采用kogge-stone tree 实现的32位超前进位加法器

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。

深圳大学实验报告课程名称：_________ 数字系统设计________________________ 实验项目名称: 32位串行加法器______________________ 学院_______________________ 专业_______________________ 指导教师: ______________________________________________报告人: ________ 学号：20091000000班级：1班实验时间：__________ 2011-12-4 ________________________实验报告提交时间：______________________教务处制一、实验目的与要求：实验目的：1、掌握串行加法器的原理和设计。

2、熟悉VHDL状态机的设计。

3、学会分析波形图。

实验要求：设计一个用一个1位加法器构建的一个32位串行加法器。

重点是算法状态机的实现还有系统的时序分析；输出和整理VHDL源代码；输出和整理电路结构图；输出和整理仿真波形图二、实验原理1、设计原理图：本图参考课本2、流程图:针对以上流程图，其中，Sh为控制移位寄存器的使能信号，k为工作状态指示信号，load为加载信号，counter为运算计数器，N为系统工作控制信号。

从流程图中可以看出加法器的整个工作流程是怎么样子的，具体工作情况如下面的设计。

三、实验内容与步骤1、VHDL代码的编写:----------- 控制器--------------------------------------------- library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use ieee.std_logic_ un sig ned.all;en tity con troller isPort ( clk : in STD_LOGIC;N : in STD_LOGIC;K,Sh,load : out STD_LOGIC);end con troller;architecture Behavioral of con troller issig nal state ,n extstate:i nteger range 0 to 2; ---设置状态sig nal coun ter:std_logic_vector(4 dow nto 0);beginprocess(clk)beginif(clk'event and clk='1') thenstate<=n extstate;end if;end process;process(clk,N)beginif(clk'event and clk='1') thencase state is ---设置各状态when 0 =>sh<='0';K<='0';load<='0';cou nter<="00000"; if N='1' the nload<='1';n extstate<=1;elsen extstate<=0;end if;when 1 =>sh<='1';K<='0';load<='0';if cou nter="11110" thencoun ter<=co un ter+1;n extstate<=2;elsecoun ter<=co un ter+1;n extstate<=1;end if;when 2 =>sh<='0';K<='1';load<='0：if N='0' the nn extstate<=0;elsen extstate<=2;end if;end case;end if;end process;end Behavioral;-------------- 加数寄存器 -------------------library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;en tity registers_jiashu isPort ( in put : in STD_LOGIC_vector(31 dow nto 0);Sh,load,clk: in STD_LOGIC; SO : out STD_LOGIC);end registers_jiashu;architecture Behavioral of registers_jiashu is sig nal x:std_logic_vector(31 dow nto 0); begin process(clk) beginif(clk'event and clk='1') thenif (load='1‘)then x<=in put;elsif (sh='1') the n ---:x(30 dow nto 0)<=x(31 dow nto 1);end if;end if;end process;so<=x(0);end Behavioral;-------------- 累加器 ---------------------library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;en tity registers_add isPort ( in put : in STD_LOGIC_vector(31 dow nto 0);clk : in STD_LOGIC;load,Sh,Si: in STD_LOGIC;SO : out STD LOGIC;output:out std_logic_vector(31 dow nto 0));end registers_add;architecture Behavioral of registers_add issig nal x:std_logic_vector(31 dow nto 0);beginprocess(clk)N<='0';wait for 10*clk_period; --延时10个时钟周期，进入下一轮仿真调试in putA<="01010101010101010101010101010101"; -- i nputa= 1431655765,in putB<="00110000000000000000000010101000"; -- i nputb= 805306536,N<='1'; --N=1时开始计时，并开始下载数据wait for 32*clk_period;--32 个时钟周期之后N<='0：--N=0，停止数据下载，得出相加后的结果wait for 10*clk_period; --延时10个时钟周期，进入下一轮仿真调试wait;end process;END;四、实验数据与分析1、综合的电路：设计图外观1 :adder 32l设计图外观2:adder_32oiJtputA(31:0)incl kNadder_321、控制器:2、全加器:情况二:in puta= 1431655765, in putb=805306536,outputa=2236962301Q- /adder _3 2_tE5tbendn /inputa EJ- /adder _32_te5tbenefi /inputb/adder _32_te£tbencfi /dk/adder_32Jbestberdn /n Q-」/adder_32_tEstberidi/outputa/addcr_32_testberidiA 731381211114 J1>55765805^)65363i ・i i17B957306J22369623012、仿真的波形图如下:情况一：in puta二 73,i nputb二 138,outputa=211/adder _32_t)&stlbench/inpLi taD- /adder _3 2_te&tbendi/inp*j thJ/ adder _32_testben 击/die /adder_32_testbendiAi/adder_3Z_testbendi/outputaJ/adder _32_testbench 4cD- /adder _3 2_testbendi^nputa73Q- .. add er 2_test±)endi /inpu tb133/adder _32_tes±>erKh/dk1/adder_32_testbendi /h0C- /adder _32_testberKhAxjtpu ta211/adder_32_testbencti 水1数据处理分析:每次从N=1开始，加法器进行数据下载，32个时钟周期之后，当N=0时, 输出k=1,表示串行累加的过程结束，此时输出的结果即为加法器的最后结果。

