數(shù)字集成電路中的基本模塊演示文稿

數(shù)字集成電路中的基本模塊演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)優(yōu)選數(shù)字集成電路中的基本模塊目前二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.3本章重點(diǎn)加法器、乘法器及移位器考慮性能、面積或功耗的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路模塊的邏輯和系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化數(shù)據(jù)通路中功耗與延時(shí)的綜合考慮目前三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.45.1引言從全局考慮把注意力集中在對(duì)他們的目標(biāo)功能影響最大的邏輯門、電路或晶體管上非關(guān)鍵邏輯采用常規(guī)設(shè)計(jì)目前四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.55.2數(shù)字處理器結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)通路（一）大多數(shù)數(shù)字電路按功能可分為：（1）數(shù)據(jù)通路（如加法器、乘法器、移位器）、（2）存儲(chǔ)器、（3）控制電路、（4）I/O、（5）互連存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)通路控制器I/O目前五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本模塊運(yùn)算單元-位片式數(shù)據(jù)通路(加法器,乘法器,移位器,比較器,等.)存儲(chǔ)器-RAM,ROM,緩沖器,移位寄存器控制電路-有限狀態(tài)機(jī)(PLA,隨機(jī)邏輯.)-計(jì)數(shù)器互連-開關(guān)-判斷器-總線設(shè)計(jì)運(yùn)算能塊.6目前六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.7數(shù)據(jù)通路常常組織成位片式結(jié)構(gòu)每一個(gè)對(duì)一位進(jìn)行操作——位片式目前七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.8目前八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)（二）數(shù)據(jù)通路的特點(diǎn)：（它在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能）規(guī)整性：（Bit-slice）優(yōu)化版圖局域性：（時(shí)間、空間，算子相鄰布置）版圖緊湊正交性：（數(shù)據(jù)流、控制流）規(guī)整的布線層次化：高位－低位，多位－少位模塊化：包括各種IP模塊設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.9目前九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.105.3加法器優(yōu)化可以在邏輯層或電路層上進(jìn)行邏輯層上的優(yōu)化意在重新安排布爾方程以得到一個(gè)速度較快或面積較小的電路電路層優(yōu)化則著眼于改變晶體管的尺寸以及電路的拓?fù)溥B接來(lái)優(yōu)化速度5.3.1二進(jìn)制加法器：定義ABCoutSumCin全加器目前十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.11S和Co的布爾表達(dá)式從實(shí)現(xiàn)的角度，把S和Co定義為中間信號(hào)G(進(jìn)位產(chǎn)生)、D(進(jìn)位取消)和P(進(jìn)位傳播)的函數(shù)重新寫為注意：G和P僅是A和B的函數(shù)而與Ci無(wú)關(guān)進(jìn)位取消進(jìn)位取消傳播Ci=0傳播Ci=1傳播Ci=0傳播Ci=1進(jìn)位產(chǎn)生進(jìn)位產(chǎn)生目前十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)（2）組合邏輯加法器設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.12目前十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)（2）組合邏輯加法器設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.13目前十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)電路特點(diǎn)該電路的特點(diǎn)：（1）利用Carry-out信號(hào)來(lái)產(chǎn)生SUM，不用XOR門，在不減慢進(jìn)位產(chǎn)生的情況下可減少管子數(shù)（共28

