2022年阵列除法器的FPGA实现 .pdf

商品储运与养护年第卷第期总第期【收稿日期 】【作者简介 】 刘军礼 （） ， 男， 中国海洋大学控制理论与控制工程专业在读研究生。周忠海 （） ， 男 ， 中国海洋大学海洋地质专业在读博士研究生， 高级工程师， 在山东省科学院海洋仪器仪表研究所从事科研工作， 主要进行海洋科学与工业自动化技术方面的研究。廉月仙（） ， 女 ， 工程师 ， 西日本株式会社， 主要从事仪器仪表技术研究。孙亮 （） ， 男 ， 中国海洋大学控制理论与控制工程专业在读研究生。引言除法器是电子技术领域的基础模块，在电子电路设计中得到广泛地应用。 然而相对于加法和乘法等其他操作， 除法操作的效率很低。 出现这种情况的原因除了除法本身的复杂性外， 还与人们普遍认为除法是不频繁的操作有关。作为微处理器的一个重要的运算单元， 除法器 的 运 算 速度 、 性 能 、 功 耗 等都会影响系统的整体性能， 所以对除法效率的忽视会导致系统整体性能的下降。 硬件除法器的运算速度比软件实现方法快得多，但为了提升运算速度，就要以硬件资源的消耗为代价。除法的运算的分析除法器的算法可分为两类：基于减法操作和基于乘法操作的算法 。数字循环是最简单， 运用最广泛的一类算法， 以减法为基 本 的 操 作 ， 在 每 一 次 迭 代 中 求 固 定 位 数 的 商 。 在 最 早 的方法中，每次尝试在余数中减去除数，然后判断得到的结果 ， 如果结果为正就上商， 否则上商， 并恢复余数， 最后移位进行下一次迭代。方法一次迭代的框图如图所示：在这种方法中一次迭代需要次加法运算， 这样增加了不必要延时，方 法 把 下 一次 迭 代 中 和 减 法 合 并 ， 这样在每次迭代中根据上一次上商的结果进行操作， 如果上次上商为， 这次迭代用余数减去除数， 否则用余数加上除数， 然后和方法一样得到本次迭代的商。方法一次迭代的框图如图所示。还有就是基于乘法的算法， 把除法看成是乘法的逆运算。如下面的式子所示：其中为被除数，为除数 ，为商 ，为余数 。 这样的算法主要有，和算法等。除法在孙亮， 周忠海 ， 廉月仙， 刘军礼（中国海洋大学，山东 青岛；山东省海洋仪器仪表研究所， 山东 青岛；西日本株式会社 ， 山东 青岛）【摘要】先对除法器运算进行了分析， 然后用实现了两种常见的结构硬件除法器， 并分析了先行进位阵列除法器的设计原理。【关键词 】； 先行进位单元阵列除法器； 串行进位阵列除法器【中图分类号】【文献标识码】【文章编号 】（）阵列除法器的 实现图【】 ， ，【】； ， ，（ ，； ， ，；，）? 设备与设施 ?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 商品储运与养护第卷很多方面与乘法不同， 最重要的区别就是在乘法中所有的部分乘积都可以并行生成， 而在除法中每个商的位都是以一种顺序的过程确定的。阵列除法器的实现硬件除法器的设计方案中， 基于减法操作的设计方案中一般包括使用串行进位加法器和超前进位加法器两种。 串行进位单元阵列除法器的结构简单， 只要一次将低位全加器的进位输出端接到高位全加器的进位输入端就可以了。但是每一位相加的结果都必须等到低一位的进位产生以后才能建立起来 ， 这样对于一个位的数据计算有时候需要经过四个全加器的传输延迟时间才能够得到稳定可靠的运算结果， 但考虑到串行进位加法器的电路结构比较简单， 因而在对运算速度要求不高的除法器中， 串行进位单元阵列除法器仍不失为一个可取的方案 。 下面给出了一个位正数除法器的减法阵列设计如图。 每次试商的时候要判断部分差是不是够减， 判断的过程就用减法器来进行， 当减法器输出的最高位是时 ， 表明试商时不够减 ， 因此本位商的数码应为， 否则为。先行 进 位 单 元 阵 列 除 法 器 主 要 由单 元 、单 元 和单元组成。 该先行进位单元阵列除法器采用不恢复除法的思想， 这样每一个部分差可以由两个向量来表示， 即和向量和进位向量 。下面来分析一下超前进位产生的原理。从全加器的真值表可以知道， 在两种情况下会有进位输出信号产生。第一种清况是， 这时（）。第二种情况是且 （），也产生（）的信号 ， 这时可以把来自低位的进位输入信号（）直接传送到输出端。