四位超前进位加法器原理

超前进位加法器原理

74283为4位超前进位加法器，不同于普通串行进位加法器由低到高逐级进位，超前进位加法器所有位数的进位大多数情况下同时产生，运算速度快，电路结构复杂。其管脚如图1所示：

图1 74283管脚图

其真值表如下所示：

表1 4位超前进位加法器真值表

由全加器的真值表可得S

i 和C

i

的逻辑表达式：

定义两个中间变量G

i 和P

i

：

当A

i ＝B

i

＝1时，G

i

＝1，由C

i

的表达式可得C

i

＝1，即产生进位，所以G

i

称为产生量变。若P

i ＝1，则A

i

·B

i

＝0，C

i

＝C

i-1

，即P

i

＝1时，低位的进位能传

送到高位的进位输出端，故P

i

称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。

将G

i 和P

i

代入S

i

和C

i

得：

进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：

根据逻辑表达式做出电路图如下：

逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：

电路网表如下：

*xor 2

.subckt xor2 a b c d f

mxorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpb f d 1 vdd pmos l=2 w=8 mxorpc 2 b vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpd f c 2 vdd pmos l=2 w=8 mxorna f a 3 0 nmos l=2 w=4 mxornb 3 b 0 0 nmos l=2 w=4 mxornc f c 4 0 nmos l=2 w=4 mxornd 4 d 0 0 nmos l=2 w=4

.ends xor2

*and2

.subckt and2 a b f

mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=4 mandnb 1 b 0 0 nmos l=2 w=4

.ends and2

*and3

.subckt and3 a b c f

mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=6 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=6 mandnc 2 c 0 0 nmos l=2 w=6

.ends and3

*and4

.subckt and4 a b c d f

mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpd f d vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=8 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=8 mandnc 2 c 3 0 nmos l=2 w=8 mandnd 3 d 0 0 nmos l=2 w=8

.ends and4

*or2

.subckt or2 a b f

morpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 morpb f b 1 vdd pmos l=2 w=8

mna f a 0 0 nmos l=2 w=4

mnb f b 0 0 nmos l=2 w=4

.ends or2

*or3

.subckt or3 a b c f

morpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=12 morpb 2 b 1 vdd pmos l=2 w=12 morpc f c 2 vdd pmos l=2 w=12

mna f a 0 0 nmos l=2 w=4

mnb f b 0 0 nmos l=2 w=4

mnc f c 0 0 nmos l=2 w=4

.ends or3

*or4

.subckt or4 a b c d f

morpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=16 morpb 2 b 1 vdd pmos l=2 w=16 morpc 3 c 2 vdd pmos l=2 w=16 morpd f d 3 vdd pmos l=2 w=16

mna f a 0 0 nmos l=2 w=4

mnb f b 0 0 nmos l=2 w=4

mnc f c 0 0 nmos l=2 w=4

mnd f d 0 0 nmos l=2 w=4

.ends or4

*not

.subckt not a f

mnotpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mnotna f a 0 0 nmos l=2 w=2

.ends not *反相器

*or21

.subckt or21 a b f

xor2 a b 1 or2

xnot 1 f not

.ends or21 *2输入或门

*or31

.subckt or31 a b c f

xor3 a b c 1 or3

xnot 1 f not

.ends or31 *3输入或门

*or41

.subckt or41 a b c d f

xor4 a b c d 1 or4

xnot 1 f not

.ends or41 *4输入或门

*xor21

.subckt xor21 a b f

xm a A5 not

xn b B5 not

xxor a b A5 B5 f xor2

.ends xor21 * 2输入异或门

*and21

.subckt and21 a b f

xand2 a b 1 and2

xnot 1 f not

.ends and21 *2输入与门

*and31

.subckt and31 a b c f

xand3 a b c 1 and3

xnot 1 f not

.ends and31 *3输入与门

*and41

.subckt and41 a b c d f

xand4 a b c d 1 and4

xnot 1 f not

.ends and41 *4输入与门

xxor211 a1 b1 p1 xor21

xxor212 a2 b2 p2 xor21

xxor213 a3 b3 p3 xor21

xxor214 a4 b4 p4 xor21

xand211 a1 b1 g1 and21

xand212 a2 b2 g2 and21

xand213 a3 b3 g3 and21

xand214 p1 c0 m0 and21

xor211 m0 g1 c1 or21 *进位C1

xand311 p2 p1 c0 m1 and31

xand215 p2 g1 m2 and21

xor312 g2 m1 m2 c2 or31 *进位C2

xand411 p3 p2 p1 c0 m3 and41

xand313 p3 p2 g1 m4 and31

xand216 p3 g2 m5 and21

xor412 m3 m4 m5 g3 c3 or41 *进位C3

xxor215 p1 c0 s1 xor21 *输出s1

xxor216 p2 c1 s2 xor21 *输出s2

xxor217 p3 c2 s3 xor21 *输出s3

xxor218 p4 c3 s4 xor21 *输出s4

.include "c:\lib\130nm_bulk.l"tt

.opt scale=0.05u

.global vdd gnd

vdd vdd 0 1.2

va1 a1 0 pulse 1.2 1.2 20n 1f 1f 30n 100n

va2 a2 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100n

va3 a3 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100n

va4 a4 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100n

vb1 b1 0 pulse 1.2 1.2 20n 1f 1f 30n 100n vb2 b2 0 pulse 1.2 1.2 20 1f 1f 30n 100n

vb3 b3 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100n

vb4 b4 0 pulse 1.2 1.2 20n 1f 1f 30n 100n

vc0 c0 0 pulse 0 0 4n 1f 1f 0n 100n

.tran 1n 100n

.plot tran v(s1)

