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超前进位加法器的设计
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:超前进位加法器的设计
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:2014年01月10日
目 录
第1章 总体设计方案 2
1.1 设计原理 2
1.2 设计思路 3
1.3 设计环境 3
第2章 详细设计方案 4
2.1 顶层方案图的设计与实现 4
2.1.1顶层方案的整体设计 4
2.1.2元器件选择和引脚锁定 5
2.2 功能模块的设计与实现 6
2.2.1 八位超前进位加法器的设计与实现 6
2.3 功能仿真调试 8
第3章 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 12
附 录 13
第1章 总体设计方案
1.1 设计原理
将n个全加器相连可得n位加法器,但是加法时间较长。解决的方法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位,从而实现快速加法。超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的。
四位超前进位加法器的设计:
①只要满足下述两个条件中的任一个,就可形成C1,(1)X1,Y1均为1;(2)X1,Y1任一个为1,且进位C0为1。由此,可以得到C1的表达式为:C1=X1*Y1+(X1+Y1)*C0;
②只要满足下述条件中任一个即可形成C2,(1)X2,Y2均为1;(2)X2,Y2任一为1,且X1,Y1均为1;(3)X2,Y2任一为1,同时X1,Y1任一为1,且C0为1。由此,可以得到C2的表达式为:C2=X2*Y2+(X2+Y2)*X1*Y1+(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0;
③同理,有C3,C4表达式如下:
C3=X3*Y3+(X3+Y3)*X2*Y2+(X3+Y3)*(X2+Y2)*X1*Y1
+(X3+Y3)*(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0;
C4=X4*Y4+(X4+Y4)*X3*Y3+(X4+Y4)*(X3+Y3)*X2*Y2
+(X4+Y4)*(X3+Y3)*(X2+Y2)*X1*Y1+(X4+Y4)*(X3+Y3)*(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0。
引入进位传递函数Pi和进位产生函数Gi。它们的定义为:
Pi=Xi+Yi
Gi=Xi*Yi
P1的意义是:当X1,Y1中有一个为1时,若有进位输入,则本位向高位传送此进位,这个进位可以看成是低位进位越过本位直接向高位传递的。G1的意义是:当X1,Y1均为1时,不管有无进位输入,本位定会产生向高位的进位。
将Pi、Gi代入C1到C4式子中,便可得到:
C1=G1+P1*C0; 式(1.1.1)
C2=G2+P2*G1+P2*P1*C0; 式(1.1.2)
C3=G3+P3*G2+P3*P2*G1+P3*P2*P1*C0; 式(1.1.3)
C4=G4+P4*G3+P4*P3*G2+P4*P3*P2*G1+P4*P3*P2*P1*C0; 式(1.1.4)
1.2 设计思路
八位超前进位加法器的设计:
一个八位超前进位加法器,它可以由2个四位超前进位加法器模块来构成。四位超前进位加法器采用Schematic设计输入方式,顶层的八位超前进位加法器采用原理图设计输入方式。在四位超前进位加法器的设计中,运用门电路进行控制,并且给上述设计进行定位,所设计的Schematic程序电路经过编译、检测、调试过后生成.bit文件并且下载到XCV200可编程逻辑芯片中,经过COP2000测试并验证设计的正确性。
设计环境
在设计超前进位加法器过程中,采用Xilinx Foundation F3.1可编程器件开发软件,对于硬件,在实验设计过程中,用到了伟福COP2000型计算机组成原理实验仪、XCV200实验板、微机。
第2章 详细设计方案
2.1 顶层方案图的设计与实现
顶层方案图主要实现一位全加器的逻辑功能,采用原理图设计输入方式完成,超前进位加法器电路的是实现基于XCV200可编程逻辑芯片。在完成原理图的功能设计后,经过检测调试,把输入/输出信号通过引脚编号安排到XCV200指定的引脚上去,最终实现芯片的引脚锁定。
2.1.1顶层方案的整体设计
顶层图形文件主要由2个四位超前进位加法器构成,总共17位输入,9位输出。顶层图形文件由Xilinx Foundation F3.1软件编辑得到相应的模块,顶层图形的整体设计如下图2.1所示:
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