BÁO cáo đồ án bộ CHIA sign restoring divider sign non restoring divider unsign radix 4 divider

ĐẠI HỌC QUỐC GIA

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

BỘ CHIA

NGÀY NỘP: 07/09/2022

Giảng viên: Hoàng Trang

Người hướng dẫn: Đỗ Quang Thịnh

Người thực hiện: Châu Trần Hồng Hà

MSSV: 1910146

Thành phố Hồ Chí Minh, 2022

MỤC LỤC

I. Tổng quan về đề tài........................................................................................................4

1. Lí thuyết về bộ chia....................................................................................................5

2. Sign Restoring Divider..............................................................................................9

3. Sign Non-Restoring Divider.....................................................................................10

4. Radix-4 Divider.......................................................................................................13

II. RTL & SIMULATION................................................................................................15

1. Cách thức thực hiện simulation................................................................................15

a. Sử dụng tool mô phỏng........................................................................................15

b. Cách đọc mô phỏng..............................................................................................16

2. Sign Restoring Divider.............................................................................................16

3. Sign Non-Restoring Divider.....................................................................................19

4. Radix-4 Divider.......................................................................................................21

II. Synthesis trên Quartus.................................................................................................23

1. Cách thức synthesis..................................................................................................23

a. Setup library & constraint....................................................................................23

b. Synthesis..............................................................................................................23

2. So sánh kết quả synthesis.........................................................................................25

a. So sánh về phần cứng...........................................................................................25

b. So sánh về Fmax..................................................................................................26

c. So sánh về Timing................................................................................................28

III. Synthesis trên DC.......................................................................................................29

1. Cách thức synthesis..................................................................................................29

2

a. Setup library & constraint....................................................................................29

b. Synthesis..............................................................................................................31

c. Ý nghĩa các thông số trong report.........................................................................32

2. So sánh kết quả synthesis.........................................................................................34

a. report_area............................................................................................................34

b. report_timing........................................................................................................37

IV. Kết luận......................................................................................................................43

V. Tài liệu tham khảo.......................................................................................................44

3

I. Tổng quan về đề tài

Phép chia (Division) là phép tính vận hành phức tạp nhất trong bốn thuật toán phép

tính cơ bản và cũng là khó nhất để giải quyết nhanh chóng. Do đó, các bộ chia sẽ đắt hơn và

hoạt động chậm hơn bộ nhân. Điều may mắn là việc vận dụng thuật toán phép chia ít phổ

biến hơn so với các phép nhân. Có hai thuật toán bộ chia cơ bản dưới dạng số nhị phân được

sử dụng đó là thuật toán Restoring và Non-Restoring. Trong mỗi thuật toán, phép chia thực

hiện dựa trên phương pháp dịch từng bit, tạo ra thương số có một chữ số tại một thời điểm,

bắt đầu từ bit MSB. Việc xác định k chữ số của thương số từ phần MSB cho phép chúng ta

"hội tụ" thành thương số có k chữ số trong k chu kỳ. Việc tăng tốc độ phép chia sẽ thông qua

việc giảm số chu kỳ dịch chuyển dẫn đến hình thành các bộ chia có cơ số cao. Trong phạm vi

của đồ án, chúng ta sẽ tập trung vào ba loại bộ chia cơ bản:

+ Sign Restoring Divider.

+ Sign Non- Restoring Divider.

+ Unsign Radix-4 Divider.

Việc tập trung vào thiết kế ba loại bộ chia cơ bản dựa trên giải thuật cũng như so

sánh cả ba loại bộ chia để đánh giá được bộ chia nào tối ưu hơn về các khía cạnh cơ bản

như số cell sử dụng, area, timing.

Báo cáo được trình bày gồm các mục:

+ Đầu tiên là phần mô phỏng hoạt động của các bộ chia dựa trên tool ModelSim.

+ Tiếp theo là thực hiện synthesis code của các bộ chia trên tool Quartus Prime 18.1

để lấy thông số báo cáo các khía cạnh về phần cứng, area, timing, tần số và thực

hiện so sánh hiệu quả của các bộ chia thông qua các thông số này.

+ Tiếp theo là thực hiện synthesis code của các bộ chia trên tool DC để lấy thông số

báo cáo các khía cạnh về phần cứng, area, timing và thực hiện so sánh hiệu quả

của các bộ chia thông qua các thông số này.

4

1. Lí thuyết về bộ chia

* Phép chia dịch theo từng bit:

1

Phép chia tuần tự hay dịch theo từng bit có thể được thực hiện bằng cách khởi tạo phần dư ban đầu thành (0) = , và liên tiếp trừ đi phần dư đó được dịch chuyển đúng các số hạng

− (Hình 1).

Hình 1. Phép chia của một số 8-bit bởi số có 4-bit được kí hiệu bởi dấu chấm

Mỗi số kế tiếp bị trừ đi phần dư được dịch chuyển 1 bit so với phần trước, một

cách tiếp cận đơn giản hơn là để dịch chuyển phần dư đi 1 bit, căn chỉnh các bit của nó

với những bit của số hạng tiếp theo rồi thực hiện phép trừ. Điều này dẫn đến thuật toán

chia tuần tự với việc thực hiện các bước dịch bit sang trái:

( ) = 2 ( −1)

− − (2 ) với

(0)

= và

( ) = 2

Hệ số 2 mà d được nhân trước đảm bảo sự căn chỉnh thích hợp của các giá trị. Sau k lần lặp, sự lặp lại trước đó dẫn đến:

( )=2 (0)− (2 )=2 [ −( × )]=2

* Restoring divider:

2

1 Computer arithmetic algorithms and hardware designs, Parhami Behrooz, Oxford University Press (2010),

p265.

2 Computer arithmetic algorithms and hardware designs, Parhami Behrooz, Oxford University Press (2010), p270.

5