.plot tran v(s2)

.plot tran v(s3)

.plot tran v(s4)

.end

16位超前加法器实验报告

16位超前加法器设计实验 一、实验分析： 四位超前进位加法器HDL程序： module add4_head ( a, b, ci, s, pp, gg); input[3:0] a; input[3:0] b; input ci; output[3:0] s; output pp; output gg; wire[3:0] p; wire[3:0] g; wire[2:0] c; assign p[0] = a[0] ^ b[0]; assign p[1] = a[1] ^ b[1]; assign p[2] = a[2] ^ b[2]; assign p[3] = a[3] ^ b[3]; assign g[0] = a[0] & b[0]; assign g[1] = a[1] & b[1]; assign g[2] = a[2] & b[2]; assign g[3] = a[3] & b[3]; assign c[0] = (p[0] & ci) | g[0]; assign c[1] = (p[1] & c[0]) | g[1]; assign c[2] = (p[2] & c[1]) | g[2]; assign pp = p[3] & p[2] & p[1] & p[0]; assign gg = g[3] | (p[3] & (g[2] | p[2] & (g[1] | p[1] & g[0]))); assign s[0] = p[0] ^ ci; assign s[1] = p[1] ^ c[0]; assign s[2] = p[2] ^ c[1]; assign s[3] = p[3] ^ c[2]; endmodule p表示进位否决信号（pass），如果p为0就否决调前一级的进位输入。否决的意思就是即使前一级有进位，本级也不会向后一级产生进位输出。 g表示进位产生信号（generate），如果g为1就表示一定会向后一级产生进位输出。p[n] = a[n] ^ b[n]这句话的意思是说，当a=1,b=0或a=0,b=1时前一级的进位输入信号不能否决。这样就有个问题了，即当a=1,b=1时前一级的进位输入信号也不能否决啊，怎么没有体现出来？其实当a=1,b=1时产生了进位产生信号g，它的优先级高于p信号，就忽略了p信号，直接产生了向后一级产生进位输出，是没有逻辑错误的。 g[n] = a[n] & b[n] 这句话的意思是说，如果a=1,b=1时就直接向后一级产生进位输出信号，而不用考虑其它的任何因素。

用verilog编写的8位扩展超前进位加法器代码

8位扩展超前进位加法器 /* ********************************************************************* ******** Ci+1 = Ai * Bi + Bi * Ci + Ci * Ai = Ai * Bi + ( Ai + Bi ) * Ci Gi = Ai * Bi Pi = Ai + Bi Ci+1 = Gi + Pi * Ci = Gi + Pi * ( Gi-1 + Pi-1 * Ci-1 ) = Gi + Pi * ( Gi-1 + Pi-1 * ( Gi-2 + Pi-2 * Ci-2 ) ) . . . = Gi + Pi * ( Gi-1 + Pi-1 * ( Gi-2 + Pi-2 * ( ... ( G0 + P0 * C0 ) ... ) ) ) = Gi + Pi * Gi-1 + Pi * Pi-1 * Gi-2 + ... + Pi * Pi-1 * ... * P1 * G0 + Pi * Pi-1 * ... * P1 * P0 * C0 Gij = Gi + Pi * Gi-1 + Pi * Pi-1 * Gi-2 + ... + Pi * Pi-1 * ... * Pj+1 * Gj Pij = Pi * Pi-1 * ... * Pj+1 * Pj; Gi,i = Gi; Pi,i = Pi; ********************************************************************* ******** */ module adder_8bits( s, co, a, b, ci ); output [ 7 : 0 ] s; output co; input [ 7 : 0 ] a; input [ 7 : 0 ] b; input ci; wire [ 7 : 0 ] g;

四位超前进位加法器原理

超前进位加法器原理 74283为4位超前进位加法器，不同于普通串行进位加法器由低到高逐级进位，超前进位加法器所有位数的进位大多数情况下同时产生，运算速度快，电路结构复杂。其管脚如图1所示： 图1 74283管脚图 其真值表如下所示： 表1 4位超前进位加法器真值表

由全加器的真值表可得S i 和C i 的逻辑表达式： 定义两个中间变量G i 和P i ： 当A i ＝B i ＝1时，G i ＝1，由C i 的表达式可得C i ＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i ＝1，则A i ·B i ＝0，C i ＝C i-1 ，即P i ＝1时，低位的进位能传 送到高位的进位输出端，故P i 称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。 将G i 和P i 代入S i 和C i 得： 进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：