湖南师范大学职业技术学院（工学院）实验数据报告单实验课程：计算机组成原理实验题目：超前进位加法器设计实验日期： 2011年 10 月 25 日专业：计算机科学与技术年级：09级班级:04班姓名：涂小康学号：2009180414一．实验目的（1）掌握超前进位加法器的原理及其设计方法。

（2）熟悉CPLD应用设计及EMA软件的使用。

二．实验内容（1）设计电路原理图.（2）了解加法器的工作原理，掌握超前进位产生电路的设计方法.（3）正确将电路原理图下载到试验箱中.（4）正确通过实验箱连线实现4位二进制数的相加并得到正确结果三.实验原理加法器是执行二进制加法运算的逻辑部件，也是CPU运算器的基本逻辑部件（减法可以通过补码相加来实现）。

加法器又分半加器和全加器，不考虑低位的进位，只考虑两个二进制数相加，得到和以及向高位进位的加法器叫半加器，而全加器是在半加器的基础上又考虑了低位进来的进位信号。

串行加法器运算速度慢，其根本原因是每一位的结果就要依赖于低位的进位，因而可以通过并行进位的方式来提高效率。

只要能设计出专门的电路，使得每一位的进位能够并行地产生而与低位的运算情况无关，就能解决这个问题。

可以对加法器进位的逻辑表达式做进一步的推导：C o=0C i+1=A i B i+A i C i+B i C i=A i B i+(A i+B i)C i设G i=A i B iP i=A i+B i则有：C i+1=g i+p i C i=g i+p i(g i-1+p i-1C i-1)=g i+p i(g i-1+p i-1(g i-2+p i-2C i-2))…=g i+p i g i-1+p i p i-1g i-2+…+p i p i-1… p1p0+p i p i-1…p1p0C0由于g i、p i只和A i、B i有关，这样C i=1就只和A i、A i-1、…、A0，B i、B i-1、…、B0及C0有关。

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。

实验三32位ALU设计实验一、实验目的学生理解算术逻辑运算单元（ALU）的基本构成，掌握Logisim 中各种运算组件的使用方法，熟悉多路选择器的使用，能利用前述实验完成的32位加法器、Logisim 中的运算组件构造指定规格的ALU 单元。

二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、32位加法功能的原理与设计1)设计原理1，被加数A（32位），2，被加数B（32位），3，前一位的进位CIN（1位），4，此位二数相加的和S（32位），5，此位二数相加产生的进位COUT（1位）。

要实现32位的二进制加法，一种自然的想法就是将1位的二进制加法重复32次（即逐位进位加法器）。

这样做无疑是可行且易行的，但由于每一位的CIN都是由前一位的COUT提供的，所以第2位必须在第1位计算出结果后，才能开始计算；第3位必须在第2位计算出结果后，才能开始计算，等等。

而最后的第32位必须在前31位全部计算出结果后，才能开始计算。

这样的方法，使得实现32位的二进制加法所需的时间是实现1位的二进制加法的时间的32倍。

2)电路设计32位加法功能2、32位减法功能的原理与实现1)变减法为加法的原理1.在Y引脚处使用求补器（32位），即可变减法为加法2.用构造好的32位加法器。

Y各位取反，C0取1，即可达到减法变加法。

无符号数的减法溢出，带加减功能的ALU的进位取反后表示，有符号数的减法溢出，仍然用最高位和符号位是否相等来判断2)电路设计32位减法功能3、加减溢出检测的设计（不考虑乘除法）1）有符号数溢出的设计有符号数溢出的设计2）无符号数溢出的设计无符号数溢出的设计4、移位的原理与设计1）逻辑移位逻辑移位2）算术移位算术移位5、逻辑运算功能的原理与设计2）与、或、异或、或非逻辑6、大于、等于、小于功能设计大于、等于、小于功能设计7、AluOP的控制原理与设计1）原理：AluOP的控制原理与设计8、总电路设计图算术逻辑运算单元ALU三、实验结论及分析（实验完成功能情况、存在问题分析或改进思路、自己的心得体会等。

《计算机组成原理》实验报告专业：学号：学生姓名：实验日期：实验二一、实验名称：超前进位加法器设计二、实验目的：1 掌握超前进位加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.了解加法器的工作原理，掌握超前进位产生电路的设计方法.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位二进制数的相加并得到正确结果五、实验原理：加法器是执行二进制加法运算的逻辑部件，也是CPU 运算器的基本逻辑部件（减法可以通过补码相加来实现）。

