第一章 引言
1.1 课题研究的目的与意义
在人类学会买卖的时分，计算也随之爆发，而算盘成为计算最适用的工具存在了几千年。算盘也叫珠算，是中国人民发明的一种计算用具，古代时有“中国的计算机”的称号。算盘产生在我国汉代的前期，是由古代的“筹算”演化变成的，珠算这个词语，最早出现在汉末的三国演义时代的徐岳撰的《数术记遗》里，有一句叙述“珠算，控带四时，经纬三才”是出自出本里的。《乘除通变算宝》是南宋数学家杨辉的，里面有“九归”的口诀，刘因是元代人，也作了一首算盘的诗句，吴敬是明代人，他的的《九章详注比类算法大全》里写有珠算的大部分有关算法。在明清的时候，人们对算盘的运用就非常多，而对于算盘的制作大小，明万历年间的柯尚迁写的《数学通轨》里记载了13档算盘的图片，上有2珠，下有5珠，样似长方形，四周都是木框，里面有一个轴心，人们都叫作“档”，档的中间是用一根横木来分隔开来，运算的时候在确定位置后拨动珠字来进行计算。起初出世的每一种规格的算盘，全部在这个基础上发展起来。算盘的结构铸造十分简单，不仅便于掌握，而且使用的时候也很便利，它变成了计算和理财不能缺少的其中一种工具。算盘的传入是从明代开始，它来自朝鲜和日本等一些国家。清代的时候算盘根据经济和文化的交流被传进东南亚每个国家，在第二次世界大战结束后，美国在日本引入了一些算盘，看得出来算盘在现代人的生活里拥有非常重要的作用，无论是大商人或者是小商人都会通过运用小算盘来计算。不过根据人类文明的发展与现代科学技术的一直进步。算盘慢慢变成越来越不能满足一部分高强度和高难度与高速度的非常复杂的一种计算。就在这时，一种新型的电子类产品出世了，我们都叫它电子计算器。电子计算器是一种跨越了一个时代的伟大发明，比其算盘来，它的计算速度要快几百甚至几千倍，电子计算器的计算的结果也要比算盘更具精确度，它操作得非常方便，容易学会，它的计算的范围非常广泛，而且很灵巧，便于携带出门。电子计算器已经变成现代人生活中不可减少的计算用器，它给我们的生活带来了很大的便利。并且根据计算机的流行，更多的人在运用计算机，更多的工作都和计算机密不可分，也就是说计算机慢慢变成现代社会中不可缺少的计算用具，并且电子计算器拥有的功能也通过软件的形式使用到计算机里的软件世界里，它不仅给人们带来了很大的便利，还为现代人提供了更迅捷的计算速度，缩短了计算时间，和具有非常强大的运算功能。
1.2 国内外发展现状
（1）国外情况
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如今在国外，集成电路出世后，电子计算器只用仅仅几年功夫就达成了一种技术发展，通过猛烈的市场竞争，如今的计算器技术就非常成熟。计算器已渐渐地脱离原本的“辅佐计算工具”的功用定位，正往着多功能化和可编程化的目的发展，在各个范围都得到了普遍的使用。计算器不但能够完成各种各样复杂的数学计算还能够来编制和运行程序，方程组也可以用来解决，图形计算器也能用图形解决。计算器的一些内置软件也容许用户使用一些类似于对计算机的文件与目录管理等操纵，同意用户自行定制图形界面，此时每一种新的技术也被使用到计算器里让计算器功能更加强大。也就是说，电子计算器也能被称为“微微型”的计算机。
（2）国内情况
在国内，有厂商也使用计算器芯片来发明新的产品，不过针对计算器技术的钻研和计算器的芯片的设计现在还是起步的阶段。“计算”是计算机的最主要公用，我们可以把它叫做“低档计算器”。就算是关于这种计算器，大部分厂家和商人也仅仅工作在组装计算器和销售的业务。一部分IC设计公司和芯片的供应商人也开始慢慢钻研和学习计算器技术。
1.3课题的主要技术路线
这次实验是做基于现场可编程逻辑器件FPGA来进行设计，不仅是运用了硬件描述语言VHDL，还编程，并且在Altera公司的Quartus Ⅱ软件上完成了仿真。我们还必须实现进行计算器的一部分常用到的运算功能，经过外接键盘输入、LED数码显示来达到和完成运算目标。
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第二章 FPGA技术及硬件描述语言
