2024年5月6日发(作者：姜典雅)
组成原理 阵列乘法器设计实验
《计算机组成原理》
专 业,
学 号,
学生姓名,
实验日期,
实 验 三
一、 实验名称,阵列乘法器设计实验
二、 实验目的,
1. 掌握乘法器的原理及其设计方法。
2. 熟悉CPLD 应用设计及EDA 软件的使用。
三、 实验设备,
PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套，排线若干。
四、 实验内容,
1. 阵列乘法器的工作原理，掌握阵列乘法器的设计方法.
2.正确将电路原理图下载到试验箱中.
3.正确通过实验箱连线实现4位二进制数的相乘并得到正确结果
五、 实验原理,
硬件乘法器常规的设计是采用“串行移位”和“并行加法”相结合的方法，这
种方法并不需要很多的器件，然而“加法-移位”的方法毕竟太慢。随着大规模集
成电路的发展，采用高速的单元阵列乘法器，无论从计算机的计算速度，还是从提
高计算效率，都是十分必要的。阵列乘法器分带符号和不带符号的阵列乘法器，本
次实验只讨论不带符号阵列乘法。高速组合阵列乘法器，采用标准加法单元构成乘
法器，即利用多个一位全加器(FA)实现乘法运算。对于一个4 位二进制数相乘，
有如下算式:
这个4 × 4 阵列乘法器的原理如图1-3-1 所示。
FA(全加器)的斜线方向为进位输出，竖线方向为和输出。图中阵列的最后一行
构成了一 个串行进位加法器。由于FA 一级是无需考虑进位的，它的进位被暂时
保留下来不往前传递，因此同一极中任意一位FA 加法器的进位输出与和输出几乎
是同时形成的，与“串行移位”相比可大大减少同级间的进位传递延迟，所以送往
最后一行串行加法器的输入延迟仅与FA 的级数(行数)有关，即与乘数位数有关。
本实验用CPLD 来设计一个4×4 位加法器，且全部采用原理图方式实现。
六、 实验步骤,
(1) 根据上述阵列乘法器的原理，使用Quartus II 软件编辑相应的电路原理
图并进行编译，其在EPM1270 芯片中对应的引脚如图1-3-2 所示，框外文字表示
I/O 号，框内文字表示该引脚的含义。
(2) 关闭实验系统电源，按图1-3-3 连接实验电路，图中将用户需要连接的信
号用圆圈标明。
(3) 实物图如下:
(4) 打开实验系统电源，将生成的POF 文件下载到EPM1270 中去。
(5) 以CON 单元中的SD10„SD13 四个二进制开关为乘数A，SD14„SD17 四个二
进制开 关为被乘数B，而相乘的结果在CPLD 单元的L7„L0 八个LED 灯显示。给
A 和B 置不同的数，观察相乘的结果。
七、 实验结果
1、输入:1111 1111
结果:11111111
2、输入:0000 0000
结果:00000000
八、 心得体会
实验的过程不仅体现了我们的动手能力，还考察了我们对所学内容的掌握程
度，协助我们更加清晰地了解我们所学习的东西。本次实验让我知道了，阵列乘法
的计算方法,验证了阵列乘法的计算原理
通过这次实验使我懂得了理论与实际相结合是很重要的.从理论中得出结论，
才能真正验证理论知识的正确性，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能
力。
2024年5月6日发(作者：姜典雅)
组成原理 阵列乘法器设计实验
《计算机组成原理》
专 业,
学 号,
学生姓名,
实验日期,
实 验 三
一、 实验名称,阵列乘法器设计实验
二、 实验目的,
1. 掌握乘法器的原理及其设计方法。
2. 熟悉CPLD 应用设计及EDA 软件的使用。
三、 实验设备,
PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套，排线若干。
四、 实验内容,
1. 阵列乘法器的工作原理，掌握阵列乘法器的设计方法.
2.正确将电路原理图下载到试验箱中.
3.正确通过实验箱连线实现4位二进制数的相乘并得到正确结果
五、 实验原理,
硬件乘法器常规的设计是采用“串行移位”和“并行加法”相结合的方法，这
种方法并不需要很多的器件，然而“加法-移位”的方法毕竟太慢。随着大规模集
成电路的发展，采用高速的单元阵列乘法器，无论从计算机的计算速度，还是从提
高计算效率，都是十分必要的。阵列乘法器分带符号和不带符号的阵列乘法器，本
次实验只讨论不带符号阵列乘法。高速组合阵列乘法器，采用标准加法单元构成乘
法器，即利用多个一位全加器(FA)实现乘法运算。对于一个4 位二进制数相乘，
有如下算式:
这个4 × 4 阵列乘法器的原理如图1-3-1 所示。
FA(全加器)的斜线方向为进位输出，竖线方向为和输出。图中阵列的最后一行
构成了一 个串行进位加法器。由于FA 一级是无需考虑进位的，它的进位被暂时
保留下来不往前传递，因此同一极中任意一位FA 加法器的进位输出与和输出几乎
是同时形成的，与“串行移位”相比可大大减少同级间的进位传递延迟，所以送往
最后一行串行加法器的输入延迟仅与FA 的级数(行数)有关，即与乘数位数有关。
本实验用CPLD 来设计一个4×4 位加法器，且全部采用原理图方式实现。
六、 实验步骤,
(1) 根据上述阵列乘法器的原理，使用Quartus II 软件编辑相应的电路原理
图并进行编译，其在EPM1270 芯片中对应的引脚如图1-3-2 所示，框外文字表示
I/O 号，框内文字表示该引脚的含义。
(2) 关闭实验系统电源，按图1-3-3 连接实验电路，图中将用户需要连接的信
号用圆圈标明。
(3) 实物图如下:
(4) 打开实验系统电源，将生成的POF 文件下载到EPM1270 中去。
(5) 以CON 单元中的SD10„SD13 四个二进制开关为乘数A，SD14„SD17 四个二
进制开 关为被乘数B，而相乘的结果在CPLD 单元的L7„L0 八个LED 灯显示。给
A 和B 置不同的数，观察相乘的结果。
七、 实验结果
1、输入:1111 1111
结果:11111111
2、输入:0000 0000
结果:00000000
八、 心得体会
实验的过程不仅体现了我们的动手能力，还考察了我们对所学内容的掌握程
度，协助我们更加清晰地了解我们所学习的东西。本次实验让我知道了，阵列乘法
的计算方法,验证了阵列乘法的计算原理
通过这次实验使我懂得了理论与实际相结合是很重要的.从理论中得出结论，
才能真正验证理论知识的正确性，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能
力。