個(gè)管子）（2）在“進(jìn)位產(chǎn)生”與“和位產(chǎn)生”電路中存在很長(zhǎng)的串聯(lián)PMOS管，進(jìn)位輸出信號(hào)的負(fù)載包括本級(jí)的兩個(gè)擴(kuò)散電容和驅(qū)動(dòng)下一級(jí)的六個(gè)柵電容以及布線電容。（3）SUM的比Carry遲產(chǎn)生。（4）使進(jìn)位路徑的延時(shí)減到最小是設(shè)計(jì)高速加法器的主要目標(biāo)：1.連接Cin的管子（關(guān)鍵路徑上的管子）盡可能放在靠近門的輸出端2.在這一加法器的進(jìn)位鏈中可以利用加法器的反相特性來(lái)消除反相門。設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.14目前十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)加法器的反向特性設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.15目前十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.16逐位(行波、串行)進(jìn)位加法器（1）結(jié)構(gòu)：一個(gè)N位加法器可以通過(guò)把N個(gè)一位的全加器電路串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成，第i級(jí)的Carry?out用來(lái)產(chǎn)生第i+1級(jí)的SUM和Carry（2）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)直觀簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度慢，最壞情形下關(guān)鍵路徑的延時(shí)：tadder≈(N-1)tcarry+tsumN位逐位進(jìn)位加法器的延時(shí)正比于加法器的位數(shù)N在設(shè)計(jì)一個(gè)快速逐位進(jìn)位加法器的全加器單元時(shí)，優(yōu)化tcaary比優(yōu)化tsum重要得多目前十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)逐位(行波、串行)進(jìn)位加法器（3）優(yōu)化進(jìn)位鏈的方法：同時(shí)利用正信號(hào)和反信號(hào)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.17目前十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.18結(jié)構(gòu)優(yōu)化：在進(jìn)位路徑中取消反相器提高速度利用加法器的反相特性目前十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.19改進(jìn)加法器：鏡像加法器設(shè)計(jì)進(jìn)位產(chǎn)生電路分析面積和延時(shí)相對(duì)減少取消了進(jìn)位反相門門的PDN和PUN網(wǎng)絡(luò)不再是對(duì)偶的24個(gè)晶體管目前十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)20鏡像加法器棍棒圖目前二十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.21鏡像加法器的特點(diǎn)目前二十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)鏡像加法的尺寸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.22目前二十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.23目前二十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.24目前二十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.25傳輸門型加法器特點(diǎn)：它的和與進(jìn)位輸出具有近似的延時(shí)目前二十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.26目前二十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.27曼徹斯特進(jìn)位鏈加法器增加進(jìn)位產(chǎn)生和進(jìn)位消除信號(hào)來(lái)簡(jiǎn)化CoGiVDDφφCiPiVDDGiCiPiPiCoDi靜態(tài)實(shí)現(xiàn)，采用進(jìn)位傳播、進(jìn)位產(chǎn)生和進(jìn)位消除動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)，只用進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生信號(hào)目前二十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.28用串聯(lián)的傳輸管來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)位鏈在預(yù)充電階段（?＝0），傳輸管進(jìn)位鏈中的所有中間節(jié)點(diǎn)都被預(yù)充電到VDD，在求值階段，當(dāng)有輸入進(jìn)位且傳播信號(hào)為PK為高電平，或進(jìn)位產(chǎn)生信號(hào)（GK）為高電平，節(jié)點(diǎn)CK放電目前二十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.29棍棒圖數(shù)據(jù)通道版圖由三排組織成位片式的單元組成:計(jì)算進(jìn)位傳播信號(hào)和進(jìn)位產(chǎn)生信號(hào)由左到右傳播進(jìn)位產(chǎn)生最終的和目前二十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.30加法器進(jìn)位鏈在最壞情況下的延時(shí)當(dāng)所有的Ci=C且Rj=R時(shí)，這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳播延時(shí)等于R1R2R3R4R5進(jìn)位輸出123456C1C2C3C4C5M1M2M3M4M5進(jìn)位輸入或時(shí)鐘目前三十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.31目前三十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.325.3.3二進(jìn)制加法器：邏輯設(shè)計(jì)考慮加法器速度與位數(shù)的線性關(guān)系使得采用逐位進(jìn)位加法器實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)字不現(xiàn)實(shí)，需要進(jìn)行邏輯優(yōu)化，使加法器tp<O(N)進(jìn)位旁路加法器(Carrybypass/SkipAdder)線性進(jìn)位選擇加法器(LinerCarrySelectAdder)平方根進(jìn)位加法器(Square-RootCarry-SelectAdder)目前三十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.33邏輯設(shè)計(jì)考慮--進(jìn)位旁路加法器進(jìn)位旁路加法器當(dāng)BP=P0P1P2P3=1時(shí)，進(jìn)位輸入通過(guò)旁路晶體管Mb立即送至下一個(gè)模塊FAFAFAFAP0G1P0G1P2G2P3G3Co,3Co,2Co,1Co,0Ci,0FAFAFAFAP0G1P0G1P2G2P3G3Co,2Co,1Co,0Ci,0Co,3MultiplexerBP=PoP1P2P3因增加旁路而增加的面積很小，但破壞規(guī)則的位片式結(jié)構(gòu)目前三十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.34Ci,0G2P3P2P1P0G1G0G3BPBPCo,3例11.3曼徹斯特進(jìn)位鏈加法器中的進(jìn)位旁路目前三十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.35計(jì)算一個(gè)N位加法器的延時(shí)假設(shè)整個(gè)加法器被劃分成(N/M)個(gè)等長(zhǎng)的旁路級(jí)每一級(jí)含有M級(jí)最壞情況下進(jìn)位產(chǎn)生于第一位的位置，逐位通過(guò)第一個(gè)模塊，躍過(guò)（N/M-2)個(gè)旁路級(jí)，并且被吸收在最后一位的位置上而不產(chǎn)生輸出進(jìn)位目前三十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)各部分參數(shù)含義：tsetup:形成進(jìn)位產(chǎn)生信號(hào)和進(jìn)位傳播信號(hào)所需要的固定時(shí)間tcarry:通過(guò)一位的傳播延時(shí)，最壞情況下通過(guò)具有M位的一個(gè)級(jí)進(jìn)位傳播延時(shí)為M倍tbypass:通過(guò)一級(jí)旁路多路開關(guān)的傳播時(shí)間tsum:產(chǎn)生最后一級(jí)的“和”所需要的時(shí)間設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.36目前三十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.37逐位進(jìn)位加法器和進(jìn)位旁路加法器的比較Ntp逐位進(jìn)位加法器進(jìn)位旁路加法器4..8思考題11.1進(jìn)位跳躍加法器的延時(shí)確定引起一個(gè)16位(4*4)進(jìn)位旁路加法器中最壞情況延時(shí)的輸入樣式。假設(shè)tcarry=tsetup=tskip=tsum=1，確定其延時(shí)并與一般的逐位進(jìn)位加法器進(jìn)行比較。增加進(jìn)位旁路一般使面積增加10%至20%進(jìn)位旁路加法器的總進(jìn)位傳播時(shí)間仍與位數(shù)N成正比，但比例系數(shù)較串行進(jìn)位加法器為小。N較小時(shí)，因?yàn)榕月返念~外開銷使采用旁路進(jìn)位收益不大。一般N在4~8之間采用旁路進(jìn)位。目前三十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.38線性進(jìn)位選擇加法器預(yù)先考慮進(jìn)位輸入兩種可能的值，并提前計(jì)算出針對(duì)這兩種可能性的結(jié)果。一旦輸入進(jìn)位的確切值已知，正確結(jié)果就可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的多路開關(guān)級(jí)很容易地選出4-bSetup“0”carrypropagation“1”carrypropagation10multiplexerCinCoutSumgenerationP’sG’sC’sA’sB’sS’s

