山东大学软件学院计算机组成原理课程设计整机实验(3)_山东大学计算机组成原理实验
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一、实验时间
2021年5月20日，12周
2021年5月27日，13周，整机实验检查，打分
二、实验任务
完成整机实验的拓展功能2：两个正数相乘+带符号的原码一位乘
注意乘法的拓展分为两步
第一步：两个正数的原码一位乘
第二步：带符号数的原码一位乘
三、对实验要求的理解
在拓展要求2中，第一步拓展实现的是正数的原码一位乘，由于对于正数来说，原码和补码是一样的，因此不需要转换
但如果要实现带符号位的原码一位乘，由于负数的补码和原码不一样，因此需要用对二求补器将运算前的数据由补码转为原码，运算后的原码转成补码，并存入内存中
这个拓展的实现有多种思路，有的实验老师要求比较严格，要求所有数据必须全部经过一个ALU，但我们实验老师要求比较松，可以用阵列乘法器实现乘法，因此对于这个功能，我使用了阵列乘法器实现
对于另一种实现方式，比较麻烦，我没有研究，但也有很多人做出来了
由于我采用了比较简单的阵列乘法器实现最终的乘法，对于其它人的参考价值不大，因此本博客到整机实验结束后才最终更新
四、具体实现
4.1 具体实现思路
下面介绍我对乘法的具体实现方法
- 使用LOAD指令取出两个数，存放到寄存器组的R0和R1中
- 从R0和R1分别取出乘法的两个数，经过对二求补器后打入阵列乘法器的A寄存器和B寄存器
- 乘法结果经过16位对2求补器，将结果转换为补码
- 通过2路选择器选择乘法结果16位的高8位输出，保存在R1中
- 通过2路选择器选择乘法结果16位的低8位输出，保存在R0中
- 将R0和R1里保存的结果存储到内存中
使用阵列乘法器相当于将乘法的难度缩减为加法
其中，输入使用了8位对2求补器，乘法结果输出使用了16位对2求补器
具体的微操作如图
MUL Ri，Rj
乘法指令为双字长，第一字长给定OP和寄存器打入脉冲
第二字长仅给定寄存器打入脉冲
STOREMUL
乘法存数指令，第一字长给定OP+寄存器打入脉冲
第二字长给定乘法结果高8位存数地址
第三字长给定乘法结果低8位存数地址
4.2 对2求补器
8位对2求补器，符号位不变，当符号位为1时，启动求补，符号位为0时，直接输出原数据
对二求补器的工作原理是，总后向前，找到第一个1，这个1不变，前面的全部取反（除符号位以外）
4.3 阵列乘法器
阵列乘法器由于图太大（大于5MB），传不上来，这里只能传一个模糊的图
4.4 乘法器区域图
输入使用8位对2求补器将补码转换为原码，输出使用16位对2求补器将乘法结果由原码转换为补码
另外，由于我的阵列乘法器实现的是两个正数相乘（最高位位1时也是正数），因此这里输入用了直送和通过求补器两种方式，输出同样提供了两种方式，但事实上，由于计算机中存储的是有符号补码，当最高位为1时，一定是有符号数，因此不需要这么麻烦。这是由于我开始时没考虑到，后来才意识到。实际上应该做简化处理，不需要这么多选择器，只要让输入输出都经过求补器就可以了
五、检查中老师问的问题
1.有哪些部件的输出连了总线？
要求说出，并且在电路图上指出
2.寄存器组的输入输出问题，寄存器组怎么输入，怎么输出
3.JO指令的实现原理
4.原理图输入的步骤（总共7步，在ppt上）
- 创建项目
- 建立原理图设计文件
- 目标器件选择
- 项目的编译（由编译器完成）
- 引脚分配（引脚绑定）
- 编程下载
- 生成器件符号图（生成.bsf文件，供上层项目文件使用）
5.脉冲的时序问题
六、后记
计算机组成原理课程设计就这样结束了，因为多数实验老师不让用阵列乘法器，因此这篇文章对后人的参考价值不大。但作为计组课设完整性的记录，我觉得还是应该把这篇文章发出来。在计组课设的过程中，遇到了很多的困难，中途还改了一次图的结构和微指令，但最后还是实现了基本和拓展的功能。在这个过程中，和老师同学们讨论，总结经验，克服了一个又一个的困难，在这里也感谢老师和其它同学对我的帮助。而计组课设的实验过程，也会成为我大学的一段美好的回忆。
