加算器は、加算演算を実行するために使用されるデジタル電子機器のデジタル回路の一種です。乗算の演算も主にこの演算の順序に依存します。したがって、これらは、さまざまな範囲のアーキテクチャでさまざまなテクノロジを使用して、さまざまな方法で簡単に実装できます。高速で信頼性の高い加算器の設計は、組み込みアプリケーションとフィルタリング操作の主な目的です。次のようなさまざまなタイプの加算器が利用可能です リップルキャリー加算器 、コゲ ストーン加算器、スパニング ツリー加算器、ブレント クン加算器、パラレル プレフィックス加算器、繰り上げ先読み加算器、スパース コゲ ストーン加算器など。この記事では、その概要について説明します。 コッゲ ストーン アデ rまたはKSA。
コッゲストーンアダーとは何ですか？
Kogge-Stone 加算器 (KSA) は、次の並列プレフィックス形式です。 CLA (桁上げ先読み加算器) 。この加算器は、Brent-Kung 加算器と比較して実装に多くの領域を使用しますが、すべての段階でファンアウトが低いため、一般的な CMOS プロセス ノードのパフォーマンスが向上します。しかし、KSA では配線の混雑がしばしば問題になります。
コッゲ ストーン加算器 (KSA) は、さまざまな信号処理で使用される非常に高速な加算器です。 プロセッサー (SPP) 最適な算術関数を実行します。したがって、この加算器の動作速度は、入力から出力への伝播によって制限される可能性があります。一般に、KSA は業界内の高性能ベースの演算回路に使用される、設計時に最適な加算を行うという特性を備えた並列プリフィックス加算器です。
コッゲストーン加算回路図
Kogge-Stone Adder の図を以下に示します。 このタイプの加算器は、主に業界内の高性能加算器向けの最も高速で最も一般的なアーキテクチャ加算器設計とみなされます。このタイプの加算器では、増加した面積コストでキャリアを並列計算することにより、キャリアが非常に迅速に生成されます。
キャリー伝播信号と生成信号のツリー構造を以下の図に示します。この加算器では、キャリー生成ネットワークは 3 つのブロックを含む非常に重要なブロックです。黒のセル、灰色のセル、およびバッファー。したがって、黒色のセルは主に生成信号と伝播信号の両方の計算に使用され、灰色のセルは主に後処理段階での合計の計算に必要な生成信号の計算に使用され、バッファは主にバランスを取るために使用されます。ローディング効果。
コッゲストーンアダーはどのように機能しますか?
Kogge-Stone 加算器は、すべての桁上げ先読み加算器と同様に、ビットの範囲にわたってビットの「生成」と「伝播」を内部的に追跡します。 1 ビット スパンから始めます。両方の入力が 1 (論理 AND) のときに加算内の 1 つの列がキャリー ビットを生成し、正確に 1 つの入力が 1 (論理 XOR) の場合にキャリー ビットが伝播します。したがって、Kogge-Stone Adder には、合計ビットを計算するための主に 3 つの処理ステージが含まれています。前処理ステージ、キャリー生成ネットワーク、後処理ステージです。したがって、これら 3 つのステップが主にこの加算器の演算に関係します。これら 3 つの段階については以下で説明します。
前処理段階
この前処理段階には、A と B 内のすべてのビット ペアに相当する生成信号と伝播信号の両方の計算が含まれます。
円周率＝アイ×ビ
ギ＝アイとビ
キャリー生成ネットワーク
キャリー生成段階では、各ビットに相当するキャリーを計算します。したがって、これらの操作の実行は並行して実行できます。キャリー計算を並行して実行した後、これらは小さな部分に分割されます。中間信号として、以下の論理式で指定されるキャリー伝播および生成信号を利用します。
CPi:j = Pi:k + 1 および Pk:j
CGi:j = Gi:k + 1 または (Pi:k + 1 および Gk:j)
後処理
この後処理段階は、すべてのキャリー先読みファミリー加算器に非常に共通であり、合計ビットの計算が含まれます。
Ci – 1 = (Pi と Cin) または Gi
Si = Pi = x または Ci – 1
4 ビット コゲ ストーン加算器
4 ビット Kogge-Stone 加算器では、すべての垂直ステージで「伝播」ビットと「生成」ビットが生成されます。キャリーは最終ステージで生成され、正方形のボックス内の入力後の最初の伝播によってこれらのビットが XOR されて合計ビットが生成されます。