用一個(gè)最小的延時(shí)來(lái)完成，但增加硬件開銷30%目前三十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.39線性進(jìn)位選擇加法器：關(guān)鍵路徑目前三十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)40線性進(jìn)位選擇加法器延時(shí)最壞情況下的傳播延時(shí)tadder=tsetup+Mtcarry+(N/M)tmux+tsum

傳播延時(shí)正比于N，形成這一線性關(guān)系的原因是在最壞情形下選擇0或1的運(yùn)算結(jié)果模塊選擇信號(hào)仍然必須逐一通過(guò)所有級(jí)

為優(yōu)化設(shè)計(jì)，假設(shè)全加器和多路開關(guān)具有相同的傳播延時(shí)，等于歸一化的值1。在最壞情形下將輸入時(shí)間信號(hào)到達(dá)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間標(biāo)在圖上目前四十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)41線性進(jìn)位選擇加法器延時(shí)結(jié)構(gòu)目前四十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.42平方根進(jìn)位選擇加法器在該加法器中逐級(jí)增加后續(xù)各級(jí)的位數(shù)目前四十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)平方根進(jìn)位選擇加法器延時(shí)假設(shè)N位加法器含有P級(jí)，第一級(jí)相加M位，后續(xù)各級(jí)依次增加一位，則：