2.1 FPGA技术的发展现状及与CPLD的比较
（1）FPGA技术的发展现状
FPGA是把英文Field Programmable Gate Array的缩写，也就是现场可编程门阵列，它是在CPLD和GAL与PAL等可编程器件的根本上更深入发展的产物。FPGA是作为专用集成电路（ASIC）领域中出现的的一种半定制电路，不但处理了定制电路的缺乏，还克服了原本存在的可编程器件门电路数有限的几个缺点。
FPGA使用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这个概念，它还包含可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block），输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个内部局部。FPGA的基本特点主要有：
ⅰ.采纳FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片消费，就能获得合用的芯片。 ⅱ.FPGA能做其它全定制或者半定制ASIC电路的测试样片。 ⅲ.FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。
ⅳ.FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 ⅴ.FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 RAM中的程序是用来设置FPGA工作状态的，它存放在片内RAM的程序里，因而，工作时就得对片内的RAM进行编程。用户也能随着不同的配置方式，使用不同的编程方法。加电时，片内编程RAM被FPGA芯片读入一些EPROM中的一些数据，在配置完成后，FPGA就进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因而，FPGA能使用很多次。FPGA的编程不需要专用的FPGA编程器，只要通用的EPROM、PROM编程器就可以。当必要改正FPGA性能的时候，只要换一片EPROM就可以了。同一片FPGA，不同的编程数据，能够发生差别的电路性能。因而，FPGA的运用十分灵便。
FPGA和DSP处理器还相对应，尽管DSP处理器速度非常快，还对许多DSP运用来说很有用，不过还有一些应用要求功能需要再一步提高，而且FPGA还提供了更高的功能。FPGA能够生成一个定制硬件设计，控制逻辑可以实现在硬件中，不用再使用精确的时钟周期来实现控制功用。另外，经过缩小硬件的框架，FPGA还能够供应额定的
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功能。假如，速度是最关键的设计思考原因，这样一来我们能够在FPGA中设计一个齐全并行的算法解决方法。如今，诸多系统都包含了一个FPGA，用于胶合逻辑和协议转换或者一些其它系统功用。假如，那FPGA没有被全部运用，那可以把DSP功能加入里面，能够为系统节省一部分成本。并且假如标准产生了一些变化，FPGA的运用就不会有一切风险。FPGA的配置文件可以升级，就像一个软件一样，虽然它们必需被存储在系统的非易失性存储器中。
目前，FPGA设计的设计方法，通常使用的是Top-down（自顶向下）。系统被分成各个功能子模块，在系统级层次上使用行为描述，再对这些子模块进一步使用行为描述。
（2）FPGA与CPLD的比较
FPGA简要称呼叫现场可编程逻辑门阵列，它是电子设计的一个里程碑。CPLD的简要称呼叫复杂可编程逻辑器件。虽然FPGA和CPLD一起都是可编程ASIC器件,有很多共同特性,但由于CPLD和FPGA构造上的差异,具备各自的特性：
1..CPLD更合适实现各种算法和组合逻辑，FPGA更合适在完成时序逻辑。换个说法, FPGA更合适在触发器丰富的构造，而CPLD更合适在触发器有限且乘积项很丰富的构造。
