### 移位相加8位硬件乘法器电路设计知识点详解 #### 1. 实验背景与目标 在数字电子领域，乘法器是执行乘法运算的关键组件，广泛应用于微处理器、DSP（数字信号处理器）、ASIC（专用集成电路）等高性能计算设备中。移位相加8位硬件乘法器作为一种典型的时序逻辑乘法器，它通过逐次移位和加法操作实现了高效的乘法运算。南昌航空大学的这份实验报告旨在深入探讨这一设计，并通过EDA（电子设计自动化）技术提升学生的项目设计能力。 #### 2. 实验原理 **纯组合逻辑乘法器**：这类乘法器虽运行速度快，但由于其结构复杂，大量使用了硬件资源，不适用于高宽度乘法器的实现。 **基于PLD外接ROM的乘法器**：利用预存的乘法表（九九表）进行乘法运算，但缺点是无法构建单片系统，实际应用受限。 **移位相加乘法器**：本实验采用的是时序逻辑设计，主要通过8位加法器实现。其核心原理是利用被乘数的每一位（从低位到高位）来决定是否将乘数与当前的累加结果相加，若该位为1，则进行加法；若为0，则直接跳过，从而完成乘法运算。这一过程通过逐次移位实现，最终得到完整的乘积。 #### 3. 实验内容与设计 ##### **3.1 移位相加8位硬件乘法器结构** 移位相加8位硬件乘法器由以下几部分组成： - **8位右移寄存器（SREG8B）**：用于存储并逐位移出被乘数。 - **8位加法器（ADDER8）**：负责将乘数与累加结果相加。 - **选通与门模块（ANDARITH）**：根据被乘数的当前位控制乘数是否参与加法。 - **16位锁存器（REG16）**：用于保存中间结果和最终的乘积。 ##### **3.2 8位右移寄存器模块设计** - **输入**: CLK（时钟信号）、LOAD（加载信号）、DIN（数据输入）。 - **输出**: QB（寄存器输出）。 - **功能**: 在LOAD信号的控制下，加载数据至寄存器，在CLK的每个上升沿，数据向右移动一位。 ##### **3.3 8位加法寄存器模块设计** - **输入**: B（乘数）、A（加数）。 - **输出**: S（加法结果）。 - **功能**: 实现两个8位数的加法运算，结果为9位（包括进位）。 ##### **3.4 选通与门模块设计** - **输入**: ABIN（控制信号）、DIN（数据输入）。 - **输出**: DOUT（数据输出）。 - **功能**: 根据ABIN的值决定是否将DIN传递至DOUT，用于控制乘数是否参与加法。 #### 4. VHDL语言描述 VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种用于描述、设计、测试和验证电子系统的硬件描述语言。实验报告中提供了各个模块的VHDL代码示例，通过这些代码可以清晰地理解模块的功能和工作原理。 #### 5. 波形仿真 波形仿真图展示了各个模块在特定输入信号下的输出响应，有助于验证设计的正确性和优化性能。通过对8位右移寄存器、8位加法器及整个乘法器电路的波形仿真，可以直观地观察数据流和时序关系，确保设计满足预期的功能要求。 移位相加8位硬件乘法器的设计不仅体现了时序逻辑的高效性，同时也强调了硬件资源的有效利用。通过EDA技术的学习与实践，学生能够掌握数字电路设计的基本原理和方法，为进一步的专业发展奠定坚实的基础。

在计算机组成原理的学习中，了解原码及其在计算机中的应用是至关重要的。原码是一种用二进制表示法直接表示数字的方法，是计算机算术的基础。本实验报告详细介绍了原码一位乘法器的设计，涵盖了从基本概念到电路设计的全过程。 实验的核心目的是通过实践深入理解原码一位乘法的概念，掌握一位乘法器的设计原理和电路实现。实验过程中，设计并实现了一个能够自动完成8位无符号数一位乘法运算的电路。实验内容涉及了控制电路和数据通路的增加，以及设置引脚初始值、驱动时钟自动仿真等步骤，以确保电路能自动完成运算并输出结果。 实验原理部分详细解释了原码一位乘法的基本方法，强调了部分积的概念和运算过程中部分积的更新机制。部分积的初始值设为0，随后根据乘数的最低位是否为1来决定是否加上乘数a，之后部分积右移一位，乘数b也右移一位。这一过程反复执行，直至完成所有位的乘法运算。此外，报告还探讨了多路选择器在选择加数上的应用，以及串行加法器和分线器在加法运算和位移操作中的作用。 实验中，还特别关注了边界情况的处理。使用计数器统计脉冲次数，以对边界情况进行特殊处理，确保运算的准确性。实验结果部分虽然未具体提及，但可推测该部分应详细记录了电路仿真的数据和分析结果。 实验小结部分反映了作者在实验过程中的收获和遇到的问题。作者提到了对复用器功能的熟悉程度不够，以及设计逻辑电路时方法与步骤的不足，同时也表达了通过实验加深了对ALU（算术逻辑单元）的理解，并优化了设计逻辑电路的方法。 总结而言，本次实验是深入学习计算机组成原理不可或缺的环节，通过实验，学习者不仅理解了原码一位乘法的工作原理，而且加深了对计算机内部乘法器设计的理解。此外，实验也为解决实际问题提供了经验，使学习者能更科学地处理逻辑电路设计的问题。