根据逻辑表达式做出电路图如下： 逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：

电路网表如下： *xor 2 .subckt xor2 a b c d f mxorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpb f d 1 vdd pmos l=2 w=8 mxorpc 2 b vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpd f c 2 vdd pmos l=2 w=8 mxorna f a 3 0 nmos l=2 w=4 mxornb 3 b 0 0 nmos l=2 w=4 mxornc f c 4 0 nmos l=2 w=4 mxornd 4 d 0 0 nmos l=2 w=4 .ends xor2 *and2 .subckt and2 a b f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=4 mandnb 1 b 0 0 nmos l=2 w=4 .ends and2 *and3 .subckt and3 a b c f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=6 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=6 mandnc 2 c 0 0 nmos l=2 w=6 .ends and3 *and4 .subckt and4 a b c d f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpd f d vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=8 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=8 mandnc 2 c 3 0 nmos l=2 w=8 mandnd 3 d 0 0 nmos l=2 w=8 .ends and4

西安邮电大学Verilog 四位超前进位全加器

西安邮电大学Verilog HDL实验报告（二） ——带超前进位的四位全加器 学院名称：电子工程学院 班级：电子 学生姓名： 学号：

实验题目带超前进位的四位全加器 一、实验内容 设计的一个带超前进位的四位全加器。 二、实验步骤 1、在ModelSim软件中对激励模块和设计模块进行书写和编译； 2、对编译好的模块进行仿真。 三、源代码: 1、主程序 module fulladd4(sum, c_out, a, b, c_in); output [3:0] sum; output c_out; input [3:0] a,b; input c_in; wire p0,g0,p1,g1,p2,g2,p3,g3; wire c4,c3,c2,c1; xor a1(p0,a[0],b[0]); xor a2(p1,a[1],b[1]); xor a3(p2,a[2],b[2]); xor a4(p3,a[3],b[3]); and b1(g0,a[0],b[0]); and b2(g1,a[1],b[1]); and b3(g2,a[2],b[2]); and b4(g3,a[3],b[3]); and d1(e1,p0,c_in); or f1(c1,e1,g0); and d2(e2,p1,g0);and d3(e3,p1,p0,c_in);or f2(c2,g1,e2,e3); A nd d4(e4,p2,g1);and d5(e5,p2,p1,g0);and d6(e6,p2,p1,c_in);or f3(c3,g2,e4,e5,e6); and d7(e7,p3,g2);and d8(e8,p3,p2,g1);and d9(e9,p3,p2,p1,g0);and d10(e10,p3,p2,p1,p0,c_in);or f4(c4,g3,e7,e8,e9,e10); xor m0(sum[0],p0,c_in); xor m1(sum[1],p1,c1); xor m2(sum[2],p2,c2); xor m3(sum[3],p3,c3); and n1(c_out,c4,c4); endmodule 2、激励程序 module fulladd4_tb;

超前进位加法器设计报告

存档资料成绩： 华东交通大学理工学院 课程设计报告书 所属课程名称EDA课程设计 题目超前进位加法器设计 分院 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2013 年7月2日

目录 第一章设计内容与要求 (3) 第二章超前进位加法器设计原理 (3) 第三章详细设计流程 (4) 3.1.创建工程文件 (4) 3.2.程序的编译 (5) 3.3.波形的仿真 (7) 第四章设计结果分析 (11) 第五章源程序代码 (12) 第六章心得体会 (14) 第七章参考文献 (15)

第一章设计内容与要求 加法运算是最重要也是最基本的运算，所有的其他基本运算，如减、乘、除运算最终都能归结为加法运算。但因为加法运算存在进位问题，使得某一位计算结果的得出和所有低于他的位相关。因此为了减少进位传输所消耗的时间，提高计算速度，人们设计了多种类型的加法器，如跳跃进位加法器、进位选择加法器、超前进位加法器等。本设计采用的是超前进位加法器。通过Verilog 设计一个超前8位加法器。 要求在Quartus II软件下，利用Verilog编程完成层次式电路设计，电路中的元件可以用Verilog设计也可以用库元件连线构成再封装。8位超前进位加法器，借助EDA工具中的综合器，适配器，时序仿真器和编程器等工具进行相应处理。适配采用Cyclone系列的EP1C6Q240C8。 要求综合出RTL电路，并进行仿真输入波形设计并分析电路输出波形. 试比较并阐述数据类型reg型和wire型的区别。 第二章超前进位加法器设计原理 将n个全加器相连可得n位加法器，但是加法时间较长。解决的方法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位，从而实现快速加法。超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的 首先对于1位加法器基本位值和与进位输出为1；如果a,b有一个为1，则进位输出等于cin; 令G=ab,P=a+b,则有： Cout==ab+(a+b)cin=G+P?cin 由此可以G和P来写出4位超前进位链如下（设定四位被加数和加数为A