2.这种形式的集成度是非常的高的，并且它内部的结构和逻辑性也是非常的好的，受了广大的电子器件儿人们的喜欢。
3.运行的速度比现在业界上最快的DSP芯片还要快，是非常的快的。
4.在这种形式的使用方面，他也是非常的好的，她没有外部的存储芯片，使用着操作起来也非常的简单。
5.这种芯片它的运行的速度也是非常的快的。能在很多的时间真之内运行出来很多的程序使用度非常的高。
6.在编程方面可编程度是非常的好的，通过这些 程序员可以把自己的程序写错时他可以随意的进行改正的，并且这种部件儿在运行的过程中中如果在断电的时候里边存储的信息也不会丢失他能更好地去保存出来功能是非常的强大的
2.2 FPGA设计方法
在这个软件进行设计是中号，他有很多的规则，如果成员更好地掌握了这些规则，他能够使用起来非常的方便，他并且是功能非常的强大的更好的去运行程序。
我们知道应下系统对于一个系统来说是非常的重要的，它可以根据重新进行实现功能，它通常是欲望算法来实现的。又要能够让每个各部件都能更好地实现出什么工程？
2从系统方面分析它可以加上哥哥模块儿进行组合起来，让哥哥摸罐进行时间他索要要求的工程，并且它对要求高频率会红，夜宵的模块儿更加的实用。但是对于功能比
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较强大的模块儿它也能更好地使用，有利于程序进行设计和实现。
3这个系统运行的速度是非常快的，他每秒钟能时间3000万。非常的方便与实用它的体积是非常小的，能融合到各个单片机中旭能配合好，单片机更好的去工作。他的工作效率也是非常的高的不能和任何程序，静静充足，他的准确性高，受到了广大程序员的喜欢。由于它的芯片是非常的小的可以更好的切入到单片机中，去辅助单片机更好的进行工作。
4同步说句在这方面也是非常的重要的他能跟工程同步到这个程序运行起来，这个功能也发挥着巨大的作用，它同步的效果是非常的高的。有趣的是，在师宗方便它的经文确定也是非常的准的。老婆更好的去采集数据，这样把台积出来的，输液更好的分析出来，得到结果然后配合系统去执行相关的木命令把几个模块儿更好的整合出来。
2.3 利用硬件描述语言（HDL）的硬件电路设计方法
硬件儿的编程的语言是非常的重要的，可以通过这一个语言让硬件儿和硬件进行交流，明白这个硬件发出了是什么命令，并且配合区执行其他相关的命令，好比也是，人和人之间的说话，它能更好的去沟通了解人所能表达出来的意思应该是家的语言，他也是这样的，这个软件所采用的语言是VACdAC于二这种雨呀功能是非常的强大的收到了国代变成舍得，喜欢接下来我介绍这桌描述语言的几个特点，他们是怎么更好地辅助电路去工作的。
1他的方向二是自上向下的，这样有利于编程语言的能够一步一步的进行，实现功能是非常的方便的。
2由于我国制作芯片的厂家是非常的多的，他们所使用的软件都可以支持这种H直接一次语言，所以这种语言在适应很多种软件，硬件的设计人员也非常喜欢这种语言，因为他是用都非常的大，并且体积小，更容易切入到单片机中去，能够更好的企业设计，并且更加的合理。店家收到了很大的设计人员的喜欢。
3这种软件还能够更好的进行仿真，通过仿真能知道这些程序实现的是什么功能，并且对每个功能进行详细的分析。更好地找到错误，并且。开发出来的功能，大大的提高了工作的效率。也降低的硬线使用的频率。难度使广大的硬件设计人员喜欢她也大大的提高了工作的效率这种啊，软件是非常的好的。
5他的设计文件是用这种语言编写的源程序通过这种现象可以看出这种。语言要挂房子是用在哥哥方面。通过用这种程序编程出来，然后发站出来电路图，通过这些电路图可以更好的找到解决的方法，知道什么地方是错误的，并且能在很多的时间进行改正出来，收到了过完那的营销人员咋喜欢这种方式也更加方便。硬件设计人员去阅读它，去了解它。一眼就能看的出来，这个程序编程有什么问题，有什么优点可以方便去改正。
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基于FPGA的查表式运算器的设计与仿真