基于IP核的乘法器设计 本实验的主要目标是设计一个基于IP核的乘法器，并使用Xilinx的ISE软件进行仿真和验证。实验中，我们使用了IP核Math Function中的Multiplier资源，通过GUI接口可以轻松设计任意位的，有符号或无符号的乘法器。 知识点： 1. IP核的概念和应用：IP核是指可以重复使用的，已经设计和验证的电路模块，可以大大缩短设计周期，提高设计效率。在本实验中，我们使用了IP核Math Function中的Multiplier资源来设计乘法器。 2. ISE软件的使用：ISE软件是Xilinx提供的一款集成开发环境，用于设计、仿真和验证基于FPGA的数字电路。在本实验中，我们使用了ISE软件来创建新的工程、生成IP核、编写VHDL代码和进行仿真。 3. VHDL语言的应用：VHDL语言是一种基于事件驱动的硬件描述语言，广泛应用于数字电路的设计和验证。在本实验中，我们使用了VHDL语言来编写乘法器的代码。 4. 乘法器的设计原理：乘法器是一种基本的数字电路模块，用于实现数字信号的乘法运算。在本实验中，我们设计了一个16位的乘法器，并使用IP核和VHDL语言来实现。 5. ISE仿真器的使用：ISE仿真器是一款功能强大的仿真工具，用于验证数字电路的行为和时序。在本实验中，我们使用了ISE仿真器来进行行为仿真和时序仿真。 6. VHDL编程的基本结构：VHDL语言的基本结构包括实体、架构、进程和信号。在本实验中，我们使用了VHDL语言来编写乘法器的代码，并使用了实体、架构和进程来描述乘法器的行为。 7. IP 核生成的乘法器：在本实验中，我们使用了IP核Math Function中的Multiplier资源来生成一个16位的乘法器，并使用GUI接口来设计乘法器的参数。 8. VHDL语言的组件声明：在本实验中，我们使用了VHDL语言来声明乘法器的组件，并使用了port map语句来连接组件之间的信号。 9. 仿真结果的分析：在本实验中，我们使用了ISE仿真器来进行仿真，并对仿真结果进行了分析和验证。 10. 实验报告的编写：在本实验中，我们编写了实验报告，详细记录了实验的过程、结果和分析。

MC1496模拟乘法器SPICE仿真模型

用VerilogHDL设计实现64bit二进制整数乘法器，底层乘法器使用16*16小位宽乘法器来实现，底层乘法器使用FPGA内部IP实现；经过基于modelsim仿真软件对电路进行功能验证，基于Quartus平台对代码进行综合及综合后仿真，电路综合后的工作频率大于100MHz

设计了一种支持IEEE754浮点标准的32位高速流水线结构浮点乘法器。该乘法器采用新型的基4布思算法，改进的4:2压缩结构和部分积求和电路，完成Carry Save形式的部分积压缩，再由Carry Look-ahead加法器求得乘积。时序仿真结果表明该乘法器可稳定运行在80M的频率上，并已成功运用在浮点FFT处理器中。

包括如下实验的verilog设计报告：实验 1 十六位超前进位加法器、实验二 十六位加减法器、实验三 十六位的乘法器、实验四 自动售货机设计。有设计思路、程序代码、测试代码和仿真波形结果。

Logisim中可以直接运行的文件

大维度矩阵乘法常采用子矩阵分块法实现，子矩阵的最大规模决定了整个矩阵乘法执行速度。针对经典脉动结构直接处理的矩阵规模受IO带宽限制严重的问题，提出了一种极低IO带宽需求的大维度矩阵链式乘法器结构，并完成了硬件设计实现与性能验证工作。主要工作如下：(1)优化了矩阵乘法的数据组织，实现输入矩阵规模与IO带宽无关，能够最大限度地利用器件内部逻辑和存储资源；(2)根据优化后数据组织形式设计了链式乘法器硬件，实现源数据计算和传输重叠操作；(3)增强乘法器对矩阵规模的适应性，所设计的链式乘法器可实时配置为多条独立链，并行多组运算；(4)在Xilinx C7V2000T FPGA芯片上完成不同种规模的链式乘法器硬件实现和性能测试工作，在该芯片上本文提出的链式乘法器最多支持800个运算单元，是经典脉动结构规模的8倍；在相同运算器个数下，本文提出的链式乘法器只使用经典脉动结构运算1/8的IO带宽即获得相等性能。

可通过se选择是乘法器还是加法器，二者不能同时存在，只能实现其中一个功能，乘法器是基于booth算法的原理，实现64位数据运算