4位超前进位加法器设计讲解学习

4位超前进位加法器 设计

、、 模拟集成电路分析与设计课程设计报告 题目4位超前进位加法器设计 学院（部）电控学院 专业电子科学与技术 班级 学生姓名 学号

前言 20世纪是IC迅速发展的时代。计算机等信息产业的飞速发展推动了集成电路（Integrated Circuit—IC）产业。大多数超大规模集成电路（Very Large Scale IC—VLSI）在日常生活中有着广泛的应用。在这些广泛应用的运算中，加法器是组成这些运算的基本单元。在高性能微处理器和DSP处理器中，加法器的运算时间至关重要。加法器运算常常处于高性能处理器运算部件的关键路径中，特别是在算术逻辑单元中加法器的运算时间对处理器的速度起着决定性的作用。随着微处理器的运算速度越来越快，对快速加法器的需求也越来越高。 当今，加法器的设计面临两大课题，首先是如何降低功耗。随着便携式IC产品例如MP3播放器，手机和掌上电脑等的广泛使用，要求IC工程师对现有运算模块的性能作进一步改进，尤其是在电路的功耗和尺寸方面。由于现在相应的电池技术难以和微电子技术的发展速度匹敌，这使得IC设计师遇到了许多限制因素，比如高速，大吞吐量，小尺寸，低功耗等。因此，这使得研究低功耗高性能加法单元持续升温。另一方面就是如何提高加法器的运算速度。因为加法运算存在进位问题，使得某一位计算结果的得出和所有低于它的位相关。因此，为了减少进位传输所耗的时间，提高计算速度，人们设计了多种类型的加法器，如超前进位加法器曼彻斯特加法器、进位旁路加法器、进位选择加法器等。它们都是利用各位之间的状态来预先产生高位的进位信号，从而减少进位从低位向高位传递的时间。 本文首先介绍了的加法器的类型以及其工作原理，然后重点分析了超前进位加法器的组成结构、结构参数以及

用verilog编写的32位超前进位加法器代码

//超前进位加法器 `define word_size 32 `define word [`word_size-1:0] `define n 4 `define slice [`n-1:0] `define s0 (1*`n)-1:0*`n `define s1 (2*`n)-1:1*`n `define s2 (3*`n)-1:2*`n `define s3 (4*`n)-1:3*`n `define s4 (5*`n)-1:4*`n `define s5 (6*`n)-1:5*`n `define s6 (7*`n)-1:6*`n `define s7 (8*`n)-1:7*`n module c_adder (a,b,cin,s,cout); //顶层模块 input`word a,b; input cin; output`word s; output cout; wire[7:0] gg,gp,gc; // wire[3:0] ggg,ggp,ggc; // wire gggg,gggp; // //first level bitslice i0(a[`s0],b[`s0],gc[0],s[`s0],gp[0],gg[0]); bitslice i1(a[`s1],b[`s1],gc[1],s[`s1],gp[1],gg[1]); bitslice i2(a[`s2],b[`s2],gc[2],s[`s2],gp[2],gg[2]); bitslice i3(a[`s3],b[`s3],gc[3],s[`s3],gp[3],gg[3]); bitslice i4(a[`s4],b[`s4],gc[4],s[`s4],gp[4],gg[4]); bitslice i5(a[`s5],b[`s5],gc[5],s[`s5],gp[5],gg[5]); bitslice i6(a[`s6],b[`s6],gc[6],s[`s6],gp[6],gg[6]); bitslice i7(a[`s7],b[`s7],gc[7],s[`s7],gp[7],gg[7]); //second level cla c0(gp[3:0],gg[3:0],ggc[0],gc[3:0],ggp[0],ggg[0]); cla c1(gp[7:4],gg[7:4],ggc[1],gc[7:4],ggp[1],ggg[1]); assign ggp[3:2]=2'b11; assign ggg[3:2]=2'b00; //third level cla c2(ggp,ggg,cin,ggc,gggp,gggg); assign cout=gggg|(gggp&cin); endmodule

超前进位加法器的设计分解

沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：超前进位加法器的设计院（系）：计算机学院 专业：计算机科学与技术 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：2014年01月10日

沈阳航空航天大学课程设计报告 目录 第1章总体设计方案 (2) 1.1设计原理 (2) 1.2设计思路 (3) 1.3设计环境 (3) 第2章详细设计方案 (4) 2.1顶层方案图的设计与实现 (4) 2.1.1顶层方案的整体设计 (4) 2.1.2元器件选择和引脚锁定 (5) 2.2功能模块的设计与实现 (6) 2.2.1 八位超前进位加法器的设计与实现 (6) 2.3功能仿真调试 (8) 第3章编程下载与硬件测试 (10) 3.1编程下载 (10) 3.2硬件测试及结果分析 (10) 参考文献 (12) 附录 (13)

第1章总体设计方案 1.1 设计原理 将n个全加器相连可得n位加法器，但是加法时间较长。解决的方法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位，从而实现快速加法。超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的。 四位超前进位加法器的设计： ①只要满足下述两个条件中的任一个，就可形成C1，（1）X1，Y1均为1；（2）X1,Y1任一个为1，且进位C0为1。由此，可以得到C1的表达式为：C1=X1*Y1+(X1+Y1)*C0； ②只要满足下述条件中任一个即可形成C2，（1）X2，Y2均为1；（2）X2，Y2任一为1，且X1，Y1均为1；（3）X2，Y2任一为1，同时X1，Y1任一为1，且C0为1。由此，可以得到C2的表达式为：C2=X2*Y2+(X2+Y2)*X1*Y1+(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0； ③同理，有C3，C4表达式如下： C3=X3*Y3+(X3+Y3)*X2*Y2+(X3+Y3)*(X2+Y2)*X1*Y1 +(X3+Y3)*(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0； C4=X4*Y4+(X4+Y4)*X3*Y3+(X4+Y4)*(X3+Y3)*X2*Y2 +(X4+Y4)*(X3+Y3)*(X2+Y2)*X1*Y1+(X4+Y4)*(X3+Y3)*(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0。 引入进位传递函数Pi和进位产生函数Gi。它们的定义为： Pi=Xi+Yi Gi=Xi*Yi P1的意义是：当X1，Y1中有一个为1时，若有进位输入，则本位向高位传送此进位，这个进位可以看成是低位进位越过本位直接向高位传递的。G1的意义是：当X1，Y1均为1时，不管有无进位输入，本位定会产生向高位的进位。 将Pi、Gi代入C1到C4式子中，便可得到： C1=G1+P1*C0；式（1.1.1）

