《四位并行加法器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四位并行加法器设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、安徽大学计算机科学与技术学院计算机组成原理课程设计、实践设计报告学生学号：E20814108、E20814098学生姓名：蒋信、许东年级专业：08软件工程二班授课教师：周勇老师完成时间： 2011/03/204位并行加法器设计实验1 课程设计概述1.1 课程设计的教学目的掌握计算机系统组成及内部工作机制、理解计算机各功能部件工 作原理的基础上，深入掌握数据信息流和控制信息流的流动过程，进 一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念，培养开 发和调试计算机的技能。在设计实验中提供应用所学专业知识分析问 题和解决问题的能力。1.2 课程设计的内容通过MuxPlus2软件，下载加法程序到实
2、验箱，然后在其上连线, 输入两个二进制数，观察结果并与理论值进行比较，实现4 位二进制 数相加并得到正确的结果。1.3 课程设计的任务1、掌握MaxPlus2软件的使用方法。2、掌握4位并行加法器的设计原理，掌握超前进位产生电路的设 计方法.3、正确将电路原理图下载到试验箱中.4、正确通过实验箱连线实现 4 位二进制数的相加并得到正确结 果.5、完成设计实验报告.1.4 课程设计的题目及其思想题目：设计一个四位并行加法器，并能在试验箱上编译通过，且 连线后可以具体实现加法设计思想：由于本次课程设计的目的是在学完计算机组成原理课 程后通过课程设计理解计算机各个功能器件的工作原理，计算机是如 何实
3、现这些功能的，所以我们选择了四位并行加法器这个简单的题 目，用到了一些逻辑运算部件，并采用超前进位加法器的设计方法提 高运算速度。实验最后下载到试验箱上并连线参照了课程实验中乘法 器的设计。2 课程设计的实现2.1 设计基础加法器是计算机的基本运算部件之一。（1）若不考虑进位输入,两数码 Xn,Yn 相加称为半加,如下图为半加其功能表:(2)将Xn Yn以及进位输入Cn-1相加称为全价，其功能表如下图:由功能表可得全加和Fn和进位输出Cn表达式：Fn=Xn Yn Cn-1+Xn YnCn-1+nYn Cn-1+ Xn Yn Cn-1Cn= Xn Yn Cn-1+ XnYn Cn-1+Xn Yn
4、 Cn-1+ Xn Yn Cn-1Fn还可以用两个半加器来形成：Fn=Xn Yn Cn-1如此，将n个全加器相连可得n位加法器，如图:但加法时间较长，只是因为其位间进位使串行的传送的，本位 全加和Fi必须等低位进位Ci-1来到后才能进行，加法时间与位数有 关，只有改变进位逐位传送，才能提高加法器的工作速度。因此，只 要使各位的进位不需依赖上一个进位即可。所以我们采用“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，这就是超前进 位加法器的设计思想来源。2.2 设计原理超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的。只要满足下列二条件中任一个，就可以形成C1，(1)XI, Y1均为1
5、(2)XI, Y1任一个位1,且进位C0位1。可以写出 C1 的表达式为C1=X1Y1+(X1+Y1)C0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,Y 1 均为 1； (3)X2,Y2 任一为 1，同时 X1,Y1 任一为 1，且 C0 为 1。可以写出 C2 的表达式为C2=X2Y2+（X2+Y2）X1Y1+（X2+Y2）（X1+Y1）C0 由上，同理可得到C3=X3Y3+ （ X3+Y3 ） X2Y2+（X3+Y3） （ X2+Y2 ） X1Y1+（X3+Y3）（X2+Y2）（X1+Y1）C0C4=X4Y4+（X4+Y4）X3Y
6、3+（X4+Y4（） X3+Y3）X2Y2+（X4+Y4） （X3+Y3）（X2+Y2）X1Y1+（X4+Y4） （X3+Y3）（X2+Y2）（X1+Y1）C0 由上面的式子可知：C1=X1Y1+（X1+Y1）C0C2=X2Y2+（X2+Y2）C1C3=X3Y3+（X3+Y3）C2C4=X4Y4+（X4+Y4）C3引入进位传递函数Pi和进位产生函数Gi.其定义如下：Pi=Xi+Yi.Gi=XiYiPi 的意义是：当 Xi,Yi 中有一个为 1 时,若有进位输入,则本位向高位传 送此进位,这个进位可看成是低位进位越过本位直接向高位传递的.Gi 的意义是：当 Xi,Yi 均为 1 时,不管有无进位
7、输入,本位定会产生 向高位产生的进位.将 Pi,Gi 代入 C1C4 式,便可得：C1=G0+P0C0C2=G1+P1G0+P1P0C0C3=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C0C4=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0 由以上分析可得出在输入项为 A3A2A1A0 和 B3B2B1B0 以及进位输 入 C0 时 , 各个输出项 S3S2S1S0 和进位输出 C4 分别为:S3=A3B3C3S2=A2B2C2S1=A1B1C1S0=A0B0C0C4=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0由此我们可以画出如下电路原理路：参照
8、乘法器的连线方法，可以画出下面的实验连线图，如下图：接到数据总线接到数据总线TS4信号单元2.3 结果及问题预计结果当输入 0001 和 0010是结果应是 0011 实验中多次连线多没有得出最后正确的结果，后来和几个同样做加法器的同学一 起讨论，并在老师的指导下发现时引脚没有绑定，导致没有结果，最后在改正了 错误的而前提下，读出结果完成实验。3 课程设计的心的和体会通过本课程设计，自己学会了很多，以前只是完全按照书上的模式来连接电 路图，现在学会了如何自己动手去构造实验原理图，并且大致能解决实验过程中 出现的一些基本问题。在做此次实验之前，我们做的主要工作是看书，感觉书都没弄懂的话要去做 好
9、实验那是不可能的。我们先是参考计算机组成与结构和计算机组成原理 与系统结构实验教程这两本书，了解了何谓四位并行加法器以及它的工作原理。 然后我们又花了一些时间来认识和熟悉 Muxplus2 以及如何联机操作。前后我们 共花了两周的时间来完成实验原理图，中间感觉不怎么明白的地方就问同学，同 学也没明白的话，我们就一些人在一起讨论。在接下来的实际连线阶段，由于缺乏对实验箱的深入了解，跟搭档探索讨论 了许久也没有搞出来，时间又有限，可把我们急坏了。在跟同学们的商量以及老 师的提点下，终于知道，要把相关引脚绑定，然后参照乘法器连线图就基本可以 完成最终实验了。通过和组员的分工合作，以及讨论，更加学会怎么团队合作完成一个工作。 还有，通过和组员的交流可以发现彼此对整个实验的思考和理解的差异，互相促 进更好地理解这个实验。经过这5 周的课程设计，我对计算机组成原理有了更深一层的理解，并且也 深刻地认识到实践的重要性，只有理论与实践相结合才能更深地理解与运用知 识。
