(最新版)16位定点数原码一位乘法器的设计与实现课程设计报告

定点源码一位乘法器的设计内容结论篇一：设计一个定点源码一位乘法器可以帮助我们更好地理解计算机内部如何进行乘法运算。

本文将介绍一个定点源码一位乘法器的设计方案,包括其基本结构和实现方式,结论是这种乘法器在计算机内部可以实现,并且具有高效的性能。

首先来看乘法器的基本原理。

乘法是将两个数相乘得到的结果存储在两个数的对应位上,然后根据乘积的二进制表示将结果进行位运算得到最终的答案。

对于一位乘法器,其基本操作如下:1. 读取两个数,并将它们存储在一个临时变量中。

2. 对两个数进行位运算,将乘积的对应位设置为1,其他位设置为0。

3. 将结果存储回原来的两倍位置。

下面我们来具体实现一个一位乘法器。

首先,我们需要选择一种编程语言来实现乘法器。

由于一位乘法器只涉及两个数的不同位,因此选择C语言作为实现语言。

接下来,我们需要设计一个乘法器的数据结构。

对于一位乘法器,我们只需要将乘积的二进制表示存储在一个数组中,而不需要存储中间结果。

因此,我们可以使用一个二进制数组来实现一位乘法器。

接下来,我们来实现乘法器的代码。

首先,我们初始化两个数组,一个用于存储乘积的二进制表示,另一个用于存储中间结果。

然后,我们使用位运算来实现乘法操作。

具体地,我们按照以下步骤进行操作:1. 读取两个数。

2. 对两个数进行位运算。

3. 将乘积的对应位设置为1,其他位设置为0。

4. 将结果存储回原来的两倍位置。

下面是完整的代码实现:```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define MAX_INT 32767// 乘法器数据结构typedef struct {int value;int bit[2];} 乘积;// 初始化乘积void init_积(乘积*积) {积->value = 0;for (int i = 0; i < 2; i++) {积->bit[i] = 0;}}// 读取两个数int read_nums(乘积*积, int num1, int num2) { 乘积 temp;init_积(&temp);int carry = 0;for (int i = 0; i < 8; i++) {int bit = (num2 >> i) & 1;temp.bit[i] = bit;if (bit) {carry++;}}temp.value = carry ? (temp.value + num1) : num1;return temp.value;}// 位运算void bit_Ops(乘积*积, int num1, int num2, int bit) { if (bit) {积->bit[2 * bit - 1] = num2 & 1;}}// 打印结果void print_result(乘积*积, int num1, int num2) {for (int i = 0; i < 2; i++) {printf("%d ",积->bit[i]);}printf("");}int main() {乘积积1,积2;int num1, num2;printf("请输入两个整数:");scanf("%d%d", &num1, &num2);printf("请输入第一个整数:");scanf("%d", &积1.value);printf("请输入第二个整数:");scanf("%d", &积2.value);printf("请输入第一个整数的位数: ");scanf("%d", &积1.bit[0]);printf("请输入第二个整数的位数: ");scanf("%d", &积2.bit[0]);printf("计算结果为:");printf("%d", read_nums(积1, num1, num2));printf("计算结果的位数:");printf("%d ",积1.bit[2 *积1.bit[0] - 1]);printf(" ");printf("计算结果的进位:");printf("%d ",积2.bit[2 *积2.bit[0] - 1]);printf(" ");return 0;}```根据上面的代码,我们可以得到一位乘法器的基本结构。

实验课程: 计算机组成原理实验时间:班级:姓名:学号批阅教师:硬布线实现原码一位乘法实验内容：在实验箱上用硬布线方法实现原码一位乘法实验设备：CP226组成原理实验箱实验设备介绍:CP226 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。

其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD 来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。

微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。

模型机为8 位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。

模型机的指令码为8 位，根据指令类型的不同，可以有0 到 2 个操作数。

指令码的最低两位用来选择R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。

而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。

在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。

模型机有24 位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。

24 位控制位分别介绍如下：XRD ：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。

EMWR：程序存储器EM 写信号。

EMRD：程序存储器EM 读信号。

PCOE：将程序计数器PC 的值送到地址总线ABUS 上。

EMEN：将程序存储器EM 与数据总线DBUS 接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS 数据写到EM 中，还是从EM 读出数据送到DBUS。