超前进位加法器设计

湖南师范大学职业技术学院（工学院）实验数据报告单 实验课程：计算机组成原理 实验题目：超前进位加法器设计 实验日期： 2011年 10 月 25 日 专业：计算机科学与技术年级：09级班级:04班姓名：涂小康学号：2009180414 一．实验目的 （1）掌握超前进位加法器的原理及其设计方法。 （2）熟悉CPLD应用设计及EMA软件的使用。 二．实验内容 （1）设计电路原理图. （2）了解加法器的工作原理，掌握超前进位产生电路的设计方法. （3）正确将电路原理图下载到试验箱中. （4）正确通过实验箱连线实现4位二进制数的相加并得到正确结果 三.实验原理 加法器是执行二进制加法运算的逻辑部件，也是CPU运算器的基本逻辑部件（减法可以通过补码相加来实现）。加法器又分半加器和全加器，不考虑低位的进位，只考虑两个二进制数相加，得到和以及向高位进位的加法器叫半加器，而全加器是在半加器的基础上又考虑了低位进来的进位信号。 串行加法器运算速度慢，其根本原因是每一位的结果就要依赖于低位的进位，因而可以通过并行进位的方式来提高效率。只要能设计出专门的电路，使得每一位的进位能够并行地产生而与低位的运算情况无关，就能解决这个问题。可以对加法器进位的逻辑表达式做进一步的推导： C o=0 C i+1=A i B i+A i C i+B i C i=A i B i+(A i+B i)C i 设 G i=A i B i P i=A i+B i 则有： C i+1=g i+p i C i =g i+p i(g i-1+p i-1C i-1) =g i+p i(g i-1+p i-1(g i-2+p i-2C i-2)) … =g i+p i g i-1+p i p i-1g i-2+…+p i p i-1… p1p0+p i p i-1…p1p0C0 由于g i、p i只和A i、B i有关，这样C i=1就只和A i、A i-1、…、A0，B i、B i-1、…、B0及C0有关。所以各位的进位C i、C i-1…、C1就可以并行产生，这种进位就叫超前进位。 根据上面的推导，随着加法器位数的增加，越是高位的进位逻辑电路就会越复杂，逻辑器件使用也就越多。事实上我们可以继续推导进位的逻辑表达式，使得某些基本逻辑单元能够复用，且能照顾到进位位的并行产生。 定义：G i,j=g i+P i g i-1+p i p i-1g i-2+…+p i p i-1…p j+1g j P i,j=p i p i-1…p j+1p j 则有 G i,j=g i P i,j=p i

超前进位加法器设计实验实验

《计算机组成原理》实验报告 实验序号：四实验项目名称：超前进位加法器设计实验xx 1xx 姓名xx 专业、班XX 实验地点XX 指导教师xx 实验时间XX 一、实验目的及要求 (1) 掌握超前进位加法器的原理及其设计方法。 (2) 熟悉CPLD 应用设计及EDA 软件的使用。 二、实验设备（环境）及要求 PC 机一台，TD-CM3+或TD-CMX 实验系统一套。 三、实验内容与步骤 (1) 根据上述加法器的逻辑原理使用Quartus II 软件编辑相应的电路原理图并进行编译，其在EPM1270 芯片中对应的引脚如图1-2-7 所示，框外文字表示I/O 号，框内文字表示该引脚的含义（本实验例程见‘安装路径\Cpld\Adder\Adder.qpf’工程）。 (2)关闭实验系统电源，按图1-2-8 连接实验电路，图中将用户需要连接的信号用圆圈标明。

(3) 打开实验系统电源，将生成的POF 文件下载到EPM1270 中去。 (4) 以CON 单元中的SD17…SD10 八个二进制开关为被加数A，SD07…SD00 八个二进制开关为加数B，K7 用来模拟来自低位的进位信号，相加的结果在CPLD 单元的L7…L0 八个LED灯显示，相加后向高位的进位用CPLD 单元的L8 灯显示。给A 和B 置不同的数，观察相加的结果。 四、实验结果与数据处理 如在SD17...SD10中输入1111 1001，在SD07...SD00中输入1001 1111，在实验箱中可看到用来模拟低位与高位的进位信号K7、L8灯变亮，同时可看到A01...A08与L7...L0上的显示分别为1001与1000。 五、分析与讨论(心得) 这个实验是上个实验的扩展，进一步加深了我对运算器的认识。现实生活中我们也要学会对已有的知识的一种扩展补充，进一步加深对已有知识的巩固，并探索其更深层次的东西，设计出与众不同的东西来。这个算法的核心是把8 位加法器分成两个 4 位加法器，先求出低 4 位加法器的各个进位，特别是向高4 位加法器的进位 C 4 。然后，高4 位加法器把 C 4 作为初始进位，使用低4 位加法器相同的方法来完成计算。每一个 4 位加法器在计算时，又分成了两个 2

