定点原码一位乘法器的设计

ＩＳＳＮ　１００９－３０４４　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术　Ｖｏ１．８，Ｎｏ．２２，Ａｕｇｕｓｔ　２０１２．　

基于８位模型机的定点原码一位乘法的实现　

孙晓丽，富坤，耿恒山，王晓东，秘海晓　

（河北工业大学计算机科学与软件学院，天津３００４０１）　Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｓｊｌ＠ｃｃｃｃ．ｎｅｔ．ｃｎ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　Ｔｅｈ＋８６—５５　ｌ一５６９０９６３　５６９０９６４　

摘要：该文描述了一套在八位微程序控制的模型计算机上通过编程实现定点原码一位乘法的设计方案。通过对定点原码一位乘法　

的算法分析，绘制出了原码一位乘法操作流程控制图，利用模型计算机现有指令系统设计机器操作步骤并编写相应汇编语言程序，　

达到了在八位模型计算机中实现定点原码一位乘法的预期目的。通过本实验，加深了读者对模型机工作原理的理解，开拓了读者　

的思维。　

关键词：计算机组成原理；模型机；原码一位乘法；微程序　

中图分类号：ＴＰ３１３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—３０４４（２０１２）２２—５３４７—０４　

Ｔｈｅ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｏｉｎｔ—Ｏｒｉｇｉｎａｌ　Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　８－Ｂｉｔ　Ｍｏｄｅｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　

ＳＵＮ　Ｘｉａｏ—ｌｉ，ＦＵ　Ｋｕｎ，ＧＥＮＧ　Ｈｅｎｇ—ｓｈａｎ，ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ，ＭＩ　Ｈａｉ—ｘｉａｏ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００４０１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ａ　ｐｏｉｎｔ——ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｉｎ　８－ｂｉｔ　ｍｏｄｅｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ　

第１５卷第１Ｏ期　电脑开发与应用　定点一位乘法器的两种变形设计方案及其实现　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｗｏ　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　Ｐｌａｎｓ　ｏｆ　Ｒｅｇｕｌａｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｏｎｅ　Ｂｉｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ　张杰　陈建华　张安琴　李潢琦　／郑州轻工业学院＼　ｆ南京农业大学＼　／｜匕方自动控制技术研究所＼　＼郑州４５０００２／　＼南京　２１００３６／　＼　太原０３０００６　／　【摘要】　介绍了在具有算术逻辑芯片但不具有乘法功能的简单计算机硬件系统中，定点一位乘法器的两种实　现方案，使原有系统的功能得到了扩充，并在复旦大学开发的计算机体系结构多功能实验系统ＦＤ－－ＣＥＳ中对两　种设计方案进行了具体实现。　【关键词】　乘法器，变形设计，计算机，ＡＬＵ　ＡＢＳＴＲＡＣｒｒ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｗｏ　ｐｌａｎｓ　ｆｏｒ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｒｅｇｕｌａｒ　ｐｏｉｎｔ　ｏｎｅ　ｂｉｔ　ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ　ｉｎ　ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｗｉｔｈ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｌｏｇｉｃ　ｃｈｉｐ　ａｎｄ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｅｘｐｅｎｄｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ＦＤ—ＣＥＳ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂｙ　Ｆｕ　Ｄａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．　ＫＥＹＷＯＲＤＳ　ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ，ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＡＬＵ　定点一位乘法器的实现原理是根据算术二进制乘　法的步骤结合计算机所能实现的功能演化变形而来　的，并以此演化过程设计出了定点一位乘法器。实际　上，算术二进制乘法的步骤还具有多种变形，在这些变　形的二进制乘法的实现方法中，可以设计出在现有的　只具有加法和移位功能的系统中扩充定点一位乘法的　方案，使现有系统的功能在不改变其体系结构和不增　加硬件的基础上得到扩充。　１定点一位乘法器基本实现原理　设：被乘数为［ｘ］原一ｚ厂・ｚｌｚ２…ｚ　乘数为［ｙ］原一　厂・Ｙｌ　２…　贝０：乘积［ｚ］原一（ｘｌ￣ｙｉ）・（ｚｌＸＺ＇＂Ｘｎ）　（ｙｌＹ２…　）　其中乘积的符号运算用一个“异或门”即可实现，　本文中不再介绍。数值运算的实现原理如下：　Ｘ＊Ｙ—Ｘ＊（０．ｙｌｙ２…　）　一Ｘ＊（　ｌ２　＋　２２一。＋…＋　２～）　一２一　（　ｌＸ＋２一　（　２Ｘ＋２一　（…＋２一　（　一ｌ　Ｘ＋２　（　Ｘ＋０））…）））　令２　表示第ｉ次部分积，可以得到如下递推公式：　ｚｎ：０　Ｚ１—２　（　Ｘ＋ｚ０）　ｚ２—２一　（　一ｌＸ＋ｚ１）　；　ｚ　一２一　（　－－ｉ＋１Ｘ＋ｚ　１）　；　ｚ　一Ｘ＊Ｙ一２一　（　ｌＸ＋ｚ　一１）　即设计乘法器时首先设置一个保存部分积的累加　器，乘法开始时，令部分积的初始值Ｚｏ一０，然后求　ｘ　＋ｚ。，右移一位得ｚ　；再求　～　ｘ＋ｚ　，右移一位得ｚｚ；　……依此类推，求得ｚ　。　图１是定点原码一位乘法器的逻辑结构原理，其　中　存放部分积ｚ，Ｒ　存放乘数ｙ，Ｒ　存放被乘数　ｘ，　、Ｒ　均具有右移功能，最终存放的是完整的乘　积。该逻辑结构图的工作情况在参考文献［１］中有详细　介绍，这里不再说明。　

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：定点原码一位乘法器的设计

院（系）：

专 业：

班 级：

学 号：

姓 名：

指导教师：

完成日期：沈阳航空航天大学课程设计报告

-I- 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 ................................................................................................................ 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

沈阳航空航天大学课程设计报告

-1- 目录

学术诚信声明 ................................................................................... 错误!未定义书签。

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2章 详细设计方案 ................................................................................................... 3

2.1 顶层方案图的设计与实现 ................................................................................... 3