IREN：将程序存储器EM 读出的数据打入指令寄存器IR 和微指令计数器uPC。

原码一位乘法器设计实验报告一位乘法器设计实验报告本次实验的目的是设计一个1位乘法器，使用VHDL语言在FPGA平台上进行编程，以模拟数字系统中常用的数字乘法操作。

（1）实验介绍本次实验采用FPGA对1位乘法器进行设计，通过综合语言VHDL对1位乘法器进行编程，实现乘法操作，考核我们所学习到的技能，及其在数字电路中的运用。

（2）原理1位乘法器（One-bit Multiplier）主要包括一个数据输入端A，输入一位A；B输入端，输入一位B；两个控制端，乘法指令和正负指令；产生和端为Cout，乘法结果输出端为Dout。

1位乘法器的功能是：如果A、B都为0时，整个乘法器保持空闲，如果A>0或者 B>0，就会开始乘法运算，Cout为A与B的AND运算结果，Dout=A*B，即当B=1时，Dout=A；当B=0时，Dout=0。

（3）实验流程（1）设计多位乘法器的功能模块，完成模块之间的接口描述；（2）设计1位乘法器的VHDL代码，其中包括输入、输出、控制部分；（3）利用Xilinx ISE 14.6完成编译，查看综合错误情况；（4）绘制电路图，添加模块；（5）进行仿真测试，将模块内各部分功能输入实际值，验证运算正确性；（6）在DE2开发板上运行代码，上传新的程序，查看实际运行情况，确认乘法器可以正确工作；（7）验证结果，完成整个乘法器的设计。

（4）实验结果本次实验通过编写VHDL语言，绘制电路图，仿真测试，烧写程序等步骤，设计出一位乘法器，实现了正确乘法运算功能，实验结果如下图所示：此外，实验中使用的FPGA开发板的硬件设计采用Cyclone ll，有良好的性能和可编程性，在编程和复杂数字电路处理领域有很强的优势。

（5）总结本次实验通过实验，熟悉了1位乘法器的结构及其工作原理，掌握综合语言VHDL和FPGA编程技术，掌握了数字电路设计。

最后，本次实验完成了乘法器的设计，检验结果满足预期，获得有意义的实验教训，实现了实验目标。

实验一、原码一位乘法器一、引言在计算机组成原理知识教学过程中，关于二进制乘法运算是一个较难理解的环节，其中又以“定点原码一位乘法算法”是最基础的，针对这一算法设计实验方案，为学员提供实践环境，对深入理解这一问题、以及进一步的学习其他乘法乃至除法算法都十分重要。

二、定点原码一位乘法算法两个原码数相乘，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。

例如：[X]原=X0X1X2…Xn，X0为符号[Y]原=Y0Y1Y2…Yn，Y0为符号则[X·Y]原=（X0⊕Y0）|（X1X2…Xn）·（Y1Y2…Yn），符号“|”表示把符号和数值邻接起来。

在计算时，符号位和数值位分别进行计算。

对于数值位，逐次按乘数每一位（从低位到高位）上的值是1还是0，决定一个相加数或者是被乘数或者是0，并向左偏移一位去加上次计算得到的和（它又被称为部分积，其初值为0），如此进行乘数位数次，最终得到乘积。

在此需要注意的是：“相加数向左偏移一位后求和”和“上次计算得到的和向右偏移一位后求和”两种求和的方法是等效的，设计乘法器时采用后一种方法，其目的是寻求部份积与乘数移位方向的一致性。

例如X的值为1101，Y的数值为1011，求X·Y数值的过程如下：三、定点原码一位乘法器的逻辑结构根据以上算法，设计定点原码一位乘法器的逻辑结构如下图所示：其中n位寄存器S1n称为部分积寄存器，初值为0，计算结束时寄存乘积高位；一位寄存器S0用以寄存乘积符号；n+1位寄存器Y0n称为被乘数寄存器；n位寄存器X1n称为乘数寄存器，初值为乘数，计算结束时寄存乘积低位；一位寄存器X0用以寄存乘数符号。

控制信号Scr用于S1n清零，低电平有效；Scp用于S1n的触发，上升沿有效；S0cp用于S 0的触发，上升沿有效，X0cp用于X0的触发，上升沿有效，并且乘法器运行时，要求先产生X 0cp，然后再产生S0cp，所以这两个信号正好应用一个正脉冲的两个边沿；Xcp用于X1n的触发，上升沿有效；Ycp用于Y0n的触发，上升沿有效；Isc用于控制X1n是选择开关组值作输入还是选择移位的部分积作输入。

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：定点原码一位除法器的设计（系）：业: 级: 号: 名:指导教师:完成日期:第1章总体设计方案1.1设计原理1.2设计环境第2章详细设计方案2.1顶层方案图的设计与实现.......2.1.1创建顶层图形设计文件........2.1.2器件的选择与引脚锁定........2.2功能模块的设计与实现.........2.2.1选择移位模块的设计与实现.2.2.2余数选择器模块的设计与实现2.2.3控制器模块的设计与实现... 2.3仿真调试...................... 第3章编程下载与硬件测试.......... . (4) (4) (4) (6) (6) (9)..10 .11.133.1编程下载..........3.2硬件测试及结果分析参考文献............... 13 13 14第1章总体设计方案1.1 设计原理定点原码一位除法的计算有恢复余数和加减交替两种算法，商的符号为除数与被除数两符号位的异或值，数值则为两数绝对值相除后的结果。

此设计方案仅采用恢复余数法进行设计。

恢复余数定点原码一位除法器实现的功能如表 1.1所示，设计的电路应实现表1.1中给定的功能。

设：X=X0 X1……X nY=Y0 Y1……Y nX0 X1，丫0丫1分别为符号位，K为两符号位的异或值X/Y=K*|X|/|Y||X|/|Y|利用恢复余数法求的，在计算机中，商只能用做减法判结果的符号为正还是为负来确定。

当差为负时，上商为0，同时还应该把除数再加到差上去,恢复余数为原来的正值之后再左移一位。

若减得的差为0或为正值时，就没有恢复余数的操作，上商为1,余数左移一位。

其计算过程如下:例：已知：X=0.0100丫=0.1000求：X/Y表1.1恢复余数定点原码一位除法器功能表恢复余数定点原码一位除法器的整体设计包含两输入寄存器模块，一个加法运算模块，一个余数移位模块，一个商移位模块和一个由触发器和计数器构成的控制模块，移位模块采用Verilog设计输入方式，其余采用原理图设计输入方式。

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。

沈阳航空工业学院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：定点原码一位乘法器的设计院（系）：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：4401102学号：200403011034姓名：蔡丽娇指导教师：刘泽显完成日期：2006年12月31日沈阳航空工业学院课程设计报告目录第1章总体设计方案 (1)1.1 设计原理 (1)1.2 设计思路 (1)1.3 设计环境 (2)第二章详细设计方案 (3)2.1顶层方案图的设计与实现 (3)2.1.1创建顶层图形设计文件 (3)2.1.2器件的选择与引脚锁定 (3)2.2 功能模块的设计与实现 (5)2.2.1 8位移位电路 (5)2.2.2 部分积寄存器 (7)2.2.3 乘数寄存器 (7)2.2.4 二路选择器 (8)2.2.5 计数器 (9)2.2.6 结果输出器 (11)2.3 仿真调试 (13)第3章编程下载与硬件测试 (14)3.1 编程下载 (14)3.2 硬件测试及结果分析 (14)参考文献 (15)附录（电路原理图） (16)第1章总体设计方案1.1 设计原理定点原码一位乘法器的设计主要是基于原码一位乘法的计算过成。

设计内容主要是实现输入被乘数和乘数经电路得出结果。

设计思想是：以乘数的最低位作为乘法判断位，若判断位为1，则在前次部分积（初始部分积为0）上加上被乘数，然后连同乘数一起右移一位；若判断位为0，则在前次部分积上加0，然后连同乘数一起右移一位。

重复此判断过程，直到运算n次为止(n为乘数数值部分的长度)。

1.2 设计思路原码一位乘法器主要包括ALU﹑部分积寄存器﹑乘数移位寄存器﹑被乘数寄存器和移位电路五大部分。

这五大部分就作为底层设计，其中乘数移位寄存器需要保留移出的最低位，它的最高位要接收部分积移出的最低位这两部分采用V erilog语言进行设计，顶层的乘法器采用原理图设计输入方式。

原码一位乘的数值运算中不需要考虑符号位的情况，符号位于数值位分开处理。

原码一位乘法课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握原码一位乘法的概念和原理，理解其在计算机运算中的重要性。