设计示例432位先行进位加法器的设计

设计示例4：32位先行进位加法器的设计 1、功能概述： 先行进位加法器是对普通的全加器进行改良而设计成的并行加法器，主要是针对普通全加器串联时互相进位产生的延迟进行了改良。超前进位加法器是通过增加了一个不是十分复杂的逻辑电路来做到这点的。 设二进制加法器第i位为A i，B i，输出为S i，进位输入为C i，进位输出为C i+1，则有：S i=A i⊕B i⊕C i （1-1） C i+1 =A i * B i+ A i *C i+ B i*C i =A i * B i+（A i+B i）* C i（1-2） 令G i = A i * B i , P i = A i+B i，则C i+1= G i+ P i *C i 当A i和B i都为1时，G i = 1，产生进位C i+1 = 1 当A i和B i有一个为1时，P i = 1，传递进位C i+1= C i 因此G i定义为进位产生信号，P i定义为进位传递信号。G i的优先级比P i高，也就是说：当G i = 1时（当然此时也有P i = 1），无条件产生进位，而不管C i是多少；当G i=0而P i=1时，进位输出为C i，跟C i之前的逻辑有关。 下面推导4位超前进位加法器。设4位加数和被加数为A和B，进位输入为C in，进位输出为C out,对于第i位的进位产生G i = A i·B i ,进位传递P i=A i+B i , i=0,1,2,3。于是这各级进位输出，递归的展开Ci，有： C0 = C in C1=G0 + P0·C0 C2=G1 + P1·C1 = G1 + P1·G0 + P1·P0?C0 C3=G2 + P2·C2 = G2 + P2·G1 + P2·P1·G0 + P2·P1·P0·C0 C4=G3 + P3·C3 = G3 + P3·G2 + P3·P2·G1 + P3·P2·P1·G0 + P3·P2·P1·P0·C0 （1-3） C out=C4 由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据Ai、Bi和Cin有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，因此减小了进位产生的延迟。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。实现上述逻辑表达式（1-3）的电路称为超前进位部件（Carry Lookahead Unit），也称为CLA 部件。通过这种进位方式实现的加法器称为超前进位加法器。因为各个进位是并行产生的，所以是一种并行进位加法器。 从公式（1-3）可知，更多位数的CLA部件只会增加逻辑门的输入端个数，而不会增加门的级数，因此，如果采用超前进位方式实现更多位的加法器，从理论上讲，门延迟不变。但是由于CLA部件中连线数量和输入端个数的增多，使得电路中需要具有大驱动信号和大扇入门，这会大大增加门的延迟，起不到提高电路性能的作用。因此更多位数的加

作业-基于verilog HDL的八位超前进位加法器

基于verilog HDL的八位超前进位加法器 Verilog 综合作业陈孙文 2011-10-25 指导老师：邓婉玲老师目录： 1. 超前进位加法器原理 2. 算法代码 3. modelsim SE软件实现功能仿真 4. synplify pro软件实现综合 正文： 一、原理 （1）、全加器 列出真值表如表所示，若Ai、Bi两个一位二进制数相加，以Ci表示来自低位的的进位，Si表示和，Ci表示向高位的进位，可以看出该电路考虑来低位的进位，是一个一位数的全加器电路，其逻辑符号如图所示。 串并行超前进位加法器的特点是：各级进位信号同时产生，减小或消除因进位信号逐级传递所用的时间。每一位的进位信号不依赖于从低位逐级传递，而是—开始就能确定。 全加器真值可以得到逻辑表达式： 为表达简单，定义两个中间变量Gi和Pi 得出 得到各位进位信号的逻辑表达式为：