若M《N，則：加法器延時(shí)：目前四十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.44平方根進(jìn)位選擇加法器與線性逐位進(jìn)位加法器和線性選擇加法器傳播延時(shí)的比較目前四十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)超前進(jìn)位加法器在N位加法器中每一位的位置上都存在下列關(guān)系：通過(guò)對(duì)Co,k-1展開可消除Co,k對(duì)Co,k-1的依賴Co,k的完全展開式：其中Ci,0通常為0設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.45目前四十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)超前進(jìn)位加法器G=ABD=ABP=A+BCo=G+PCiS=PCi=ABCi+(A+B+Ci)Co設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.46目前四十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)超前進(jìn)位加法器原理圖

設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.47目前四十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)G3C0C0C0C0P0P0P0P0G0G0G0G0C1@3P1P1P1P1P1P1G1G1G1C2@3P2P2P2P2P2P2G2G2C3@3P3P3P3P3C4@3Pi@1gatedelayCiSi@2gatedelaysBiAiGi@1gatedelay超前進(jìn)位邏輯實(shí)現(xiàn)帶傳播和產(chǎn)生信號(hào)的加法器單元在超過(guò)4位時(shí)，電路所需的邏輯門扇入非常大計(jì)算多位相加時(shí)，進(jìn)位輸出僅需3個(gè)門延時(shí)，和僅需4個(gè)門延時(shí)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.48目前四十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)A0B00S0@2A1B1C1@2S1@3A2B2C2@4S2@5A3B3C3@6S3@7Cout@8A0B00S0@2A1B1C1@3S1@4A2B2C2@3S2@4A3B3C3@3S3@4C4@3C4@3超前進(jìn)位邏輯實(shí)現(xiàn)超前進(jìn)位邏輯產(chǎn)生獨(dú)立的并行計(jì)算輸出的和，比較快然而，進(jìn)位邏輯成本增加好多倍進(jìn)位Pi@1gatedelayCiSi@2gatedelaysBiAiGi@1gatedelay設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.49目前四十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)LookaheadCarryUnitC0P0G0P1G1P2G2P3G3C3C2C1C0P3-0G3-0C4@3@2@4@3@2@5@3@2@5@3@2@4@5@3@0C16A[15-12]B[15-12]C12S[15-12]A[11-8]B[11-8]C8S[11-8]A[7-4]B[7-4]C4S[7-4]@7@8@8A[3-0]B[3-0]C0S[3-0]@0@4444PG4-bitAdder444PG4-bitAdder444PG4-bitAdder444PG4-bitAdder采用層次化超前進(jìn)位的16位加法器超前進(jìn)位加法器4個(gè)4位加法器內(nèi)部包含自身的4位超前進(jìn)位邏輯第二級(jí)超前進(jìn)位單元延到16位（8個(gè)門延時(shí)完成計(jì)算）G=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0P=P3P2P1P0C1=G0+P0C0C2=G1+P1G0+P1P0C0C0P0G0C1@2設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.50目前五十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)4位超前進(jìn)位加法器鏡像實(shí)現(xiàn)的電路圖

利用超前進(jìn)位公式的自對(duì)偶性和遞歸性建立了一個(gè)鏡像結(jié)構(gòu)，對(duì)于N位的超前進(jìn)位組，它的晶體管實(shí)現(xiàn)具有N個(gè)并行分支并且有N+1個(gè)晶體管堆疊。在N值較大時(shí)極慢，只在N值較小時(shí)有效設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.51目前五十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)對(duì)數(shù)超前進(jìn)位加法器----原理

在上式中，進(jìn)位傳播過(guò)程被分解成兩位的子組合，Gi:j和Pi:j分別表示從第i位至第j位的進(jìn)位產(chǎn)生和進(jìn)位傳播信號(hào),稱為塊進(jìn)位產(chǎn)生和塊進(jìn)位傳播信號(hào)

為了建立非?？斓募臃ㄆ?，把進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生組織成遞歸的樹形結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.52目前五十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)點(diǎn)操作針對(duì)這些成對(duì)的函數(shù)并且允許對(duì)一個(gè)塊的位進(jìn)行組合和運(yùn)算設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.53目前五十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)用動(dòng)態(tài)邏輯實(shí)現(xiàn)進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生信號(hào)傳播產(chǎn)生(P)進(jìn)位產(chǎn)生(G)

