利用全加器构成3位并行加法器

课程设计说明书题目名称利用全加器构成3位并行加法器院（系）计算机科学技术学院专业（班级）学生姓名指导教师起止日期2011.12.31-2012.1.6课程设计纸共页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1、设计题目............................................................................................22、设计目的............................................................................................23、设计任务............................................................................................24、设计过程............................................................................................24.1设计基础....................................................................................................................................24.2设计原理....................................................................................................................................44.3模拟与仿真................................................................................................................................55、设计心得............................................................................................6课程设计纸共页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1、设计题目利用全加器构成3位并行加法器2、设计目的对已学过的组成原理知识知识进行综合运用，能按要求设计出具有一定功能的逻辑电路，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。3、设计任务1、利用已知一位二进制全加器的逻辑结构，设计出具有并行功能的3位二进制加法器。2、利用QuartusII完成电路图的绘制，选择合适的逻辑电路和芯片。3、对所设计的电路分析其性能优劣，并与所熟悉的其他电路做比较，总结各自优缺点。4、利用软件进行仿真。5、完成设计实验报告.4、设计过程4.1设计基础加法器是计算机的基本运算部件之一。（1）将AnBn以及进位输入Cn-1相加称为全价，其功能表如下图：AnBnCn-1FnCn0000000110100101010101010课程设计纸共页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊011011100111111a.（全加器功能表）(a)全加器的逻辑图由功能表可得全加和Fn和进位输出Cn表达式：Fn=AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1Cn=AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1Fn还可以用两个半加器来形成：Fn=An○+Bn○+Cn-1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。课程设计纸共页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.2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）A1，B1均为1（2）A1，B1任一个位1，且进位C0位1。可以写出C1的表达式为C1=A1B1+(A1+B1)C0只要满足下述条件中任一个即可形成C2，（1）A2,B2均为1；（2）A2,B2任一为1，且A1,B1均为1；（3）A2,B2任一为1，同时A1,B1任一为1，且C0为1。可以写出C2的表达式为C2=A2B2+（A2+B2）A1B1+（A2+B2）（A1+B1）C0由上，同理可得到C3=A3B3+（A3+B3）A2B2+(A3+B3)（A2+B2）A1B1+(A3+B3)（A2+B2）（A1+B1）C0由上面的式子可知：C1=A1B1+（A1+B1）C0C2=A2B2+（A2+B2）C1C3=A3B3+（A3+B3）C2引入进位传递函数Pi和进位产生函数Gi.其定义如下:Pi=Ai+Bi.Gi=AiBiPi的意义是:当Ai,Bi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Ai,Bi均为1时,不管有无进位输入,本位定会产生向高位产生的进位.将Pi,Gi代入C1~C4式,便可得:C1=G0+P0C0C2=G1+P1G0+P1P0C0C3=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C0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=A3○+B3○+C3S2=A2○+B2○+C2课程设计纸共页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊S1=A1○+B1○+C1S0=A0○+B0○+C0由此我们可以画出如下电路原理路：4.3模拟与仿真课程设计纸共页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊5、设计心得通过本课程设计，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QuartusII以及如何联机操作。前后我们共花了一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。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。经过这一周的课程设计，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。