乘法器实验报告

1、运算器部件实验：Booth乘法器班级：软件工程一、 实验目的理解并掌握乘法器的原理。二、 实验原理Booth算法是一种十分有效的计算有符号数乘法的算法。算法的新型之处在于减法也可用于计算乘积。Booth发现加法和减法可以得到同样的结果。因为在当时移位比加法快得多，所以Booth发现了这个算法，Booth算法的关键在于把1分类为开始、中间、结束三种，如下图所示当然一串0或者1的时候不操作，所以Booth算法可以归类为以下四种情况： Booth算法根据乘数的相邻2位来决定操作，第一步根据相邻2位的4中情况来进行加或减操作，第二部仍然是将积寄存器右移，算法描述如下：（1） 根据当前为和其右边的位，做

2、如下操作： 00: 0的中间，无任何操作； 01: 1的结束，将被乘数加到积的左半部分； 10：1的开始，积的左半部分减去被乘数； 11: 1的中间，无任何操作。（2） 将积寄存器右移1位。 因为Booth算法是有符号数的乘法，因此积寄存器移位的时候，为了保留符号位，进行算术右移。同时如果乘数或者被乘数为负数，则其输入为该数的补码，若积为负数，则输出结果同样为该数的补码。 三、 实验步骤（1） 打开QuartusII（2） 将子板上的JTAG端口和PC机的并行口用下载电缆连接，打开试验台电源。（3） 执行ToolsProgrammer命令，将booth_multiplier.sof下载到FPG

3、A中。（4） 在实验台上通过模式开关选择FPGA-CPU独立调试模式010.（5） 将开关CLKSEL拨到0，将短路子DZ3短接且短路子DZ4断开，使FPGA-CPU所需要的时钟使用正单脉冲时钟。四、 实验现象实验结果见下表：重复 步骤 被乘数(md) 积（p） 被乘数是(-7)10 乘数是（8）100初始值10010000 0110 011:00->nop10010000 0110 02:积右移一位10010000 0011 021:10->积=积-被乘数10010111 0011 02:积右移一位10010011 1001 131:11->nop10010011 1001

4、 12:积右移一位10010001 1100 141:01->积=积+被乘数10011010 1100 12:积右移一位10011101 0110 0重复 步骤 被乘数(md) 积（p） 被乘数是(-4)10 乘数是（-5）100初始值11000000 1011 011:10->积=积-被乘数11000100 1011 02:积右移一位11000010 0101 121:11->nop11000010 0101 12:积右移一位11000001 0010 131:01->积=积+被乘数11001101 0010 12:积右移一位11001110 1001 041:10-

5、>积=积-被乘数11000010 1001 02:积右移一位11000001 0100 1五、 具体代码实现端口声明：port( clk: in std_logic; md : in std_logic_vector(3 downto 0); mr : in std_logic_vector(3 downto 0); p : out std_logic_vector(8 downto 0); final: out std_logic );信号量声明：signal p_s:std_logic_vector(8 downto 0);signal counter:std_logic_vecto

6、r(3 downto 0):="0000" -counter具体算法实现如下：process(clk)isbegin if(clk'event and clk='1')then -时钟沿到来 if(counter="0000")then p_s(8 downto 0)<="0000"&mr(3 downto 0)&"0" -进行初始化操作 elsif(counter(0)='0')then p_s(8 downto 0)<=p_s(8)&p

7、_s(8 downto 1); -计数为偶数时进行移位操作 elsif(counter(0)='1')then -计数位奇数是进行加或减操作-由于计算过程中会进行移位操作，所以p_s(1 downto 0)始终表示当前位和当前位的右边-一位 if(p_s(1 downto 0)="10")then p_s(8 downto 5)<=p_s(8 downto 5)+(not md)+"0001"); -减法操作 elsif(p_s(1 downto 0)="01")then p_s(8 downto 5)<=p_s(8 downto 5)+md(3 downto 0); -加法操作 end if; end if; if(counter<"1001")then -计数器counter及final输出的操作 counter<=counter+"0001" elsif(counter="1001")then fin