2. 使学生能够运用原码一位乘法算法进行二进制数的乘法运算，并正确表示结果。

3. 帮助学生理解原码乘法与补码乘法的区别与联系，提高学生对计算机中数值表示方法的认识。

技能目标：1. 培养学生运用原码一位乘法进行二进制乘法运算的能力，提高学生的计算速度和准确性。

2. 培养学生分析原码一位乘法运算过程中可能出现的问题，并能提出相应的解决方法。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机运算原理的兴趣，激发学生主动探索计算机科学知识的欲望。

2. 培养学生团队合作意识，使学生学会在合作中解决问题，共同提高。

3. 培养学生严谨的学术态度，使学生认识到计算机运算中的精确性和逻辑性。

课程性质：本课程属于计算机科学领域，涉及二进制运算和数值表示方法，具有理论性和实践性。

学生特点：学生已具备一定的二进制基础知识，具有一定的逻辑思维能力和动手操作能力。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以实例讲解和动手练习为主，提高学生对原码一位乘法的理解和运用能力。

在教学过程中，关注学生个体差异，给予个性化指导，确保学生能够达到预定的学习目标。

通过课程学习，使学生能够将原码一位乘法应用于实际计算问题，提高学生的计算思维和问题解决能力。

二、教学内容1. 引入原码一位乘法概念，回顾二进制数的表示方法及其运算规则。

2. 讲解原码一位乘法的运算原理，以实例展示原码乘法运算过程。

3. 分析原码一位乘法与补码乘法的区别和联系，探讨各自在计算机运算中的应用场景。

4. 制定原码一位乘法运算步骤，引导学生通过练习掌握运算方法。

- 确定乘数和被乘数的原码表示；- 进行二进制乘法运算；- 判断符号位，确定结果符号；- 转换结果为原码表示。

5. 设计实例和练习题，涵盖不同类型的原码一位乘法运算，提高学生的实际操作能力。

6. 教学内容进度安排：- 第一节课：引入概念，讲解原码一位乘法原理，分析运算规则；- 第二节课：对比原码与补码乘法，通过实例讲解和练习加深理解；- 第三节课：总结原码一位乘法的运算步骤，进行实际操作练习；- 第四节课：巩固所学知识，解决实际问题，拓展学生思维。

定点原码一位乘法器的设计定点原码乘法器是一种基本的数字运算电路，用于实现两个定点原码数的乘法运算。

在设计定点原码乘法器时，需要考虑两个关键方面：乘法运算的算法和乘法运算电路的实现。

一、乘法运算的算法设计：1.符号位的处理：定点原码乘法器需要考虑乘法运算的符号位。

根据乘法运算的规则，当两个数的符号位不同时，乘积的符号位为负；当两个数的符号位相同时，乘积的符号位为正。

因此，在乘法运算时，首先需要对两个乘数的符号位进行判断和处理。

2.乘法运算的主体部分：乘法运算的主体部分是通过将两个乘数的每一位进行相乘，并将结果相加得到乘积的每一位。

一般来说，乘法运算可以采用移位和加法的方式来实现。

a.移位操作：在乘法运算中，需要将乘数的每一位与被乘数的每一位相乘，并将结果相加。

因此，首先需要将乘数的每一位与被乘数的每一位相乘，移位操作可以实现该过程。

b.加法操作：乘法运算中，需要将乘数的每一位与被乘数的每一位相乘，得到中间的结果，然后将中间结果相加，得到最终的乘积。

这一步骤可以通过加法器电路来实现。

二、乘法运算电路的实现设计：在设计定点原码乘法器的电路时，需要考虑各个功能模块的实现：1.符号位处理电路：由于定点原码乘法器需要考虑两个乘数的符号位，因此需要设计一个符号位处理电路。

该电路可以根据两个乘数的符号位来判断乘积的符号位，并给出相应的控制信号。

2.移位操作电路：移位操作电路用于实现乘数的每一位与被乘数的每一位相乘。

可以采用多路选择器和移位寄存器来实现。

多路选择器用于选择当前操作的两个数位，移位寄存器用于保存被乘数的每一位。

3.加法器电路：加法器电路用于将乘数的每一位与移位操作电路中移位后的结果相加。

可以采用并行加法器来实现，通过级联多个全加器，实现两个二进制数的加法运算。

4.乘积结果输出电路：乘积结果输出电路用于将最终的乘积输出。

可以通过选择器来选择最后一位的结果，并将结果输出到寄存器中，供后续电路使用。

设计定点原码乘法器的步骤如下：1.分析乘法运算的算法，确定各个功能模块的需求和输入输出信号。

第1章总体设计方案1.1 设计原理原码一位乘乘法器中用三个寄存器X，Y和BFJ分别存放被乘数，乘数和部分积。

乘法运算开始时，BFJ寄存器被清零，作为初始部分积。

被乘数放在X 寄存器中，乘数放在Y寄存器中。

实现部分积和被乘数相加是通过X送加法器和Y送加法器，在加法器中完成的。

加法器的输出经过移位电路向右移一位送入BFJ寄存器中。

Y寄存器是用移位寄存器实现的，其最低位用作Y送加法器的控制命令。

因为原码一位乘是通过乘数的最低位是1还是0来确定加数的，当乘数的最后一位为1的时候，部分积加上被乘数，当乘数的最后一位为0的时候，部分积加上0。

加法器最低一位的值，在右移的过程中将被移入Y寄存器的最高数值位，这样就使积的低位部分被保存在Y寄存器中，最开始的乘数在逐位右移的过程中不断丢失，直到移位结束。

乘法运算完成以后BFJ寄存器中保存的数值是乘积的高位部分，Y寄存器即乘数寄存器中保存乘积的低位部分。

1.2设计思路实现原码一位乘乘法的逻辑框图如图1.2所示，BFJ存放部分积，X存放被乘数，Y存放乘数。

一个实现一位原码乘法运算的运算器可以由一个被乘数寄存器，一个乘数寄存器，一个部分积寄存器，一个加法器，一个计数器，二选一选择电路以及移位电路七个模块构成。

顶层的乘法器模块采用原理图设计输入方式。

被乘数寄存器模块中X为被乘数输入端，LOAD为数据打入电平，CLK为输入脉冲，XOUT为数据输出端口。

乘数寄存器模块中Y为乘数输入端，LOAD为数据打入电平，CLK位输入脉冲，INPUT为部分积最低位输入端，YOUT为数据输出端口，LOWBIT为数乘数最低位输出端。

部分积寄存器中IN为部分积右移一位以后的数据输入端，CLR为清零电平，CLK为输入脉冲，HIGH为加法器的进位输入端，OUT为部分积右移一位后数据输出端。

图1.2实现原码一位乘法的逻辑电路框图计数器模块中CLR为清零端，CLKI为输入脉冲，CLKO为脉冲输出。

二选一选择电路中IN为被乘数输入端口，CTR为控制信号输入。

课程名称电子设计自动化题目十六位乘法器院系班级信息学院09电子信息工程1班姓名崔钦婉学号**********指导老师凌朝东2011 年7 月6 日题目名称：十六位硬件乘法器电路摘要：设计一个16位硬件乘法器电路.要求2位十进制乘法，能用LED数码管同时显示乘数,被乘数和积的值.本设计利用Quartus II软件为设计平台,通过移位相加的乘法原理：即从被乘数的最低位开始，若为1，则乘数左移后与上一次的和相加；若为0，左移后以全零相加，直至被乘数的最高位。

经软件仿真和硬件测试验证后,以达到实验要求。

目录摘要 (2)1. 系统设计 (3)1.1设计要求 (3)1.2系统设计方案 (3)2. 单元电路设计 (5)3. 软件设计 (8)4. 系统测试 (9)结论 (9)参考文献 (9)附录 (10)1.系统设计1.1设计要求题目要求设计一个16位硬件乘法器电路.要求2位十进制乘法;能用LED数码管同时显示乘数,被乘数和积的信息.设置一个乘法使能端,控制乘法器的计算和输出.1.2系统设计方案此设计问题可分为乘数和被乘数输入控制模块,乘法模块和输出乘积显示模块基本分.乘数和被乘数的输入模块使输入的十进制数转化为二进制数输入乘法模块,乘法模块利用移位相加的方法将输入的两组二进制数进行相乘,并将16位乘积输出到乘积输出显示模块.显示模块将输入的二进制数按千,百,十,个位分别转化为十进制数输出.乘数和被乘数的输入可用数据开关K1~K10分别代表数字1,2,…,9,0,用编码器对数据开关K1~K10的电平信号进行编码后输入乘法器进行计算.但此方案所用硬件资源较多,输入繁琐,故不采取.方案二是利用硬件箱自带16进制码发生器,由对应的键控制输出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.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.使得减少了无用码的输入.两数相乘的方法很多,可以用移位相加的方法,也可以将乘法器看成计数器,乘积的初始值为零,每一个时钟周期将乘数的值加到积上,同时乘数减一,这样反复执行,直到乘数为零.本设计利用移位相加的方法使得程序大大简化.系统总体电路组成原理图如下图所示：2.单元电路设计（1）乘数和被乘数的输入模块:可分为两部分:十位输入和个位输入;十位输入的4位16进制码转换为8位2进制码后输入乘数和被乘数组成模块利用’&’与个位输入的4位16进制数组合而成.模块图如下图所示：此功能模块的仿真图如下图所示：结果显示：当乘数十位（a1）输入4，个位（a0）输入7时，out1能输出4；当被乘数十位（b1）输入8，个位（b0）输入5时，out2能输出85。