加法器又分为半加器和全加器（FA），不考虑低位的进位，只考虑两个二进制数相加，得到和以及向高位进位的加法器为半加器，而全加器是在半加器的基础上又考虑了低位过来的进位信号。

表1-2-1 1 位全加器真值表A、B 为2 个1 位的加数，Ci 为来自低位的进位，S 为和，Co 为向高位的进位，根据表1-2-1所示的真值表，可得到全加器的逻辑表达式为：S = ABCi + ABCi + ABCi + ABCiCo = AB+ ACi + BCi根据逻辑表达式，可得到如图1-2-1 所示的逻辑电路图。

有了 1 位全加器，就可以用它来构造多位加法器，加法器根据电路结构的不同，可以分为串行加法器和并行加法器两种。

串行加法器低位全加器产生的进位要依次串行地向高位进位，其电路简单，占用资源较少，但是串行加法器每位和以及向高位的进位的产生都依赖于低位的进位，导致完成加法运算的延迟时间较长，效率并不高。

C0 = 0Ci+1 = AiBi + AiCi + BiCi = AiBi + (Ai + Bi)Ci设gi = AiBipi = Ai + Bi则有：Ci+1 = gi + piCi= gi + pi(gi-1 + pi-1Ci-1)= gi + pi(gi-1 + pi-1(gi-2 + pi-2Ci-2))…= gi + pi (gi-1 + pi-1(gi-2 + pi-2(…(g0 + p0C0)…)))= gi + pigi-1 + pipi-1gi-2 + … + pipi-1…p1g0 + pipi-1…p1p0C0由于gi、pi 只和Ai、Bi 有关，这样Ci+1 就只和Ai、Ai-1、…、A0，Bi、Bi-1、…、B0 及C0有关。

位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元标题：深入探讨位可控加减法器设计中的32位算术逻辑运算单元一、引言在计算机系统中，算术逻辑运算单元（ALU）是至关重要的部件，用于执行数字运算和逻辑运算。

而在ALU中，位可控加减法器设计是其中的重要部分，尤其在32位算术逻辑运算单元中更是不可或缺。

本文将深入探讨位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的重要性，结构特点以及个人观点和理解。

二、位可控加减法器设计的重要性位可控加减法器是ALU中的重要组成部分，它具有对加法和减法操作进行控制的能力，可以根据输入信号来实现不同的运算操作。

在32位算术逻辑运算单元中，位可控加减法器的设计要考虑到对每一位进行并行操作，并且要保证高速、低功耗和稳定性。

位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中具有非常重要的意义。

三、位可控加减法器设计的结构特点在32位算术逻辑运算单元中，位可控加减法器的设计需要考虑到以下几个结构特点：1. 并行运算：位可控加减法器需要能够实现对32位数据的并行运算，以提高运算速度。

2. 控制信号：设计需要合理的控制信号输入，来实现不同的运算模式和操作类型。

3. 进位传递：保证进位信号能够正确传递和计算，以确保运算的准确性。

4. 低功耗：设计需要考虑到低功耗的特点，以满足现代计算机系统对能源的需求。

四、个人观点和理解在我看来，位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中扮演着十分重要的角色。

它不仅需要具备高速、稳定和精确的运算能力，还需要考虑到功耗和控制信号的合理设计。

只有兼具这些特点，才能更好地满足现代计算机系统对于高效、可靠和低功耗的需求。

五、总结和回顾通过本文对位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的深入探讨，我们可以看到它在计算机系统中的重要性和结构特点。

而个人观点也表明了它需要具备高速、低功耗和稳定性等特点，才能更好地满足现代计算机系统的需求。

在写作过程中，我对位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的重要性和结构特点进行了深入探讨，并分享了个人观点和理解。

基于改进型选择进位加法器的32位浮点乘法器设计作者：刘容赵洪深李晓今来源：《现代电子技术》2013年第16期摘要：在修正型Booth算法和Wallace树结构以及选择进位加法器的基础上，提出了一种新型32位单精度浮点乘法器结构。

该新型结构通过截断选择进位加法器进位链，缩短了关键路径延时。

传统选择进位加法器每一级加法器的进位选择来自上级的进位输出。

提出的结构可以提前计算出尾数第16位的结果，它与Wallace树输出的相关位比较就可得出来自前一位的进位情况进而快速得到进位选择。

在Altera的EP2C70F896C6器件上，基于该结构实现了一个支持IEEE754 浮点标准的4级流水线浮点乘法器，时序仿真表明，该方法将传统浮点乘法器结构关键路径延时由6.4 ns减小到5.9 ns。

关键词：修正Booth算法； Wallace树结构；选择进位加法器；浮点乘法器中图分类号： TN702⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）16⁃0133⁃04浮点乘法器是数字处理器的重要组成单元，它的性能直接关系到整个数字系统的性能。

