组成原理课程设计报告-阵列乘法器的设计与实现

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1、 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课程设计名称：计算机组成原理计算机组成原理课程设计课程设计 课程设计题目：阵列乘法器的设计与实现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01月10日 -I- 目目 录录 第第 1章章 总体设计方案总体设计方案 2 1.1 设计原理 2 1.2 设计思路 2 1.3 设计环境 3 第第 2章章 详细设计方详细设计方案案 5 2.1 总体方案的设计与实现 5 2.1.1 创建顶层图形设计文件 5 2.2 功能模块的设计与实现 6 2.2.1 输入加法器模块的设计与实现

2、 6 2.3 阵列乘法器的设计与实现 8 第第 3章章 编程下载与硬件测试编程下载与硬件测试 10 3.1 编程下载. 10 3.2 硬件测试及结果分析. 10 参考文献参考文献 13 附附 录录 14 -2- 第 1 章 总体设计方案 1.1 设计原理设计原理 以 COP2000 实验仪、FPGA 实验板为硬件平台，采用 Xilinx Foundation F3.1 设计工具和 COP2000 仿真软件， 采用自上而下的设计方法， 设计并实现阵列乘法 器功能。阵列乘法器的设计原理如图 1.1 所示，X1,X2,X3,X4, Y1,Y2,Y3,Y4 为阵 列乘法器的输入端， S1S8 为阵列乘

3、法器的输出端。图中的排列形式和笔算乘法 的位积排列形式相似。阵列的每一行由乘数 Y 的每一位数位控制，而各行错开形 成的每一列由被乘数 X 的每一位数位控制。图中方框内的电路由一个与门和一个 全加器组成。由于采用阵列结构，虽然采用加法器数量较多，但内部结构规则， 采用超大规模集成电路很容易实现，可大大提高运算速度。 图图 1.1 阵列乘法器原理图阵列乘法器原理图 1.2 设计思路设计思路 阵列乘法器是设计主要包含如下 3 个部分： 与 X i 全 加 Y i S8S7 S6 S5S4S3 S2 S1 乘 积 P = P 4 部 分 积 入 0 0 0 0 0000 Y 4 Y 3 Y 2 Y

4、1 X 4 X 3X 2X 1 P1 P2 P3 进 位 入 部 分 积 出 进 位 出 部 分 积 -3- 1、加法器的设计与实现； 2、阵列乘法器的设计与实现； 3、下载与硬件测试； 阵列乘法器的设计与实现采用自上而下的设计方法，在这 3 个部分中分别设 计实现相应功能的器件，在连接具体电路时配合相应脉冲和门电路以达到预期效 果。乘法器采用硬件描述语言进行电路设计并实现给定的功能，设计的原理图经 编译、调试后形成*.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设计环境设计环境 硬件环境： 1、伟福 COP2000 型计算机组成原理实验仪：CO

5、P2000 各单元部件都以计 算机结构模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有 8 位数据指示灯显示其二进 制值，两个 8 段码 LED 显示其十六进制值，清楚明了，两个数据流方向指示灯， 以直观反映当前数据值及该数据从何处输出，而又是被何单元接收的。这是该产 品独创的“实时监视器”,使得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。各实验模块的数据线、地址线与系统之间的挂接是通过三 态门，而不是其它实验设备所采用的扁平连线方法，而数据线、地址线是否要与 系统连通，则由用户连线控制，这样，就真实的再现了计算机工作步骤。 2、XCV200 实验板：在 COP2000 实验仪

6、中的 FPGA 实验板主要用于设计性 实验和课程设计实验， 它的核心器件是 20 万门 XCV200 的 FPGA 芯片。 用 FPGA 实验板可设计 8 位 16 位和 32 位模型机。 软件环境： 1、Xilinx Foundation3.1 设计软件：Xilinx Foundation3.1 是 Xilinx 公司的主 要 可 编 程 器 件 开 发 工 具 ， 塔 可 以 开 发Xilinx公 司 的Spar tan,Virtex,CX4000,CX3000,CX5200 系列的 FPGA 芯片。该平台功能强大，主要用 于百万逻辑门级的设计和 1Gb/s 的告诉通信内核的设计。 2、 COP2000 仿真软件：COP2000 系统的运算器采用了代表现代科技的 EDA 技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载的方案，能进行加、减、与、或、带 -4- 进位加、 带进位减、 取反、 直通八种运算方式。 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。 -5- 第 2 章 详细设计方案 2