计算机组成实验——原码一位乘法运算器设计

计算机组成实验——原码一位乘法运算器设计

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/gwlCSDN/article/details/140603959

采用文本输入法设计一个 8 位的原码一位乘法运算器。
乘数和被乘数均为 8 位原码，被乘数存放在 B 寄存器中；C 寄存器的初始值存放乘数，运算结束后存放乘积的低位部分；A 寄存器用于存放部分积，其初始值为 0，运算结束后存放存放乘积的高位部分。
A 寄存器和 C 寄存器可级联在一起右移。CR 为乘法步数计数器。在每个时钟信号的上升沿处理一位乘数的累加和右移。根据乘数的最低位是否为 1 来决定是加被乘数还是 0，乘积的符号位由被乘数和乘数的符号位异或得到。
逻辑结构框图

计算流程图

一、实验分析与设计

由实验内容可得：实验有两个输入的8位原码被乘数B、乘数C。
由于input 的B、C值无法被修改，令reg [7:0] AT,BT,CT用于计算。
为判断计算步骤和输入的B、C值是否修改，令reg [3:0]CR, reg [7:0] BJ,CJ。当BJ != B || CJ != C时表示乘数或被乘数被修改，令CR = 0，表示开始计算。

1、计算部分

开始计算时，令AT= 0；BT = {0, B[6:0]}; CT = {0, C[6:0]}; Ps = B[7]^C[7]（取B、C的绝对值和计算符号位）。
当CT[0] = 1时，AT = AT + BT。而后 CT = CT >> 1; CT[7] = AT[0]; AT = AT >> 1;将值右移一位。直到计算8次，结束计算，AT[7] = Ps。得到16位二进制乘积{AT, CT}。

2、显示部分

将16位二进制值转为4位十六进制值显示在4个数码管上，用reg [2:0] SEL控制。
第一位 SEL=3‘b000 ：Data = AT[7:4] ；第二位 SEL=3‘b001 ：Data = AT[3:0] ；
第三位 SEL=3‘b010 ：Data = CT[7:4] ；第四位 SEL=3‘b011 ：Data = CT[3:0] ；
而后将Data值译码，显示在七段数码管上。

二、程序代码

module sy3(clk,SEL,B,C,code);
    input clk;
    output[2:0]SEL;
    input [7:0]B;
    input [7:0]C;
    output[7:0]code;
    
    reg[7:0]AT = 8'b00000000;
    reg[7:0] BT,CT;
    reg Ps;
    reg[3:0]CR = 4'b0000;
    reg[7:0] BJ,CJ;
    
    reg[2:0] SEL = 3'b000;
    reg[7:0] code = 8'b00000000;
    
    //计算部分
    always@(posedge clk)	
    begin
        if(BJ != B || CJ != C) CR = 4'd0;
        if(CR == 4'd0)	//初始化
        begin
            AT = 8'd0;
            BT = B; BT[7] = 0;
            CT = C; CT[7] = 0;
            BJ = B; CJ = C;
            Ps = B[7]^C[7];
            CR = CR + 1;
        end
        else if(CR <= 4'd8)	//移位计算
        begin
            if(CT[0] == 1) AT = AT + BT;
            CT = CT >> 1;
            CT[7] = AT[0];
            AT = AT >> 1;
            CR = CR + 1;
        end
        else	//符号位
            AT[7] = Ps;
    end
    
    //4位16进制乘积显示部分
    reg[3:0] Data;
    
    always@(posedge clk)
    begin
        if(SEL < 3'b011) SEL = SEL + 1;
        else SEL = 3'b000; 
    end
    
    always@(posedge clk)
    begin
        case(SEL)
            3'b000: Data = AT[7:4];
            3'b001: Data = AT[3:0];
            3'b010: Data = CT[7:4];
            3'b011: Data = CT[3:0];
        endcase
    end
    //Data译码
    always @(Data)
    begin
        case(Data)
            4'd0 : code = 8'h3f;
            4'd1 : code = 8'h06;
            4'd2 : code = 8'h5b;
            4'd3 : code = 8'h4f;
            4'd4 : code = 8'h66;
            4'd5 : code = 8'h6d;
            4'd6 : code = 8'h7d;
            4'd7 : code = 8'h07;
            4'd8 : code = 8'h7f;
            4'd9 : code = 8'h6f;
            
            4'd10: code = 8'h77;
            4'd11: code = 8'h7c;
            4'd12: code = 8'h39;
            4'd13: code = 8'h5e;
            4'd14: code = 8'h79;
            4'd15: code = 8'h71;
            default : code = 8'bx;
        endcase
    end
endmodule  

三、ModelSim仿真

Test Bench

`timescale 1 ps/ 1 ps
module sy3_vlg_tst();
reg [7:0] B;
reg [7:0] C;
reg clk;
// wires                                               
wire [2:0]  SEL;
wire [7:0]  code;
                        
sy3 i1 ( 
    .B(B),
    .C(C),
    .SEL(SEL),
    .clk(clk),
    .code(code)
);
initial                                                
begin
    clk = 0;
    B = 8'b00000000;
    C = 8'b00000000;                                                  
    #100
       B = 8'b00001111;
    C = 8'b10001010;
    #1000
    B = 8'b01111111;
    C = 8'b11011011;
$display("Running testbench");                       
end
                                                    
always   #10 clk = ~clk;                                      
endmodule  

波形图
{AT，CT} = 10000000 10010110 = B 00001111 * C 10001010
{AT，CT} = 10101101 00100101 = B 01111111 * C 11011011