所以浮点乘法器一直以来是人们研究的热点。

而乘法器的设计主要是对速度、面积、功耗等因素的优化与折中。

Booth 算法大大缩小了部分积数量；Wallace tree、dadda tree等压缩树结构实现部分积的并行求和提高了乘法器的速度，进位保留加法器（Carry Save Adder，CSA）则实现最终两个部分积的快速求和。

文献[1]基于乘法器各级核心器件是加法器的思想，通过优化加法器减小了乘法器的延时。

文献[2]设计了一种改进的基4 Booth编码和华莱士树的24位符号定点乘法器，在功耗和面积降低的同时，延时也得到了减小，做到了芯片性能和设计复杂度之间的良好折中。

文献[3]提出了一种适用于FPGA结构的改进型Wallace tree架构乘法器，实现了资源和性能的合理平衡。

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)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=±M×2±E。

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。

浮点数表示二进制数的优势显而易见。

【位可控加减法器设计32位算术逻辑运算单元】1. 引言位可控加减法器是现代计算机中十分重要的组成部分，它可以在逻辑电路中实现对算术运算的功能。

其中，32位算术逻辑运算单元是计算机中非常常见的一个部件，它可以用来进行32位数据的加法、减法和逻辑运算。

本文将就位可控加减法器的设计和32位算术逻辑运算单元进行全面评估，并给出深度和广度兼具的解析。

2. 什么是位可控加减法器位可控加减法器是一种灵活的算术逻辑电路，它可以根据控制信号来选择进行加法运算或减法运算。

这种设计可以大大提高电路的灵活性和适用性，使得算术运算单元可以在不同的情况下实现不同的运算需求。

3. 32位算术逻辑运算单元的设计原理32位算术逻辑运算单元是计算机中进行32位数据运算的核心部件，它通常包括加法器、减法器、逻辑门等组件。

在设计中，需要考虑到加法器和减法器的位宽、进位和溢出等问题，同时还需要考虑逻辑门的多功能性和灵活性。

通过合理的组合和控制，可以实现对32位数据进行高效的算术逻辑运算。

4. 位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的运用位可控加减法器的设计可以很好地应用在32位算术逻辑运算单元中，通过控制信号来选择进行加法或减法运算，从而满足不同情况下对数据的处理需求。

这种设计不仅能简化电路结构和控制逻辑，还能提高算术逻辑运算单元的灵活性和效率，使其更适用于不同的场景和运算需求。

5. 个人观点和理解从我个人的理解来看，位可控加减法器设计在32位算术逻辑运算单元中的应用，可以很好地提高计算机的运算效率和灵活性。

通过合理的设计和控制，可以使得算术逻辑运算单元在不同的情况下具有不同的功能，从而更好地满足计算机对于数据处理的需求。

这种设计也为计算机的设计和优化提供了很好的思路和方法。

6. 总结通过本文的评估和解析，我们对于位可控加减法器的设计以及在32位算术逻辑运算单元中的应用有了更深入的理解。

通过灵活的控制信号，可以实现算术逻辑运算单元在不同情况下对数据进行不同的处理，从而提高了计算机的运算效率和灵活性。

延安大学计算机学院实验报告专用纸
这个4 x 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-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- -极中任意- -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4x4位加法器，且全部采用原理图方式实现。

【5】实验步骤
(1)根据上述阵列乘法器的原理，使用Quartus |I 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。

(2)关闭实验系统电源，按图1-3-3连接实验电路，图中将用户需要连接的信号用圆圈标明。

(3)实物图如下：
(4)打开实验系统电源，将生成的POF文件下载到EPM1270中去。

(5)以CON单元中的SD10...SD13四个二进制开关为乘数A，SD14.. SD17四个二进制开关为被乘数B,而相乘的结果在CPLD单元的L7...LO八个LED灯显示。

