流水线加法器原理

4位两级流水线加法器

详细设计

姓名： 魏可望（23）

班级： 微电子1102

指导老师 杜慧敏

日期：2014年4月29日

1题目描述

题目要求设计一个串行进位加法器其，功能为使用流水的方式在当前位计算完成后送与下位计算。

2题目分析

使用流水的方式将每位数字相加分级执行，每位的计算送与下位，最终完成四位计算。

3模块设计

模块需要设计使能端控制时序并有上级与下级的进位端。

4程序设计

module adder4(cout,sum,a,b,cin,enable); input[3:0] a,b; input cin,enable; output[3:0] sum; output cout; reg cout; reg[3:0] sum;

reg[1:0] tempa,tempb,firsts; reg firstc;

always @ (posedage enable) begin

{firstec,first

兰州交通大学毕业设计（论文） 摘 要

20世纪是IC迅速发展的时代。计算机等信息产业的飞速发展推动了集成电路（Integrated Circuit—IC）产业。大多数超大规模集成电路（Very Large Scale IC—VLSI）在日常生活中有着广泛的应用。在这些广泛应用的运算中，加法器是组成这些运算的基本单元。在高性能微处理器和DSP处理器中，加法器的运算时间至关重要。加法器运算常常处于高性能处理器运算部件的关键路径中，特别是在算术逻辑单元中加法器的运算时间对处理器的速度起着决定性的作用。随着微处理器的运算速度越来越快，对快速加法器的需求也越来越高。

本文首先介绍了几种基本的加法器类型以及其工作原理，并重点分析了超前进位加法器的组成结构、结构参数以及其工作原理。同时还介绍了制约超前进位加法器速度的结构参数因素。然后设计研究了2位超前进位加法器，并重点分析了它的工作原理、系统结构，并通过tanner软件进行仿真实验，从而验证了电路的准确信。最后介绍了基于2μmCMOS工艺MOSIS版图设计的规则，通过电路图绘制出它的版图，并对它的版图与电路图进行了一致性检测，进一步验证了设计的正确性。

关键词： CMOS加法器；高速；超前进位；低功耗

[实验名称]

流水线及流水线中的冲突 [实验时间和地点]

2012年10月1日 系统结构实验室 [姓名学号]

201012312 张蔷 [实验目的]

1.加深对计算机流水线基本概念的理解 2.理解MIPS结构的5段流水线实现 3.加深对数据冲突、结构冲突的理解 4.掌握定向技术处理数据冲突的方法 [实验环境]

计算机 MIPSsim模拟器 [实验内容]

预习MIPSsim模拟器的使用方法，了解MIPSsim的指令系统和汇编语言。 1、启动MIPSsim。

2、选择“配置” →“流水方式”选项，保留“流水方式”选项前的勾选，

使模拟器工作在流水方式下。 3、练习模拟器的使用：

（1）载入一样例程序：选择“文件”→“载入程序”

（2）以单步执行一个周期、执行多个周期、连续执行、设置断点等方式运行程序，观察程序的执行情况，观察时钟周期图，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化，特别是流水寄存器内容的变化。 4、观察程序在流水线中执行情况

（1）执行样例程序：选择“文件”→“载入程序”，载入样例程序pipeline.s。 （2）关闭定向功能。通过取消“配置” →“定向”前的勾选实现。 （3）用单步执行一个周期的方式（在“执行”菜单中）或

沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计

课程设计题目： 加法器设计

系 别 信息工程系 班级 系统本101 学生姓名 闫浩 学号 2010414113 指导教师 衣云龙、王德君 职称 讲师、工程师 起止日期：2012年5月21日起——至2012年5月26日止

沈 阳 工 程 学 院

课程设计任务书

课程设计题目： 加法器设计

系 别 信息工程系 班级 系统本101 学生姓名 闫浩 学号 2010414113 指导教师 衣云龙、王德君 职称 讲师、工程师 课程设计进行地点： 微机原理实验室 任 务 下 达 时 间：2012年5月18日

起止日期： 2012年5月21日起——至2012年5月26日止 教研室主任 王健 2012年5月18日批准

一、课程设计目的

通过课程设计使学生更进一步掌握微机原理及应用课程的有关知识，提高

实验一 加法器

一.

1. 2. 3. 4.

实验目的

掌握QuartusⅡ的原理图输入设计方法

学会使用QuartusⅡ进行编译、仿真、锁定管脚、下载 掌握多位全加器的设计方法 熟悉实验板的部分电路

二. 预备知识

利用EDA工具进行原理图输入设计的优点是，设计者能利用原有的电路知识迅速入门，完成较大规模的电路系统设计，而不必具备许多诸如编程技术、硬件语言等新知识，而且直观，根据数字电路的知识即可完成。

QuartusⅡ提供了功能强大，直观便捷和操作灵活的原理图输入设计功能，同时还配备了适用于各种需要的元件库，其中包含基本逻辑元件库（如与非门、反向器、D触发器等）、宏功能元件（包含了几乎所有74系列的器件），以及功能强大，性能良好的类似于IP Core的兆功能块LPM库。但更为重要的是，QuartusⅡ还提供了原理图输入多层次设计功能，使得用户能设计更大规模的电路系统，以及使用方便精度良好的时序仿真器。

三. 实验步骤

设计思路

1位全加器可以用两个半加器及一个或门连接而成，因此需要首先完成半加器的设计。 设输入信号为A,B，so为半加和，co为进位。

根据数字电路的知识，我们可以列出半加器的真值表，如表1-1所示。

表1

计算机系统结构实验报告

班级 姓名 实验名称 实 验 目 的 、 要 求 实 验 内 容 、 步 骤 及 结 果 实验日期 学号 实验成绩 实验2 流水线与流水线中的冲突 1、加深对计算机流水线基本概念的理解； 2、理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作； 3、加深对数据冲突、结构冲突的理解，理解这两类冲突对CPU性能的影响。 4、进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何 应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。 2.1观察程序在流水线中的执行情况（载入piplelines.s） 1、执行到第13个时钟周期，各段分别在处理的指令，画出这这时的时钟周期图 2、这时个流水寄存器中的内容为 IF/ID.IR=000000008CC4003C IF/ID.NPC=0000000000000030 ID/EX.A=0000000000000000 ID/EX.B=0000000000000000 ID/EX.IMM=0000000000000019 ID/EX.IR=0000000020030019 EX/MEM.ALUOUT=0000000000000004 EX/MEM.IR=000000002021FF

精益流水线设计

(一)设计精益流水线的要素

在一个流程制造的环境中，一个最终的装配件被视做一堆零部件和一系列步骤的组合。产品同步使用户可以从更高的层次上考察制造流程，同时也是设计生产线的第一步。每个生产线都是惟一的。即使在一个生产线之内，一种产品可能还要经历另一种产品的各种工序。精益制造工程的流水线是机器和/或装配工作站的集合。流水线中安排的资源用于解决一个或多个约束，有些流水线成U形，而另外一些流水线成直线形，以满足这些约束。那么精益流水线怎么设计了，共益顾问首先给大家分析下精益流水线的设计要素，为精益流水线的设计提供基础。

精益流水线的设计要素有：

1. 额定日产量：代表所设计流水线的生产能力。代表流水线在任意时刻的最大输出量。它是销售部门和制造部门之间的约束的一部分。计算公式：额定日产量=额定日产量/每月工作天数。 2. 流水速率：流水速率表示每小时的生产速度，有效工作小时是经过容差调整的轮班工作时间，例如，休息、维护和效率。流水速率对于流水线设计和监控每小时的流水线性能极其有用。计算公式：流水速率＝额定日产量 /（每班次的有效工作小时数）X（班次）

3. 需求节拍：Takt是一个德语词汇，意为“鼓声”或“

加法器电路的设计

9.1 加法器设计 应用 地位 实现 级联加法器 并行加法器

数字信号处理和数字通信影响系统的运行速度

超前进位加法器 流水线加法器

加法器电路的设计

9.1.1 级连加法器 结构 由1位全加器级连

优点 缺点a[0] b[0]

结构简单延时太长a[1] b[1] a[7] b[7]

cin

1位 全加器sum[0]

cin[1]

1位 全加器sum[1]

cin[7]

1位 全加器sum[7]

cout

加法器电路的设计

【例9.1】8位级联加法器 module add_jl( sum, cout, a, b, cin ); output[7:0] sum; output cout; input[7:0] a, b;

input cin;

加法器电路的设计

full_add1 f0( a[0], b[0], cin, sum[0], cin1 ); full_add1 f1( a[1], b[1], cin1, sum[1], cin2 );

full_add1 f2( a[2], b[2], cin2, sum[2], cin3 );full_add1 f3( a[3], b[3], cin3, sum[3], cin4 ); f

流水线之争讲的是流水线对今天的生产的影响和分类

流水线之争——服装生产

在进入正题前我们必须了解至少两个名词。

一、产出率：即产出总值除以消耗值，产出率是我们计算单件效率的关键参数之一。

二、增长值效率：即产出值减去消耗值后除以产出时间，增长值效率的大小是决定一个公司发展速度的根本参数。

任何东西用的好你就能成功，不会用还是浪费，看完全文对你的生产绝对有质的提升。前面介绍的两个概念一直是公司一直追求的，但是怎么实现这两个数据的增长。早在1927年德国人就在研究这方面取得了重大成果，制造出了世界上第一个生产流水线系统。

经过漫长的发展，流水线的生产方式已经发展到了各个领域应用了。在轻工业异常发达的当今中国，流水线已经不是当年单一的品种了，就服装行业来说就有吊挂流水线和推箱式流水线等种类。今天就现在用的最多的这两种流水线进行比较，探讨流水线相对传统生产方式的一些优势。

流水线的目的是将搬运等富余工作时间节约出来，本来我们的投资给工人的工资是要他们来给我们做车缝做上肩膀做敲边的，结果绝大多数时间用在了其他事情上，传统的工厂生产就出现了总消耗值很大，产出总值却很小的情况，最后产出率非常小。

我们做服装公司有的是要交房租水电的，就算用的是自己家的地自己家的厂房，一年到

数字电子技术课程设计

前 言

当今，电子技术飞速发展，近年来出现了许多新的数字器件和电路的分析设计方法，尤其是中大规模集成电路的发展和应用更是迅速。比如可编程逻辑器件出现时间虽然不长，但已在各个领域得到广泛应用。如今，数字电路与技术已广泛应用于计算机、自动化装置、医疗仪器与设备、交通、电信、文娱活动等几乎所有的生产生活领域中，可以毫不夸张地说，几乎每人每天都在与数字技术打交道。所有这些，给数字电子技术课程提出了更高的要求，需要有新的内容、方法和手段与之相适应。

“电子技术课程设计”是电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习电子技术的综合性训练，该训练通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成。学生通过动脑、动手解决若干个实际问题，巩固和运用在“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“单片机原理与应用”等课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。

我们的设计题目是《八位二进制加法器》，技术指标：八位二进制加数与被加数的输