit文件并下载到XCV200可编程逻辑芯片中，经硬件测试验证设计的正确性。
1.3设计环境1.3.1 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A、暂存器B、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20个按键、字符式LCD、RS232口。
浮点数的加法减法运算
2.6.1 浮点加法、减法运算
•浮点数的加法、减法运算
设有两个浮点数的分别为X=Mx*2Ex，Y=My*2Ey， 实现浮点加减法算的基本步骤分为四步完成：
0操作数检查：用来判断两个操作数中是否有一 个为0.
对阶操作：即比较两个浮点数的阶码值的大小 ，求E=Ex-Ey，然后将小阶对大阶。
阶码大的数对齐；
若△E＝0,表示两数阶码相等,即Eｘ＝Eｙ； 若△E>0,表示Eｘ>Eｙ； 若△E<0,表示Eｘ>Eｙ。 当Eｘ≠Eｙ 时,要通过尾数的移动以改变Eｘ或Eｙ
,使之相等。
解:浮点表示为: [X]浮= 00 010，0. 11011011 [Y]浮= 00 100，1. 01010100
规则：尾数右移1位，阶码加1
(2)结果是00.0..01.....或11.1...10...时，则向左规 格化
规则：尾数左移1位，阶码减1，直到规格化
右规，阶码加1，左规，阶码减1
例子中左规为11.00010101（10），阶码减1为00011
练习：01.1101
10.0001
2.6 浮点运算方法和浮点运算器
2.6.1 浮点加法、减法运算 2.6.2 浮点乘法、除法运算 2.6.3 浮点运算流水线 2.6.4 浮点运算器实例
2.6.1 浮点加法、减法运算
1、浮点加减运算
设有两个浮点数ｘ和ｙ,它们分别为 ｘ＝2Eｘ·Mｘ ｙ＝2Eｙ·Mｙ
其中Eｘ和Eｙ分别为数ｘ和ｙ的阶码,Mｘ和Mｙ为 数ｘ和ｙ的尾数。两浮点数进行加法和减法的运算规 则是
0操作数检查 阶码加减操作 尾数乘除操作 结果规格化和舍入处理
计算机浮点运算详解深入学习计算机组成原理
深入剖析浮点运算性能优化
04
策略
减少不必要的数据转换和传输延迟
数据重用
避免不必要的数据类型转换
尽量保持数据在运算过程中的类型一致，避免频繁 进行数据类型转换，以减少转换带来的性能开销。
通过缓存最近使用过的数据，减少从主存中 加载数据的次数，从而降低数据传输延迟。
优化数据布局
合理安排数据在内存中的布局，使得访问局 部性更好，减少缓存失效和页面换入换出的 次数。
性能问题
浮点运算通常比整数运算更复杂，需要更多的CPU周期和内存带宽。这可能导致性能瓶颈，特别是在需要大量浮点运 算的应用中。
兼容性问题
不同的计算机系统和编程语言可能采用不同的浮点表示方法和运算规则，这可能导致兼容性问题。例如， 一个系统上的计算结果可能在另一个系统上无法重现。
未来发展趋势预测及建议
• 精度提升：随着计算机硬件和算法的不断进步，未来浮点运算的精度将得到进 一步提升。例如，采用更高精度的浮点数表示方法和更精确的运算算法。
• 性能优化：为了提高浮点运算的性能，未来可能会采用更高效的硬件设计、并 行计算技术和优化算法。例如，利用GPU和TPU等专用硬件加速浮点运算， 以及采用分布式计算等技术提高大规模浮点运算的效率。
进行实验和编程实践
通过编写程序和使用相关工具 进行实验，加深对浮点数运算 的理解和掌握程度。
THANKS
感谢观看
数值积分与微分
利用浮点运算进行数值积分和微 分，可以求解函数的定积分、不 定积分、导数等。
图形图像处理领域应用
01
3D图形变换
02
03
图像滤波与处理
计算机视觉
在3D图形处理中，浮点运算用于 实现各种复杂的图形变换，如旋 转、缩放、平移等。
华中科技大学 组成原理实验报告 运算器组成实验
课程实验报告课程名称：计算机组成原理专业班级：信息安全1003班学号：U**********名：***同组成员：张源信报告日期：2012年5月计算机科学与技术学院目录一、实验名称 (3)二、实验目的 (3)三、实验设备 (3)四、实验任务 (3)五、预备知识 (4)1、运算器的相关知识 (4)2、注意事项： (4)六、设计思路、电路实现与电路分析说明 (4)1、任务分析 (4)2、设计思路 (6)3、电路实现与详细分析说明 (7)七、实验结果的记录与分析 (9)八、实验中碰到的问题及解决办法 (10)九、收获与体会 (10)十、参考书目 (11)一、实验名称实验名称：运算器组成实验二、实验目的1、掌握带累加器的运算器实验2、掌握溢出检测的原理及实现方法3、理解有符号数和无符号数运算的区别4、理解基于补码的加\减运算实现原理5、熟悉运算器的数据传输通路6、利用74181和74182以及适当的门电路和多路选择器设计一个运算，要求支持有符号数和无符号数的运算支持补码加减法运算，支持有符号数溢出检测等功能三、实验设备JZYL—Ⅱ型计算机组成原理实验仪一台芯片：74LS181运算器芯片2片74LS373 8D锁存器3片四、实验任务自己设计一个电路和利用实验参考电路进行实验，实验要求先将多个运算数据事先存入存储器中，再由地址选中，选择不同的运算指令，进行运算，并将结果显示，还可以进行连续运算和移位，最后将最终结果写入到存储器中。
五、预备知识 1、运算器的相关知识运算器是对数据进行加工处理的部件，它具体实现数据的算术运算和逻辑运算，所以又称算术逻辑运算部件，简称ALU ，它是中央处理器的重要组成部分。
计算机中的运算器结构一般都包含如下几个部分：加法器、一组通用寄存器、输入数据选择电路和输出数据控制电路等。
74LS181能执行16种算术运算和16种逻辑运算，当工作方式控制端（M ）为低电平时执行算术运算，当工作方式控制端（M ）为高电平时执行逻辑运算，运算功能由功能选择端（S0-S3）决定。
32位浮点加法器设计
32位浮点加法器设计苦行僧宫城摘要：运算器的浮点数能够提供较大的表示精度和较大的动态表示范围，浮点运算已成为现代计算程序中不可缺少的部分。
浮点加法运算是浮点运算中使用频率最高的运算。
因此，浮点加法器的性能影响着整个CPU的浮点处理能力。
文中基于浮点加法的原理，采用Verilog硬件描述语言设计32位单精度浮点数加法器，并用modelsim对浮点加法器进行仿真分析，从而验证设计的正确性和可行性。
关键词：浮点运算浮点加法器 Verilog硬件描述语言Studying on Relation of Technology and Civilization苦行僧宫城(School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai , China) Abstract: The floating-point arithmetic provides greater precision and greater dynamic representation indication range, with floating point calculations have become an indispensable part of the program. Floating-point adder is the most frequently used floating point arithmetic. Therefore, the performance of floating point adder affecting the entire CPU floating point processing capabilities. In this paper the principle-based floating-point addition, Verilog hardware description language design 32-bit single-precision floating-point adder and floating-point adder using modelsim simulation analysis in order to verify the correctness and feasibility of the desig小组成员及任务分配：1浮点数和浮点运算1.1浮点数浮点数是属于有理数中某特定子集的数的数字表示，在计算机中用以近似表示任意某个实数。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。