给A和B置不同的数，观察相乘的结果。

【6】实验结果
1、输入:1111 1111
结果:1111111
2、输入:0000 0000
结果:00000000。

//超前进位加法器`define word_size 32`define word [`word_size-1:0]`define n 4`define slice [`n-1:0]`define s0 (1*`n)-1:0*`n`define s1 (2*`n)-1:1*`n`define s2 (3*`n)-1:2*`n`define s3 (4*`n)-1:3*`n`define s4 (5*`n)-1:4*`n`define s5 (6*`n)-1:5*`n`define s6 (7*`n)-1:6*`n`define s7 (8*`n)-1:7*`nmodule c_adder (a,b,cin,s,cout); //顶层模块input`word a,b;input cin;output`word s;output cout;wire[7:0] gg,gp,gc; //wire[3:0] ggg,ggp,ggc; //wire gggg,gggp; ////first levelbitslice i0(a[`s0],b[`s0],gc[0],s[`s0],gp[0],gg[0]); bitslice i1(a[`s1],b[`s1],gc[1],s[`s1],gp[1],gg[1]); bitslice i2(a[`s2],b[`s2],gc[2],s[`s2],gp[2],gg[2]); bitslice i3(a[`s3],b[`s3],gc[3],s[`s3],gp[3],gg[3]); bitslice i4(a[`s4],b[`s4],gc[4],s[`s4],gp[4],gg[4]); bitslice i5(a[`s5],b[`s5],gc[5],s[`s5],gp[5],gg[5]); bitslice i6(a[`s6],b[`s6],gc[6],s[`s6],gp[6],gg[6]); bitslice i7(a[`s7],b[`s7],gc[7],s[`s7],gp[7],gg[7]); //second levelcla c0(gp[3:0],gg[3:0],ggc[0],gc[3:0],ggp[0],ggg[0]); cla c1(gp[7:4],gg[7:4],ggc[1],gc[7:4],ggp[1],ggg[1]); assign ggp[3:2]=2'b11;assign ggg[3:2]=2'b00;//third levelcla c2(ggp,ggg,cin,ggc,gggp,gggg);assign cout=gggg|(gggp&cin);endmodule//求和并按输出a,b,cin分组module bitslice(a,b,cin,s,gp,gg);input`slice a,b;input cin;output`slice s;output gp,gg;wire`slice p,g,c;pg i1(a,b,p,g);cla i2(p,g,cin,c,gp,gg);sum i3(a,b,c,s);endmodule//计算传播值和产生值的PG模块module pg(a,b,p,g);input`slice a,b;output `slice p,g;assign p=a|b;assign g=a&b;endmodule//计算sum值的sum模块module sum(a,b,c,s);input`slice a,b,c;output`slice s;wire`slice t=a^b;assign s=t^c;endmodule//n-bit 超前进位模块module cla (p,g,cin,c,gp,gg);input`slice p,g; //输出的propagate bit （传送值）和generate bit（生成值）input cin; //进位输入output`slice c; //为每一位产生进位output gp,gg; //传播值和进位制function [99:0] do_cla; //该函数内将为每个位计算其进位值input `slice p,g;input cin;begin: labelinteger i;reg gp,gg;reg`slice c;gp=p[0];gg=g[0];c[0]=cin;for (i=1;i<`n;i=i+1)begin//C0=G0+P0C_1//C1=G1+P1C0=(G1+P1G0)+P1P0C_1 gp=gp&p[i];gg=(gg&p[i])|g[i];c[i]=(c[i-1]&p[i-1])|g[i-1]; enddo_cla={c,gp,gg};endendfunctionassign {c,gp,gg}=do_cla(p,g,cin); endmodule。