于是两个多位数中第为相加产生的进位输出（）可表达为 ：（）（）（）若将定义为进位生成函数， 同时将 （）定义为进位传送函数， 则图 位串行单元阵列除法器图（下转第页）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - （上接第页）（）（） （）进位输出由上面的表达式可以看出来， 用两级门电路就可以完成 ， 所以时间延迟只是门电路的传输延时时间， 这样大大缩短了除法器的运行周期。第位和（） 的逻辑式为： （）（）（）也可将上式改写为：!（）单 元 的为 控 制 信 号 ， 决 定 在 每 一 行 执 行 的 是 减 法（）还是加法 （） 操作 。每个单元的和单元起到进位的产生和传播作用。单元产生伪符号（ ! !）! 其中为行号 。! 为第行产生的先行进位信号。除法器的功能仿真及总结串行进位单元阵列除法器和先行进位单元阵列除法器的功能仿真是使用的进行的 。 仿真的结果表明这种硬件方式构成的除法器比软件的实现方法的速度要快 。 并且先行进位阵列除法器的速度比串行进位的除法器的速度也快。 然而 ， 必须指出 ， 运行时间得以缩短是用增加电路复杂程度的代价换取的。当除法器位数增加时， 电路的复杂程度也随之急剧上升， 所以设计的时候应综合考虑速度和资源两个方面 。参考文献姜咏江基于的计算机核心设计北京：清华大学出版社 ，侯 伯 亨 等硬 件描 述 语 言 与 数 字 逻 辑 电 路 设 计西安 ： 西安电子科技大学出版社，郝建新等用实现先行进位单元阵列除法器国防科技大学学报，罗一娴等 ：“ 三校生 ” 困境及对策研究第期法律基础课，将与青少年犯罪有关的法律纳入法律教学内容中。其次 ， 加强办学改革。 学校要关注国家经济发展的宏观政策， 国家经济结构调整的动向，宏观经济的变化必然要带来人才需求的变化，学校要记录和分析每年收集的需求信息，对比社会的反映加以比较，分析哪些专业的需求呈上升趋势，哪些专业的需求保持平稳，根据社会需求及时调整学校的专业结构和课程设置 、 招生人数和培养规格，尽快形成学科专业设置能够主动适应社会变革需要的运行机制。 另外 ， 职业学校应大力发展与地方经济建设紧密结合的应用型专业，不要盲目追求热门，而是要根据自己学校的实际办出特色。从家庭方面来讲， 首先应努力构建一个完整的家庭。一个完整的家庭有多方面的功能：经济功能、 生育功能、 性生活功能、 教育功能、 抚育与赡养功能、 感情交流功能等，这些功能对于青少年的健康成长都起着十分重要的作用。其次 ， 要在家庭中营造民主的氛围。许多三校生由于长期得不到尊重，形成强烈的反叛心理， 一些家长不懂得尊重女子，乱翻乱看子女的信件、 日记 ， 甚至故意推绝同学的电话，使子女无法正常与同学、朋友交流 ， 凡此种种状况， 都极大地伤害了三校生的自尊心， 刺激和激化了孩子与家长的对立情绪。 此外 ， 父母还需为孩子树立良好的道德榜样。青少年时期是世界观、 人生观形成的时期，在这一时期中他们的可塑性，模仿性最强， 而家庭是青少年长期生活的地方， 父母语言行动对孩子影响最深， 父母的不良嗜好和不良习惯是对青少年危害最大的精神垃圾， 因而绝不能轻视。从社会方面来讲， 政府有关部门应定期对学校周边的环境进行治理， 加强对学校周 边 的 录 像 厅 、 游 戏 机 房 、 网吧 的 管理， 净化文化市场和社会风气， 以保障三校生的合法权益和健康。 另外在解决三校生的就业问题上， 各级政府部门一方面要大力发展经济，给毕业生提供更多的就业岗位，另一方面要加强宏观调控 ， 完善毕业生就业市场， 协调各市 、 区和部门之间的就业政策 ， 清除人为设置的“ 三校 ” 毕业生合理流动的种种障碍，建立与市场经济相适应的双向选择新机制。第三 ， 各地区认真落实青少年社区工作， 逐步建立健全专业社工组织， 关心辖区内青少年的生活状况和心理状态， 要经常与社区青少年保持沟通和联络， 采取谈心等方式促进自我意识的觉醒， 重塑他们对生活的信心， 将他们重新纳入社会正常的运行轨道， 帮助包括不少 “ 三校生 ” 在内的青少年早日摆脱离校后脱离社会主流秩序的问题 。参考文献黄西宁技校生自卑心理障碍及疏导对策广西教育， （）王宪伟中专学生就业障碍因素分析及对策徐州教育学院学报 ， （）李建平中专生厌学心理的原因及对策安徽电子信息职业技术学院报， （）王宪伟中专学生就业障碍因素分析及对策徐州教育学院学报 ， （）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -