带有流水线的16位加法器

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

电子与信息工程学院电子科学与技术专业 集成电路设计

__________________________________________________________________________________ 实验名称：十六位超前进位加法器

一、实验目的

设计、验证并优化16位超前进位加法器的逻辑功能。

二、实验原理

1、1位全加器原理

全加器的求和输出信号和进位信号，定义为输入变量A、B、C的两种组合布尔函数：

求和输出信号 = A ⊕ B ⊕ C 进位信号 = AB + AC + BC

实现这两个函数的门级电路如下图。并不是单独实现这两个函数，而是用进位信号来产生求和输出信号。这样可以减少电路的复杂度，因此节省了芯片面积。

上述全加器电路可以用作一般的n位二进制加法器的基本组合模块，它允许两个n位的二进制数作为输入，在输出端产生二进制和。最简单的n位加法器可由全加器串联构成，这里每级加法器实现两位加法运算，产生相应求和位，再将进位输出传到下一级。这样串联的加法器结构称为并行加法器，但其整体速度明显受限于进位链中进位信号的延迟。因此，为了能够减少从最低有效位到最高有效位的最坏情况进位传播延时

[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

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

实验六 8位硬件加法器

一.

1. 2. 3.

实验目的

掌握QuartusII的硬件描述语言设计方法 了解同步计数器的原理及应用

设计一个带使能输入、进位输出及同步清零的增1四位N (N<16)进制同步计数器

二.

1.

准备知识

串行进位加法器

若有多位数相加，则可采用并行相加串行进位的方式来完成。例如，有两个４位二进制数A3A2A1A0和B3B2B1B0相加 ，可以采用两片内含两个全加器或1片内含４个全加器的集成电路组成，其原理图如图6.1所示：

图6.1 串行进位加法器

由图6.1可以看出，每1位的进位信号送给下1位作为输入信号，因此，任1位的加法运算必须在低1位的运算完成之后才能进行，这种进位方式称为串行进位。这种加法器的逻辑电路比较简单，但它的运算速度不高。为克服这一缺点，可以采用超前进位等方式。 2.

超前进位加法器

对于一个加法器来说，它是一个纯组合电路。也就是它的输出在输入出现的时刻就已经确定了，包括它的和和进位值，是输入的组合逻辑。换而言之，只要知道输入，在不算出和的情况下也可以得到进位值，该值仅为输入的组合逻辑，以这样的一种思路设计的叫超前进位加法器。而所谓串行进位加法器，就是必须算得低位加法的值后才可以继续计算高位值，如图

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

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

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

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“

《电子线路设计、实验、测试》实验报告

实验名称： 4位二进制数加法器实验 院 系：电子信息与通信学院 专业班级：电信1401班 姓名：XXX 学号：xxxxxx 时间： 地点：南一楼 指导教师：

2016 年 4 月 13 日

4位二进制加法器实验

一.实验目的

1.熟悉ISE软件的使用

2.熟悉并初步掌握Verilog HDL描述电路的方法 3.掌握用仿真波形验证电路功能的方法

4.熟悉使用ISE软件创建文件并下载到basys2开发板上的过程

二.实验内容

用ISE软件对4位二进制全加器实验进行仿真，采用4位二进制数加法器的数据流描述方式，由于被加数A和加数B都是4位的，而低位的进位Cin为1位，所以运算的结果可能为5位，用{Cout，Sum}拼接起来表示。然后对其进行仿真，最后创建约束文件，生成bit文件下载到basys2开发板上，对开发板进行操作。

三.实验原理

除本位两个数相加外，还要加上从低位来的进位数，称为全加器。图1为全加器的方框图。图2全加器原理图。被加数Ai、加数Bi从低位向本位进位Ci-1作为电路的输入，全加和Si与向高位的进位Ci作为电路的输出。能实现全加运算功能的电路称为全加电路。全加器的逻辑功能真值表如表1中所