32位双重快速跳跃进位链六级流水线加法器Verilog的实现DLUT-SOFTWARE-0819Mr Xie2011/6/28`timescale 1ns / 1ps //定义时间单位为1ns,时间精度为1ps////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //模块名: fullAdder32//端口说明: clk: 输入的时钟A：输入的32加数B：输入的32位被加数Cin：输入的最低位进位Cout：输出的最高位进位Sum：两个数相加的和//目标器件: Veritex4系列的XC4VSX35//工具版本: Xilinx-ISE10.1、ISE Simulator(VHDL/Verilog)、Synplify Pro9.6.2 //依懒关系: 不依懒于其它模块//创建日期: 08:43:38 06/21/2011//创建人：////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// module fullAdder32(clk,A,B,Cin,Cout,Sum);input clk; //声明clk为1位的线网型输入变量input [31:0] A; //声明A为32位的线网型输入变量input [31:0] B; //声明B为32位的线网型输入变量，input Cin; //声明Cin为1位的线网型输入变量output Cout; //声明Cout为1位的线网型输出变量output [31:0] Sum; //声明Sum为32位的线网型输出变量reg [31:0] Sum; //对Sum进行重新声明为寄存器型reg Cout; //对Cout进行重新声明为寄存器型reg [30:0] C; //每一位相加时产生的进位reg [30:0]tmpC1, tmpC2, tmpC3; //临时变量，对进位作一个暂存reg [31:0]d; //小组的本地进位reg [31:0]tmpd1, tmpd2, tmpd3;//临时变量，对本地进位作一个暂存reg [31:0]t; //小组的传递进位reg [31:0]tmpt1, tmpt2, tmpt3;//临时变量，对传递进位作一个暂存reg [8:1]D; //大组的本地进位reg [8:1]tmpD1; //临时变量，对大组的本地进位作一个暂存reg [8:1]T; //大组的传递进位reg [8:1]tmpT1; //临时变量，对大组的传递进位作一个暂存reg [31:0]tmpA1, tmpA2, tmpA3, tmpA4, tmpA5;//对输入变量A作暂存reg [31:0]tmpB1, tmpB2, tmpB3, tmpB4, tmpB5; //对输入变量B作暂存reg tmpCin1, tmpCin2, tmpCin3, tmpCin4, tmpCin5;//对输入变量Cin作暂存reg tmpCout1, tmpCout2;//对输出变量Cout作一个暂存//////////////////第一个时钟周期//////////////////////////////////计算小组的本地进位d和传递进位t//对输入的加数A，被加数B，低位进位Cin作一级暂存always @(posedge clk) begind <= A&B;t <= A|B;tmpA1 <= A;tmpB1 <= B;tmpCin1 <= Cin;end//////////////////第二个时钟周期/////////////////////////////////对输入的加数A，被加数B，低位进位Cin作二级暂存//对小组的本地进位d,传递进位t作一级暂存//计算进位C[0],C[1],C[2]//计算大组的本地进位D、传递进位Talways @(posedge clk) begintmpd1 <= d;tmpt1 <= t;tmpA2 <= tmpA1;tmpB2 <= tmpB1;tmpCin2 <= tmpCin1;C[0] <= d[0] | t[0]&tmpCin1;C[1] <= d[1] | t[1]&d[0] | t[1]&t[0]&tmpCin1;C[2] <= d[2] | t[2]&d[1] | t[2]&t[1]&d[0] | t[2]&t[1]&t[0]&tmpCin1;D[1] <= d[3] | &{t[3],d[2]} | &{t[3:2],d[1]} | &{t[3:1],d[0]};T[1] <= &t[3:0]; //t[3]&t[2]&t[1]&t[0];D[2] <= d[7] | &{t[7],d[6]} | &{t[7:6],d[5]}| &{t[7:5],d[4]};T[2] <= &t[7:4]; //t[3]&t[2]&t[1]&t[0];D[3] <= d[11] | &{t[11],d[10]} | &{t[11:10],d[9]}| &{t[11:9],d[8]};T[3] <= &t[11:8]; //t[11]&t[10]&t[9]&t[8];D[4] <= d[15] | &{t[15],d[14]} | &{t[15:14],d[13]}| &{t[15:13],d[12]};T[4] <= &t[15:12]; //t[15]&t[14]&t[13]&t[12];D[5] <= d[19] | &{t[19],d[18]} | &{t[19:18],d[17]}| &{t[19:17],d[16]};T[5] <= &t[19:16]; //t[19]&t[18]&t[17]&t[16];D[6] <= d[23] | &{t[23],d[22]} | &{t[23:22],d[21]}| &{t[23:21],d[20]};T[6] <= &t[23:20]; //t[23]&t[22]&t[21]&t[20];D[7] <= d[27] | &{t[27],d[26]} | &{t[27:26],d[25]}| &{t[27:25],d[24]};T[7] <= &t[27:24]; //t[27]&t[26]&t[25]&t[24];D[8] <= d[31] | &{t[31],d[30]} | &{t[31:30],d[29]}| &{t[31:29],d[28]};T[8] <= &t[31:28]; //t[31]&t[30]&t[29]&t[28];end////////////////////////t第三个时钟周期///////////////////////////对输入的加数A，被加数B，低位进位Cin作三级暂存//对小组的本地进位d,传递进位t作二级暂存//对大组的本地进位D,传递进位T作一级暂存//对进位部分进位C作二级暂存//计算进位C[3],C[7],C[11],C[15]always @ (posedge clk) begintmpd2 <= tmpd1;tmpt2 <= tmpt1;tmpA3 <= tmpA2;tmpB3 <= tmpB2;tmpCin3 <= tmpCin2;tmpD1 <= D;tmpT1 <= T;tmpC1[2:0] <= C[2:0];tmpC1[3] <= D[1] | T[1]&tmpCin2;tmpC1[7] <= D[2] | T[2]&tmpCin2;tmpC1[11] <= D[3] | T[3]&tmpCin2;tmpC1[15] <= D[4] | T[4]&tmpCin2;end////////////////////////t第四个时钟周期///////////////////////// //对输入的加数A，被加数B，低位进位Cin作四级级暂存//对小组的本地进位d,传递进位t作三级暂存//对进位部分进位C作二级暂存//计算进位C[6:4],C[10:8],C[14:12],C[19:16],C[23],C[27]//计算最高进位Coutalways @ (posedge clk) begintmpd3 <= tmpd2;tmpt3 <= tmpt2;tmpA4 <= tmpA3;tmpB4 <= tmpB3;tmpCin4 <= tmpCin3;tmpC2[0] <= tmpC1[0];tmpC2[1] <= tmpC1[1];tmpC2[2] <= tmpC1[2];tmpC2[3] <= tmpC1[3];tmpC2[7] <= tmpC1[7];tmpC2[11] <= tmpC1[11];tmpC2[15] <= tmpC1[15];tmpC2[4] <= tmpd2[4] | tmpt2[4]&tmpC1[3];tmpC2[5] <= tmpd2[5] | tmpt2[5]&tmpd2[4] | tmpt2[5]&tmpt2[4]&tmpC1[3];tmpC2[6] <= tmpd2[6] | tmpt2[6]&tmpd2[5] |tmpt2[6]&tmpt2[5]&tmpt2[4]&tmpC1[3];tmpC2[8] <= tmpd2[8] | tmpt2[8]&tmpC1[7];tmpC2[9] <= tmpd2[9] | tmpt2[9]&tmpd2[8] | tmpt2[9]&tmpt2[8]&tmpC1[7];tmpC2[10]<=tmpd2[10] | tmpt2[10]&tmpd2[9]| tmpt2[10]&tmpt2[9]&tmpt2[8]&tmpC1[7];tmpC2[12] <= tmpd2[12] | tmpt2[12]&tmpC1[11];tmpC2[13] <= tmpd2[13] | tmpt2[13]&tmpd2[12]| tmpt2[13]&tmpt2[12]&tmpC1[11];tmpC2[14] <= tmpd2[14] | tmpt2[14]&tmpd2[13]|tmpt2[14]&tmpt2[13]&tmpt2[12]&tmpC1[11];tmpC2[16] <= tmpd2[16] | tmpt2[16]&tmpC1[15];tmpC2[17] <= tmpd2[17] | tmpt2[17]&tmpd2[16]| tmpt2[17]&tmpt2[16]&tmpC1[15];tmpC2[18]<=tmpd2[18] | tmpt2[18]&tmpd2[17]| tmpt2[18]&tmpt2[17]&tmpt2[16]&tmpC1[15];tmpC2[19] <= tmpD1[5] | tmpT1[5]&tmpC1[15];tmpC2[23] <= tmpD1[6] | tmpT1[6]&tmpC1[15];tmpC2[27] <= tmpD1[7] | tmpT1[7]&tmpC1[15];tmpCout1 <= tmpD1[8] | tmpT1[8]&tmpC1[15];end////////////////////////t第五个时钟周期///////////////////////////对输入的加数A，被加数B，低位进位Cin作五级级暂存//对进位部分进位C作三级暂存//对最高进位Cout作一级暂存//计算进位C[22:20],C[26:24],C[30:28]always @ (posedge clk) begintmpA5 <= tmpA4;tmpB5 <= tmpB4;tmpCin5 <= tmpCin4;tmpC3[19:0] <= tmpC2[19:0];tmpC3[23] <= tmpC2[23];tmpC3[27] <= tmpC2[27];tmpCout2 <= tmpCout1;tmpC3[20] <= tmpd3[20] | tmpt3[20]&tmpC2[19];tmpC3[21] <= tmpd3[21] | tmpt3[21]&tmpd3[20]| tmpt3[21]&tmpt3[20]&tmpC2[19];tmpC3[22] <= tmpd3[22] | tmpt3[22]&tmpd3[21]| tmpt3[22]&tmpt3[21]&tmpd3[20]| tmpt3[22]&tmpt3[21]&tmpt3[20]&tmpC2[19];tmpC3[24] <= tmpd3[24] | tmpt3[24]&tmpC2[23];tmpC3[25] <= tmpd3[25] | tmpt3[25]&tmpd3[24]| tmpt3[21]&tmpt3[20]&tmpC2[23];tmpC3[26] <= tmpd3[26] | tmpt3[26]&tmpd3[25]| tmpt3[26]&tmpt3[25]&tmpd3[23]| tmpt3[26]&tmpt3[25]&tmpt3[24]&tmpC2[23];tmpC3[28] <= tmpd3[28] | tmpt3[28]&tmpC2[27];tmpC3[29] <= tmpd3[29] | tmpt3[29]&tmpd3[28]| tmpt3[29]&tmpt3[28]&tmpC2[27];tmpC3[30] <= tmpd3[30] | tmpt3[30]&tmpd3[29]| tmpt3[30]&tmpt3[29]&tmpd3[28]| tmpt3[30]&tmpt3[29]&tmpt3[28]&tmpC2[27]; end////////////////////////第六个时钟周期///////////////////////////所有的进位已经产生//计算A、B两个数的和Sum//输出最高进位always @ (posedge clk) beginSum <= tmpA5^tmpB5^{tmpC3[30:0],tmpCin5};Cout <= tmpCout2;endendmodule// module fullAdder32(clk,A,B,Cin,Cout,Sum);测试代码如下：`timescale 1ns / 1ps //定义时间单为及时间精度//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////模块名: test.v//输入输出端口：无//目标器件: Veritex4系列的XC4VSX35//工具版本: Xilinx-ISE10.1、ISE Simulator(VHDL/Verilog)、Synplify Pro9.6.2 //创建日期: 08:44:52 06/23/2011//创建人：//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// module test;// 输入信号reg clk;reg [31:0] A;reg [31:0] B;reg Cin;//输出信号wire Cout;wire [31:0] Sum;// 实例化要测试的模块fullAdder32 uut (.clk(clk),.A(A),.B(B),.Cin(Cin),.Cout(Cout),.Sum(Sum));initial begin// 初始化输入信号clk = 1;A = 32'd1112111;B = 32'd2221222;Cin = 0;//下面为仿真激励信号foreverfork#20 A <= A + 1; //加数每隔一个时钟周期加1#20 B <= B + 1; //被加数每隔一个时钟周期加1joinendalways#10 clk <= ~clk; //时钟周期为20nsendmodule1.加法器的仿真仿真时序波形如下所示：2.加法器的综合Technology Hierarchical View如下图所示：。

