计算机硬件系统设计4运算器实验.pptxVIP

运算器实验框架谭志虎

运算器实验内容快速加法器8位可控加减法器设计4位可级联先行进位电路设计4位快速加法器设计16位快速加法器32位快速加法器乘法器5位阵列乘法器6位补码阵列乘法器五位乘法流水线原码一位乘法器（较难）补码一位乘法器（较难）算术逻辑运算单元alu.circ

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快速加法器设计实验谭志虎

实验目的验证串行加法器逻辑实现能设计8位可控加减法电路掌握快速加法器逻辑实现能设计4位先行进位电路能设计4位快速加法器理解组内先行，组间先行的基本原理利用4位快速加法器构建16位，32位快速加法器能分析相关电路延迟

1、8位可控加减法器设计alu.circ

2、4位先行进位电路设计

3、4位快速加法器设计

4、16位快速加法器设计组内先行，组件先行

5、32位快速加法器设计

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32位ALU设计实验谭志虎

实验目的掌握定点数加减法溢出检测方法理解算术逻辑运算单元ALU的基本构成熟悉Logisim中各种运算组件逻辑运算部件算术运算组件熟悉多路选择器的使用设计32位简单ALU利用已完成的32位加法器、其他运算组件构造禁止使用Logisim中内置的加法器，减法器

32位算术逻辑运算单元ALU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YS输入4运算操作码ALU_OPR输出32ALU运算结果R2输出32ALU结果第二部分，用于乘法运算结果高位或除法运算的余数位，其它运算时值为零OF输出1有符号加减运算溢出标记，其他运算为0UOF输出1无符号加减运算溢出标记，其它运算为0Equal输出1Equal=(x==y)?1:0,对所有运算均有效

运算操作码ALU_OPALU_OP十进制运算功能00000R=XY逻辑左移（Y取低五位）R2=000011R=XY算术右移（Y取低五位）R2=000102R=XY逻辑右移（Y取低五位）R2=000113R=(X*Y)[31:0]R2=(X*Y)[63:32]无符号乘法01004R=X/YR2=X%Y无符号除法01015R=X+Y(SetOF/UOF)01106R=X-Y(SetOF/UOF)01117R=XY按位与10008R=X|Y按位或10019R=X⊕Y按位异或101010R=~(X|Y)按位或非101111R=(XY)?1:0有符号比较110012R=(XY)?1:0无符号比较

32位ALU电路框架

ALU自动测试电路自动测试自动评分故障定位

自动测试结果

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阵列乘法器原理谭志虎

二进制手工乘法运算X3Y1X2Y1X1Y1X0Y1X4Y1X3Y2X2Y2X1Y2X0Y2X4Y2X3Y3X2Y3X1Y3X0Y3X4Y3X3Y4X2Y4X1Y4X0Y4X4Y4X4Y0X3Y0X2Y0X1Y0X0Y0p8p7p6p5p4p3p2p1p0p9p8p7p6p5p4p3p2p1p0X4X3X2X1X0×Y4Y3Y2Y1Y0先计算相加数，然后逐列相加p9

一位乘法逻辑实现R=X*Y1×1=11×0=00×1=00×0=0与门实现一位乘法25个与门并发一级门延迟，生成所有相加数

横向进位无符号阵列乘法器X3Y1X2Y1X1Y1X0Y1X4Y1X3Y2X2Y2X1Y2X0Y2X4Y2X3Y3X2Y3X1Y3X0Y3X4Y3X3Y4X2Y4X1Y4X0Y4X4Y4X4Y0X3Y0X2Y0X1Y0X0Y0p3p2p1p0p9+++p7++p8+00+++0p4++++0p5++++0p6+++

X3Y1X2Y1X1Y1X0Y1X4Y1斜向进位无符号阵列乘法器X3Y2X2Y2X1Y2X0Y2X4Y2X3Y3X2Y3X1Y3X0Y3X4Y3X3Y4X2Y4X1Y4X0Y4X4Y4X4Y0X3Y0X2Y0X1Y0X0Y0p1p2+++p0p9p8+p6+++p7+++p3++000+0p4+++p5++++0

Pf…补码乘法器bfbn?1…b1b0阵列乘法器P2n?1P1P0P2P3=1afan?1…a1a0相加数产生电路(与门阵列)n位求补器n位求补器2n位求补器…绝对值相加数…积绝对值补码乘积

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阵列乘法器性能