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：定点补码一位乘法器的设计院（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：2006年12月31日沈阳航空工业学院课程设计报告目录第1章总体设计方案 (2)1.1补码乘法器设计原理 (2)1.2设计思路 (4)1.3设计环境 (5)第2章详细设计方案 (5)2.1补码乘法器电路图的设计与实现 (6)2.1.1 补码乘法器设计 (6)2.1.2 器件的选择与引脚锁定 (8)2.1.3 编译、综合、适配 (8)2.2功能模块的设计与实现 (9)2.2.1 两输入三选一选择器模块的设计与实现 (9)2.2.2 半加器模块的设计与实现 ........................................... 错误！未定义书签。

2.3仿真调试 (10)第3章编程下载与硬件测试 (12)3.1编程下载 (12)3.2硬件测试及结果分析 (12)参考文献 (14)第1章总体设计方案1.1 补码乘法器设计原理原码乘法的主要问题是符号位不能参加运算，单独用一个异或门产生乘积的符号位，故自然提出能否让符号数字化后也参加乘法运算，补码乘法就可以实现符号位直接参加运算。

布斯(Booth)算法，它采用相加和相减的操作计算补码数据的乘积，Booth算法对乘数从低位开始判断，根据两个数据位的情况决定进行加法、减法还是仅仅移位操作。

Booth算法操作表示判断的两个数据位为当前位及其右边的位(初始时需要增加一个辅助位0)，移位操作是向右移动。

判断被乘数中的最低位以及右边的位(辅助位0),如果为00，则只进行移位操作；之后在判断移位之后的最后两位，如果为01，则进行加法操作并进行移位操作；如果最后两位为10，则进行减法操作并移位，这个减法操作相当于减去2x的值；判断最后的差值，如为1，则部分积加[X]补；如为0，则不分积加0；如为-1，则部分积加[-X]补，最后一次不移位。

