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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:不恢复余数的无符号数阵列除法器的设计
院(系):计算机学院
专业:网络工程
班级:
学号:
姓名:吴子娇
指导教师:
完成日期:2011年1月14日
沈阳航空航天大学课程设计报告
目录
TOC\o1-3\h\z第1章总体设计方案 1
1.1设计原理 1
1.2 设计思路 2
1.3设计环境 3
第2章详细设计方案 5
2.1顶层方案图的设计与实现 5
2.1.1创建顶层图形设计文件 5
2.1.2器件的选择与引脚锁定 6
2.1.3编译、综合、适配 7
2.2功能模块的设计与实现 7
2.3仿真调试 9
第3章编程下载与硬件测试 13
3.1编程下载 13
3.2硬件测试及结果分析 13
参考文献 15
附录(电路原理图) 16
沈阳航空航天大学课程设计报告
第1章总体设计方案
1.1设计原理
和阵列乘法器非常相似,阵列除法器也是一种并行运算部件,采用大规模集成电路制造,与早期的串行除法器相比,阵列除法器不仅所需的控制线路少,而且能提供令人满意的高速运算速度。
阵列除法器有多种形式,如不恢复余数阵列除法器、补码阵列除法器等等,本实验设计的是不恢复余数阵列除法器。
本实验是利用一个可控加法/减法CAS单元所组成的流水阵列来实现的,一个可控加法/减法CAS单元包含一个全加器和一个控制加减的异或门,用于并行除法流水逻辑阵列中。逻辑结构图如图1.1所示。
图1.1不恢复余数阵列除法器的逻辑结构图
它有四个输出端和四个输入端。本位输入Ai及Bi,低位来进位(或借位)信号Ci,加减控制命令P;输出本位和(差)Si及进位信号Ci+1,除数Bi要供给各级加减使用,所以又输往下一级。当输入线P=0时,CAS作加法运算;当P=1时,CAS作减法运算。
CAS单元的输入与输出的关系可用如下一组逻辑方程来表示:
Si=Ai⊕(Bi⊕P)⊕Ci
Ci+1=(Ai+Ci)?(Bi⊕P)+AiCi
当P=0时,
Si=Ai⊕Bi⊕Ci
Ci+1=AiBi+BiCi+AiCi
当P=1时,则得求差公式:
Si=Ai⊕Bi⊕Ci
Ci+1=AiBi+BiCi+AiCi
其中Bi=Bi⊕1
在减法情况下,输入Ci称为借位输入,而Ci+1称为借位输出。
本实验采用不恢复余数的方法设计这个阵列除法器。不恢复余数的除法也就是加减交替法。在不恢复余数的除法阵列中,每一行所执行的操作究竟是加法还是减法,取决于前一行输出的符号与被除数的符号是否一致。当出现不够减时,部分余数相对于被除数来说要改变符号。这时应该产生一个商位“0”,除数首先沿对角线右移,然后加到下一行的部分余数上。当部分余数不改变它的符号时,即产生商位“1”,下一行的操作应该是减法。
在本次设计中被除数、除数、商、余数的符号位恒为零。被除数为X=X1X2X3X4X5X6X7X8;除数为Y=Y1Y2Y3Y4;商为C=C1C2C3C4;余数为S=S1S2S3S4S5S6S7S8。被除数X是由顶部一行和最右边的对角线上的垂直输入线来提供的,除数Y是沿对角线方向进入这个阵列。至于作加法还是减法,由控制信号P决定,即当输入线P=0时,CAS作加法运算;当P=1时,CAS作减法运算。
设计思路
是用一个可控加法/减法(CAS)单元所组成的流水阵列来实现的。推广到一般情况,一个m位除n位的加减交替除法阵列由mn个CAS单元组成,其中两个操作数(被除数与除数)都是正的。其中被除数为X=0.X1X2X3X4X5X6X7X8,除数为Y=0.Y1Y2Y3Y4,商为C=0.C1C2C3C4,它的余数为S=0.000S4S5S6S7S8,阵列为8*4阵列。
单元之间的互联是用m=8,n=4的阵列来表示的。被除数X是一个4位的小数:X=0.X1X2X3X4X5X6X7X8。它是由顶部一行和最右边的对角线上的垂直输入线来提供的。除数Y是一个4位的小数:Y=0.Y1Y2Y3Y4。它沿对角线方向进入这个阵列。因为,在除法中所需要的部分余数的左移,可以用下列等效的操作来代替:即让余数保持固定,而将除数沿对角线右移。商C是一个4位的小数:C=0.C1C2C3C4。它在阵列的左边产生。余数?R是一个8位的小数:S=0.000S4S5S6S7S8。它在阵列的最下一行产生。
最上面一行所执行的初始操作经常是减法。
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