实验二快速加法器与32位ALU设计实验1.1设计要求1. 掌握串行加法器逻辑实现原理。

1) 能设计8 位可控加减法电路。

2. 掌握快速加法中先行进位的原理。

1) 能设计4 位先行进位电路。

2) 能设计4 位快速加法器。

3. 掌握组内先行，组间先行的基本原理。

1) 利用4 位快速加法器构建16 位、32 位快速加法器。

2) 能分析相关电路延迟。

1. 掌握定点数加减法溢出检测方法。

2. 理解算术逻辑运算单元ALU 的基本构成。

3. 掌握Logisim 中各种运算组件的使用方法：1) 逻辑运算：与、或、非、异或2) 算术运算：乘法器、除法器、求补器、比较器3) 移位器4. 熟练掌握多路选择器的使用方法。

5. 能利用前述实验完成的32 位加法器（禁止使用Logisim 自带的加法器/减法器组件）和Logisim 的运算组件构造指定规格的ALU 单元。

运算器功能以及输入输出引脚见下表表 0.1 片引脚与功能描述引脚输入/输出位宽功能描述X 输入32 操作数XY 输入32 操作数YALU_OP 输入 4 运算器功能码，具体功能见下表Result 输出32 ALU运算结果Result2 输出32 ALU结果第二部分，用于乘法指令结果高位或除法指令的余数位，其他操作为零OF 输出 1 有符号加减溢出标记，其他操作为零CF 输出 1 无符号加减溢出标记，其他操作为零Equal 输出 1 Equal=(x==y)?1:0, 对所有操作有效表 0.2 运算符功能ALU OP 十进制运算功能0000 0 Result = X << Y 逻辑左移（Y取低五位）Result2=00001 1 Result = X >>>Y 算术右移（Y取低五位）Result2=00010 2 Result = X >> Y 逻辑右移（Y取低五位）Result2=00011 3 Result = (X * Y)[31:0]; Result2 = (X *Y)[63:32] 有符号0100 4 Result = X/Y; Result2 = X%Y 无符号0101 5 Result = X + Y Result2=0 (Set OF/CF)0110 6 Result = X - Y Result2=0 (Set OF/CF)0111 7 Result = X & Y Result2=01000 8 Result = X | Y Result2=01001 9 Result = X⊕Y Result2=01010 10 Result = ~(X |Y) Result2=01011 11 Result = (X < Y) ? 1 : 0 Signed Result2=01100 12 Result = (X < Y) ? 1 : 0 Unsigned Result2=01101 13 Result = Result2=01110 14 Result = Result2=01111 15 Result = Result2=01.2方案设计1.2.1 八位可控加减法器原理：补码减法变加法原理减法变加法原因：负数的减法运算也要设法化为加法来做，其所以使用这种方法而不使用直接减法，是因为它可以和常规的加法运算使用同一加法器电路，从而简化了计算机的设计。

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。

杭州电子科技大学计算机学院
实验报告
实验项目：实验2-超前进位加法器设计实验
课程名称：计算机组成原理与系统结构课程设计
姓名：学号：同组姓名：学号：
实验位置（机号）：
实验日期：指导教师：
#100;
A = 1011;
B = 1101;C0 = 0;
#100;
A = 1010;
B = 0010;C0 = 1;
#100;
A = 0111;
B = 1000;C0= 0;
#100;
A = 0011;
B = 0100;C0 = 1;
#100;
A = 1001;
B = 0001;C0 = 0;
#100;
end
Endmodule
RTL图
二、结果
思考题：
（1）综合得到的电路图，它和想要设计的电路在引脚的输入输出方面是完全相同的，但是相比较内部的RTL图，实验实现的结果是相同的，但是我编写的实验代码并没有调用实验一的全加器设计。

（2）尝试编写8位超前进位加法器设计实验
module add_8 ( input [7:0]a, input [7:0]b, input cin, output [7:0] s, output co );
wire [7:0]c_tmp;
wire [7:0]g;
wire [7:0]p;。