组成原理——定点原码一位乘法器设计与实现定点原码一位乘法器是一种用于进行定点数乘法运算的电路。

它是计算机系统中常用的基本算术电路，用于实现乘法操作。

在本文中，我们将讨论定点原码一位乘法器的设计原理以及其实现方法。

定点数表示法是一种用整数表示的数值表示法，其中小数点的位置是固定的。

在定点数乘法运算中，我们需要将两个输入数值进行相乘，并将结果输出。

定点原码一位乘法器的设计目标是实现高精度的乘法运算，同时保持低功耗和低延迟。

定点原码一位乘法器的设计原理基于布尔代数和逻辑电路。

其主要包括以下几个步骤：1.输入信号：定点原码一位乘法器通常有两个输入信号，分别代表两个乘数。

这些信号通常由时钟信号触发，以确保同步操作。

2.加法器和移位器：定点原码一位乘法器使用加法器和移位器来实现乘法操作。

移位器用于将乘数（或加数）进行位移操作，以便选择正确的乘积位。

加法器用于将部分乘积相加，并输出最终的乘积结果。

3.乘积位选择：乘积位选择决定了哪些部分乘积需要相加以得到最终乘积结果。

这通常通过导线连接来实现，其中每根导线对应于一个部分乘积位。

4.符号位处理：定点原码一位乘法器还需要处理符号位。

这涉及到对符号位进行逻辑与门操作，以确保最终结果的符号正确。

定点原码一位乘法器的实现通常使用逻辑门、移位寄存器、加法器等电路元件。

它的实现过程可以分为以下几个步骤：1.设计逻辑电路：根据定点原码一位乘法器的设计原理，设计逻辑电路图，其中包括逻辑门、移位寄存器和加法器等。

2.实现逻辑电路：根据设计的逻辑电路图，使用逻辑门、移位寄存器和加法器等电路元件，来实现电路的物理连接。

3.进行仿真：使用仿真工具，对设计的电路进行仿真测试，以验证电路的正确性和性能。

4.调整和优化：根据仿真结果，对电路进行调整和优化，以提高电路的性能和功耗。

5.布局和布线：根据最终设计的电路图，对电路进行布局和布线，以保证电路的可靠性和稳定性。

6.制造和测试：将电路进行制造和测试，以确保制造的电路符合设计要求，并具有良好的性能和可靠性。

16位课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握16位计算机组成原理，包括CPU、内存、I/O设备等基本组件的工作原理；2. 学会使用16位汇编语言进行基本编程，掌握汇编指令的使用和程序结构；3. 了解16位计算机系统中操作系统的基本功能，如进程管理、内存管理等；4. 掌握16位计算机系统中常见的中断处理和异常处理机制。

技能目标：1. 能够运用16位汇编语言编写简单的程序，具备调试和优化程序的能力；2. 能够分析16位计算机系统的性能，提出改进措施；3. 能够运用所学知识解决实际问题，具备一定的计算机系统分析和设计能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机硬件和底层软件的兴趣，激发他们探究计算机原理的欲望；2. 培养学生的团队合作精神，使他们学会在团队中分享知识、交流经验；3. 增强学生的信息安全意识，使他们认识到计算机系统安全的重要性；4. 培养学生的创新意识和实践能力，鼓励他们勇于尝试、不断进步。

课程性质：本课程为计算机科学与技术专业核心课程，旨在帮助学生深入理解16位计算机系统的组成、工作原理和编程技巧。

学生特点：学生具备一定的计算机基础知识，对计算机硬件和软件有一定的了解，但对16位计算机系统及其编程尚较陌生。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，以实例教学为主，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程的学习和实际工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 16位计算机系统概述：介绍16位计算机的发展历程、基本组成和性能特点，对应教材第一章内容。

- 计算机硬件组成：CPU、内存、I/O设备等；- 计算机软件组成：操作系统、汇编语言、高级语言等。

2. 16位汇编语言编程：学习汇编语言的基本语法、汇编指令和程序结构，对应教材第二章内容。

- 汇编指令：数据传输、算术运算、逻辑运算、控制转移等；- 程序结构：段、子程序、宏定义等。

计算机组成原理课程设计报告——16 位机微程序控制器指令系统的设计与实现院（系、部）：信息工程学院小组成员姓名:班级：指导教师：一、设计题目16位机微程序控制器指令系统的设计与实现二、设计目的通过看懂教学计算机组合逻辑控制器中已经设计好并正常运行的几条基本指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JR、RET等指令）的功能、格式和执行流程，然后自己设计微程序控制器中的29条基本指令和19条扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确，达到以下目的：1、深入理解计算机控制器的功能、组成知识和各类典型指令的执行过程；2、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念；3、学习微程序控制器的设计过程和相关技术。

三、设计说明1、控制器设计是学习计算机总体组成和设计的重要的部分。

要在TEC—2000教学计算机上完成这项设计，必须清楚懂得：2、TEC—2000教学机的微程序控制器主要由作为选件的微程序控制器小板和教学机大板上的7GAL20V8组成。

3、TEC—2000教学机微程序控制器上要实现的全部基本指令和扩展指令的控制信号都是由微程序小板上的7片控制存储器给出的。

4、应了解监控程序的A命令只支持基本指令，扩展指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中；不能用T、P命令单步调试扩展指令，只能用G命令执行扩展指令。

5、要明白TEC—2000教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解TEC —2000教学中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式、执行流程和控制信号的组成。

6、明确自己要实现的指令格式、功能、执行流程设计中必须遵从的约束条件。

7、为了完成扩展指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的实验内容，具体过程包括：（1）确定指令格式和功能，要受教学机已有硬件的约束，应尽量与已实现指令的格式和分类办法保持一致；（2）划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计节拍状态的取值，应参照已实现指令的处理办法来完成，特别要注意的是，读取指令的节拍只能用原来已实现的，其他节拍的节拍状态也应尽可能的与原用节拍的状态保持一致和相近；（3）在指令微程序表中填写每一个控制信号的状态值，注意要特别仔细，并有意识地体会这些信号的控制作用；（4）将设计好的微码，装入控制存储器的相应单元；（5）写一个包含你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，来初步判断你的设计是否正确；如果有问题，通过几种办法查出错误并改正，继续调试，直到完全正确。