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原码一位乘法器.pdfVIP

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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。

另外,寄存器X1n的最低位Xn采用“与”运算用于控制输入加法器一端的是被乘数还是0,

所以为了防止发生不可预期的连加,Scp和Xcp必须是单稳态边沿触发信号。

应用该电路实现定点原码一位乘法的计算过程如下:

1)利用n+1位开关组使用Ycp初始化被乘数寄存器Y0n

为被乘数Y。

2)利用n+1位开关组使用X0cp、Xcp始化乘数寄存器X

0、X1n为乘数X。

3)使用S0cp令S0保存结果符号。

4)使用Scr把部分积寄存器S1n清零。

5)同时发送Scp、Xcp信号n次后得到计算结果。

6)停止。

开关组K0…Kn和LED组伴随计算的进行分别用以输入被乘数、乘数以及显示部分积的变

化情况以及最终结果。

四、定点原码一位乘法器的控制电路

由于以上乘法器电路较复杂,使用过程中所需控制信号较多,操作控制较麻烦的特点,另

外设计专门的控制电路为进一步验证其功能带来方便,同时也使这一设计方案自成体系,构成一

个完整的应用系统。

该控制电路的输出自然是乘法器所需控制信号Ycp、Xcp、S0cp、X0cp、Scp、Scr和Isc,

考虑到这些控制信号具体应用的时态有所不同,并且有的是边沿有效,有的是电平有效,所以设

计单稳态触发按钮B和开关组Kc1、Kc2、Kc3作为控制电路的输入,开关组的不同组合值可以

标识计算过程进行的步骤。据此就可以得到如下控制电路的输入与输出

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