403 - 乘法器的优化

优化1：两个关键点：

1. 每个寄存器的当前保存结果即为瞬时输出结果，不影响下一次内容改变；
2. 加法器中保存的结果在下一个时钟上升沿来临之前，不会对乘积寄存器有任何改变。

结论：移位和加法器可以同步进行

图1

优化2：计算机进行乘法运算的每一轮产生的中间结果不相互影响，可以一次性算出所有的中间结果直接相加。

结论：减少不必要的硬件资源

1. “被乘数寄存器”8位宽带左移，但其中有效数字始终只有4位；
2. “乘数寄存器”4位宽带右移，但其中有效数字每周期减少1位；
3. “乘积寄存器”8位宽，但初始时有效数字只有4位，而且每周期增加1位；
4. “加法器”8位宽，但参与运算的有效数字实际只有4位。

图2

优化方案：

1. “被乘数寄存器”缩减为4位而且取消左移功能（削减了空间，相应的要减少分配给它的任务）
   

   

   图3

2. “乘积寄存器”增加右移功能，乘积初始值置于其中高4位，随着运算过程不断右移（保留了你的地盘，相应的给你增加一点任务。被乘数左移是为了和中间的结果进行对齐，以便进行运算，这个任务交给乘积寄存器来做。因为左移变成了右移，所以要把乘积初始值置于高4位。）
   

   

   图4

3. 取消“乘数寄存器”，乘数初始置于 “乘积寄存器” 低4位（注意看第2步，乘积寄存器的初始值被置于高4位，并且增加了右移功能。而乘数寄存器刚好是4位寄存器并且带有右移功能，那么可以把乘数寄存器和乘积及存取合并，并把乘数寄存器的4位数置于乘积寄存器的低4位，同时能保证乘数的对齐。）
   

   

   图5

4. “加法器”缩减为4位宽，“乘积寄存器”只有高4位参与运算（被乘数已被削减位4位，相应的，加法器也调整为4位。）

   
   
   

   图6

最终得到的改进版架构：

图7

同理得到N位乘法器的架构：

图8