当实际位数较多时，往往将全部数位按4位一组分成若干组，组内采用超前进位，组间采用串行进价，组成所谓的串并行进位加法器。 二、算法代码：有4bits.v、8bits.v、testbench.v三个文件； 4bits.v实现输入为4位数的加法器；8bits.v中调用4bits.v中的函数来实现8位数相加；testbench.v 为测试代码； 实现四位加法4bits.v部分： module fast_adder4b(ina,inb,carry_in,sum_out,clk,rst_n); parameter ADDER_WIDTH=4; parameter SUM_WIDTH=5; input [ADDER_WIDTH-1:0]ina; //输入数ina，8位 input [ADDER_WIDTH-1:0]inb; //输入数inb，8位 input carry_in; input rst_n; input clk; output [SUM_WIDTH-1:0] sum_out; reg [SUM_WIDTH-1:0] sum_out; wire [ADDER_WIDTH-1:0]sg; wire [ADDER_WIDTH-1:0]sp; wire [ADDER_WIDTH-1:0]sc; assign sg[0]=ina[0]&inb[0]; //中间变量G0=ina0&inb0; assign sg[1]=ina[1]&inb[1]; assign sg[2]=ina[2]&inb[2]; assign sg[3]=ina[3]&inb[3]; assign sp[0]=ina[0]^inb[0]; //中间变量P0=ina0^inb0; assign sp[1]=ina[1]^inb[1]; assign sp[2]=ina[2]^inb[2]; assign sp[3]=ina[3]^inb[3]; assign sc[0]=sg[0]|(sp[0]&carry_in); //进位位C0 assign sc[1]=sg[1]|(sp[1]&(sg[0]|(sp[0]&carry_in))); assign sc[2]=sg[2]|(sp[2]&(sg[1]|(sp[1]&(sg[0]|(sp[0]&carry_in))))); assign sc[3]=sg[3]|(sp[3]&(sg[2]|(sp[2]&(sg[1]|(sp[1]&(sg[0]|(sp[0]&carry_in))))))); always@(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) sum_out<=5'b00000; else

先行进位加法器教材

实验四32 位先行进位加法器 一、功能概述 串行进位加法器延时很大，每级的输出结果都要等上一级的进位到来才可以求和算出结果，这次实验对普通全加器进行改良，改良为先行 进位加法器。 先行进位加法器，各级的进位彼此是独立产生，只与输入数据A， B 和C_in 有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，这样就可以减小进位产生的延时。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。通过这种进位方式实现的加法器称为超前进位加法器。因为各个进位是并行产生的，所以是一种并行进位加法器。 二、实验原理 1、设二进制加法器第i位为A i, B i，输出为S，进位输入为C i, 进位输 出为C i+i，则有： S=A i 十B i 十C i （1-1） C i+1 =A i * B i+ A i *C i+ B i*C i =A i * B i+（A i+B i）* C i （1-2）令G i = A i * B i , P i = A i+B i,贝y C i+1= G i+ P i *C i 当A i和B i都为1时，G i = 1 ,产生进位C i+i = 1

当A i和B i有一个为1时，P i = 1，传递进位C i+i= C i 因此G i定义为进位产生信号，P i定义为进位传递信号。G i的优先级比P i 高，也就是说：当G i = 1时（当然此时也有P i = 1），无条件产生进位，而不管C i 是多少；当G i=0 而P i=1 时，进位输出为C i，跟C i之前的逻辑有关。 下面推导 4 位超前进位加法器。设 4 位加数和被加数为 A 和B，进位输入为C in，进位输出为C out,对于第i位的进位产生G i = A i ?B i，进位传递P i=A i+B i , i=0,1,2,3。于是这各级进位输出，递归的展开Ci,有： C0 = C in G=G o + P o ?C o C2=G 1 + P1 ?C 1 = G 1 + P1 ?G 0 + P1 ?P o ?C o C3=G 2 + P 2 ?C 2 = G2 + P 2, G 1 + P2 ?P1 ?G o + P2 ?P1 ?P o ?C o C4=G 3 + P3 ?C 3 = G3 + P3, G 2 + P3 ?P2 ?G 1 + P3 ?P 2 ?P1 ?G o + P 3 P2 ?P1 ? P o ?C o （1-3) C out=C4 由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据Ai、Bi 和Cin 有关。 2、接口说明

四位超前进位加法器

1.课程设计名称 四位超前进位加法器 2.课程设计内容 设计一个四位加法器，要求要有超前进位，减小输出的延迟，采用0.13um 工艺设计。 3.课程设计目的 训练学生综合运用学过的数字集成电路的基本知识，独立设计相对复杂的数字集成电路的能力。 4.课程设计要求 4.1、按设计指导书中要求的格式书写，所有的内容一律打印； 4.2、报告内容包括设计过程、仿真的HSPICE网表，软件仿真的结果及分析、延时的手工计算； 4.3、要有整体电路原理图，仿真的波形图； 4.4、软件仿真必须要有必要的说明；要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。 4.5、写出对应的HSPICE设计网表，网表仿真结果符合设计要求。把仿真图形附在报告上。 4.6、设输入端的电容为C ，输出端的负载电容为5000C inv，从输入到输出任意找一通 inv 路，优化通路延时，手工计算确定通路中每个门对应的晶体管的尺寸。每组三个同学选择不能为同一通路。此部分的计算参数可采用书中第六章的参数。 4.7、各种器件的具体结构可参考阎石的《数字电子技术基础》一书。不允许有完全一样的报告，对于报告完全相同者，记为不及格。 5.使用软件 软件为HSPICE和COSMOS-SCOPE。 6.课程设计原理 由全加器的真值表可得S i和C i的逻辑表达式：

定义两个中间变量G i和P i： 当A i＝B i＝1时，G i＝1，由C i的表达式可得C i＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i＝1，则A i·B i＝0，C i＝C i-1，即P i＝1时，低位的进位能传送到高位的进位输出端，故P i称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。将G i和P i代入S i和C i得： 进而可得各位进位信号的逻辑表达如下： 根据逻辑表达式做出电路图（如图）：