例えば; A=1 & B=0 のときに XOR によって伝播が計算される場合、伝播 o/p が 1 として生成されます。 ここで、A = 1、B = 0 の場合、生成値は AND で計算でき、生成o/p 値は 0 です。同様に、すべての合計ビットが入力に対して計算されます: A = 1011 & B = 1100 出力、次に sum = 0111 およびキャリー Cout = 1 となります。この加算器では、以下の展開で 5 つの出力を処理します。
S0 = (A0 ^ B0) ^ 𝐶𝐼𝑁。
S1 = (A1 ^ B1) ^ (A0 & B0)。
S2 = (A2 ^B2) ^ (((A1 ^ B1) & (A0 & B0)) | (A1 & B1))。
S3 = (A3 ^ B3) ^ ((((A2 ^ B2) & (A1 ^ B1)) & (A0 & B0)) | (((A2 ^ B2) & (A1 & B1)) | (A2 &
B2)))。
S4 = (A4 ^ B4) ^ ((((A3 ^ B3) & (A2 ^ B2)) & (A1 & B1)) | (((A3 ^ B3) & (A2 & B2)) | (A3 & B3 ）））。
メリットとデメリット
の コッゲストーンアダーの利点 以下が含まれます。
- コッゲ石加算器は非常に高速な加算器です
- これは、並列プレフィックス追加器の高度なバージョンです。
- この加算器は、他の従来型のロジックと比較して、消費電力と遅延を削減するのに役立ちます。
- 設計時間に重点を置き、高性能アプリケーションに最適です。
- この加算器は、他の種類の加算器と比較して、計算能力、面積、および時間が大幅に削減されるため、FIR フィルターで非常に効率的になります。
の コッゲ石加算器の欠点 以下が含まれます。
- この加算器は、Brent-Kung 加算器と比較してより多くの領域を実装に使用しますが、各段階でのファンアウトが少ないため、典型的な加算器の性能が向上します。 CMOS プロセスノードのパフォーマンス。
- Kogge-Stone 加算器の場合、配線の混雑が問題となることがよくあります。
アプリケーション
Kogge-Stone 加算器の用途には次のものがあります。
- Kogge Stone 加算器は、非常に高速な算術関数を実行するためにさまざまな信号処理プロセッサーで使用されます。
- これはキャリー先読み加算器の拡張機能であり、高性能コンピューティング システム内で非常に高速な加算を実行するために使用されます。
- このタイプの加算器は信号処理アプリケーションで使用されます。
- この加算器は、主に高性能ベースの演算回路として業界で広く使用されています。
- この種類の加算器は、他の構造間での遅延が最小であるため、通常はワイド加算器に使用されます。
- KSA は、より少ない面積、消費電力、および時間を使用して、より大きな数値を追加するのに役立ちます。
- などのさまざまな VLSI システムで広く使用されています。 マイクロプロセッサ アーキテクチャとアプリケーション固有の DSP アーキテクチャ。
並列プレフィックス加算器とは何ですか?
並列プレフィックス加算器は、プレフィックス演算を使用して効率的な加算を実行する加算器の一種です。これらの加算器は桁上げ先読み加算器から派生しており、ワイド ワードによる 2 進加算に適しています。
高速加算に適している加算器はどれですか?
桁上げ先読み加算器は、桁上げビットの決定に必要な時間を短縮するだけで速度が向上するため、デジタル ロジックの高速加算に適しています。
Kogge-Stone 加算器アルゴリズムとは何ですか?
Kogge-Stone 加算器アルゴリズムは、通常の CMOS プロセス ノードでの効率を高めるために、すべての段階でファンアウトが低い並列プレフィックス CLA の構造です。
したがって、これは Kogge-Stone 加算器の概要 これは最もよく知られている桁上げ先読み加算器のバージョンです。この加算器は単純に O (log2N) 時間以内にキャリー信号を生成するため、最良の加算器設計と広く考えられています。したがって、この加算器は、主に業界内の高性能加算器として最も頻繁に使用されるアーキテクチャを備えています。したがって、この KSA には通常のレイアウトが含まれており、ファンアウトまたはロジック深さが最小であるため、特別な加算器となります。したがって、この加算器は大面積の非常に高速な加算器になります。ここで質問があります。桁上げ先読み加算器とは何ですか?