該模塊產(chǎn)生進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生信號(hào)。所附加的單獨(dú)來(lái)驅(qū)動(dòng)保持器的反相器在驅(qū)動(dòng)較大扇出的門中很有用。在翻轉(zhuǎn)開始后通過(guò)使保持器的驅(qū)動(dòng)器與該電路的扇出間失去聯(lián)系可以使保持器很快脫離工作設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.54目前五十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)用動(dòng)態(tài)邏輯實(shí)現(xiàn)點(diǎn)操作點(diǎn)操作，代表計(jì)算塊級(jí)的進(jìn)位傳播和進(jìn)位產(chǎn)生信號(hào)的兩個(gè)門設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.55目前五十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)用動(dòng)態(tài)邏輯實(shí)現(xiàn)和選擇電路設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.56目前五十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)Kogge-Stone16位超前進(jìn)位對(duì)數(shù)加法器在位置2i-1上的進(jìn)位只需要i步就可以計(jì)算出來(lái)互連結(jié)構(gòu)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)容易關(guān)鍵路徑上扇出基本上是一個(gè)常數(shù)49個(gè)點(diǎn)操作，面積和功耗較大建立P和G信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)操作產(chǎn)生和設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.57目前五十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)16位操作數(shù)的四進(jìn)制Kogge-Stone加法器減少樹的結(jié)構(gòu)深度的一種選擇是在每一結(jié)構(gòu)層次上組合四個(gè)信號(hào)。一個(gè)16位的加法器只需要兩級(jí)進(jìn)位邏輯設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.58目前五十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)16位Brent-Kung樹結(jié)構(gòu)正向樹只實(shí)現(xiàn)在2N-1位置上的進(jìn)位信號(hào)，為產(chǎn)生全部進(jìn)位，需要一個(gè)反向二進(jìn)制樹。27個(gè)點(diǎn)操作并且所需的導(dǎo)線少，但布線結(jié)構(gòu)不規(guī)則，并且各個(gè)門的扇出不相同，優(yōu)化性能困難。C14最長(zhǎng)，需要6個(gè)點(diǎn)操作設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.59目前五十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)列出Co,3和Co,8的計(jì)算過(guò)程設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.60目前六十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)用多米諾動(dòng)態(tài)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)四進(jìn)制點(diǎn)操作的原理圖

設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.61目前六十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)時(shí)鐘延遲多米諾加法器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.62目前六十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)G3:0的輸出表達(dá)式G3:0=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0=P3(P2(P1G0+G1)+G2)+G3設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.63目前六十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)G3:0邏輯圖設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.64目前六十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)G3:0棍棒圖設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.65目前六十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)四進(jìn)制點(diǎn)操作的動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.66目前六十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)四進(jìn)制點(diǎn)操作的版圖設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.67目前六十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.685.4乘法器11.4.1乘法器：定義兩個(gè)無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)X和Y，分別為M位寬和N位寬乘法運(yùn)算定義：目前六十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.69更快的方法：所有的部分積同時(shí)產(chǎn)生并組成一個(gè)陣列。運(yùn)用多操作數(shù)相加來(lái)計(jì)算最終的積陣列乘法器：產(chǎn)生部分積、累加部分積和最終相加目前六十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.705.4.2部分積的產(chǎn)生被乘數(shù)X和一個(gè)乘數(shù)位Yi進(jìn)行邏輯AND操作的結(jié)果采用booth編碼，可以使部分積的數(shù)目至少減少一半假設(shè)一個(gè)8位乘數(shù)01111110，它將產(chǎn)生6行非零的部分積；轉(zhuǎn)換成booth編碼10000010，我們只需相加2個(gè)部分積目前七十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)Booth2編碼設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.71目前七十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)Booth2編碼設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.72電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，先對(duì)補(bǔ)碼形式的n位乘數(shù)

擴(kuò)充附加位=0。若n是奇數(shù)，還需擴(kuò)充一位附加符號(hào)位

目前七十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.735.4.3部分積的累加陣列乘法器用許多加法器形成陣列目前七十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.74CriticalPath1&2MN陣列乘法器：關(guān)鍵路徑目前七十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于七點(diǎn)設(shè)計(jì)運(yùn)算功能塊.75進(jìn)位保留乘法器因?yàn)檫M(jìn)位位并不立即相加，而是保留給下一級(jí)加法器在最后一級(jí)進(jìn)位與“和”在一個(gè)快速的進(jìn)位傳播加法器中合并優(yōu)點(diǎn)：在最壞情況下