4位超前进位加法器

4位超前进位加法器 详细设计 姓名：魏可望（23） 班级：微电子1102 指导老师：杜慧敏 日期：2014年4月29日

1设计目标 (3) 1.1功能定义 (3) 1.2引脚描述 (3) 1.2.1 4位超前进位加法器系统级信号 (3) 1.2.2 4位超前进位加法器输入接口定义 (3) 1.2.3 4位超前进位加法器的器输出接口定义 (3) 2 模块设计 (3) 3测试 (4) 4设计开发环境 (4) 5设计开发计划 (4)

1设计目标 1.1功能定义 本文描述4位超前进位加法器的详细设计方案。其功能是求出4位超前进位加法器功能，并在FPGA开发板上验证设计的正确性。 1.2引脚描述 1.2.1 4位超前进位加法器单元系统级信号 1.2.2 4位超前进位加法器输入接口定义 1.2.3 4位超前进位加法器输出接口定义 2 模块设计 本设计按要求，用assign语句设计4位超前进位加法器。

3测试 本单元电路控制逻辑采用systemverilog断言描述状态信息测试，数据通路部分用采用sysetemverilog随机验证的方法，并结合覆盖率检测，做到100%验证。 将本设计下载到Sparten 3E开发板上，将计数器的输出连接到LED灯上，以验证设计的正确性。 4设计开发环境 语言级设计：Verilog 综合工具：xilinx 14.7r FPGA设计和仿真工具：ISE13.2，synopsys VCS 布局和布线工具：appllo , 模拟设计和仿真工具: modelsim 寄生参数提取和仿真工具: star_sim RC 5设计开发计划 附录：4位超前进位加法器源代码： module add_ahead4(sum,cout,a,b,cin); input[3:0] a,b; input cin; output[3:0] sum; output cout; wire[3:0] G,P; wire[3:0] C,sum; assign G[0]=a[0]&b[0]; assign P[0]=a[0]|b[o]; assign C[0]=cin; assign sum[0]=G[0]^P[0]^C[0]; assign G[1]=a[1]&b[1];

超前进位加法器

8位超前进位加法器设计说明书 超前进位加法器就是使各位的进位直接由加数和被加数来决定，而不需要依赖低位进位。即有如下逻辑表达式： 1)(-++=i i i i i i C B A B A C 当第i 位被加数A i 和加数B i 均为1时，有1=i i B A ，不论低位运算结果如何本位必然有进位输出（1=i C ），所以定义i i i B A G =为进位产生函数。当A i 和B i 中只有一个为1时，有0=i i B A ，1=+i i B A ，使得1-=i i C C ，所以定义i i i B A P +=为进位传递函数。将P i 和G i 代入全加器的“和”及“进位”表达式有： 1-⊕⊕=i i i i C B A Y 从而构成超前进位加法器。 VHDL 示例程序如下：(本程序在MAXPLUSII V9.6上编译通过) --*****8位超前进位加法器***** LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE. STD_LOGIC _ARITH.ALL; USE IEEE. STD_LOGIC _UNSIGNED.ALL; ENTITY ADDER8BIT IS PORT(A, B: IN UNSIGNED(7 downto 0); CI,clk: IN STD_LOGIC; Y_OUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0); CO_OUT: OUT STD_LOGIC); END ADDER8BIT; ARCHITECTURE doing OF ADDER8BIT IS SIGNAL CO,Y: STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0); BEGIN Y(0)<=A(0) xor B(0) xor CI; CO(0)<=(A(0) and B(0)) or (B(0) and CI) or (A(0) and CI); GEN: for i in 1 to 7 GENERATE Y(i)<=A(i) xor B(i) xor CO(i-1); --1-⊕⊕=i i i i C B A Y CO(i)<=(CO(i-1) and A(i)) or (CO(i-1) and B(i)) or (A(i) and B(i)); -- 1)(-++=i i i i i i C B A B A C

4位超前进位加法器

TL F 642154LS283 DM54LS283 DM74LS283 4-Bit Binary Adders with Fast Carry June1989 54LS283 DM54LS283 DM74LS283 4-Bit Binary Adders with Fast Carry General Description These full adders perform the addition of two4-bit binary numbers The sum(R)outputs are provided for each bit and the resultant carry(C4)is obtained from the fourth bit These adders feature full internal look ahead across all four bits This provides the system designer with partial look- ahead performance at the economy and reduced package count of a ripple-carry implementation The adder logic including the carry is implemented in its true form meaning that the end-around carry can be accom- plished without the need for logic or level inversion Features Y Full-carry look-ahead across the four bits Y Systems achieve partial look-ahead performance with the economy of ripple carry Y Typical add times Two8-bit words25ns Two16-bit words45ns Y Typical power dissipation per4-bit adder95mW Y Alternate Military Aerospace device(54LS283)is avail- able Contact a National Semiconductor Sales Office Distributor for specifications Connection Diagram Dual-In-Line Package TL F 6421–1 Order Number54LS283DMQB 54LS283FMQB 54LS283LMQB DM54LS283J DM54LS283W DM74LS283M or DM74LS283N See NS Package Number E20A J16A M16A N16E or W16A C1995National Semiconductor Corporation RRD-B30M105 Printed in U S A