超前进位加法器


概述

之前学习了一位半加器与一/四位全加器的相关知识,接着学习超前进位加法器加深认识

八位级联进位加法器

设计文件

采用硬件行为方式描述八位全加器

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module qjq(co,sum,a,b,ci);
input[7:0] a,b;
input ci;
output[7:0] sum;
output co;
reg[7:0] sum;
reg co;
reg[7:0] G,P,C; //中间变量,分别是生产函数、传递函数、和进位函数
always @(a or b or ci)
begin
G[0] =a[0] & b[0]; //生产函数,加数相与,产生进位
P[0] =a[0] | b[0]; //传递函数,如果a或b有不为0,则将进位输入传递
C[0] =ci; //最后位的进位输入,初始化位ci
sum[0] =G[0]^ P[0] ^ C[0];//输出数据
G[1] =a[1] & b[1];
P[1] =a[1] | b[1];
C[1] =G[0] |(P[0] & C[0]);//c=ab+(a+b)ci=G|(P&ci)
sum[1] =G[1] ^ P[1] ^ C[1];
G[2] =a[2] & b[2];
P[2] =a[2] | b[2];
C[2] =G[1] |(P[1] & C[1]);
sum[2] =G[2] ^ P[2] ^ C[2];
G[3] =a[3]& b[3];
P[3] =a[3] | b[3];
C[3] =G[2] |(P[2] & C[2]);
sum[3] =G[3] ^ P[3] ^ C[3];
G[4] =a[4] & b[4];
P[4] =a[4] | b[4];
C[4] =G[3] |(P[3] & C[3]);
sum[4] =G[4] ^ P[4] ^ C[4];
G[5] =a[5] & b[5];
P[5] =a[5] | b[5];
C[5] =G[4] |(P[4] & C[4]);
sum[5] =G[5] ^ P[5] ^ C[5];
G[6] =a[6] & b[6];
P[6] =a[6] | b[6];
C[6] =G[5] |(P[5] & C[5]);
sum[6] =G[6] ^ P[6] ^ C[6];
G[7] =a[7] & b[7];
P[7] =a[7] | b[7];
C[7] =G[6] |(P[6] & C[6]);
sum[7] =G[7] ^ P[7] ^ C[7];
co=G[7] |(P[7] & C[7]);
end
endmodule

仿真结构图

仿真文件

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module qjqsimu;
reg [7:0] a,b;
reg ci;
wire [7:0] sum;
wire co;
qjq sl(co,sum,a,b,ci);
initial
begin
a=8'b00000000;b=8'b00000000;ci=0; //初始化,可将a初始大一些得到co为1的情况
end
always #2 assign {a,b}={a,b}+1; //延迟2ps,增大观察范围
always #1 assign ci=~ci;
endmodule

仿真波形

说明:首先在设计文件中,由最开始的进位输入ci逐级传递给c,最后传递给co,每位数据都需要传递一次上级数据,代码运算次数多,延时高。

四位超前进位加法器

设计文件

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module qjq(sum,c_out,a,b,c_in);
input[3:0] a,b;
input c_in;
output[3:0] sum;
output c_out;
wire[4:0] g,p,c;
assign c[0]=c_in;
assign p=a|b;
assign g=a&b;
assign c[1]=g[0]|(p[0]&c[0]);
assign c[2]=g[1]|(p[1]&(g[0]|(p[0]&c[0])));
assign c[3]=g[2]|(p[2]&(g[1]|(p[1]&(g[0]|(p[0]&c[0])))));
assign c[4]=g[3]|(p[3]&(g[2]|(p[2]&(g[1]|(p[1]&(g[0]|(p[0]&c[0])))))));
assign sum=p^c[3:0];
assign c_out=c[4];
endmodule

仿真结构图

仿真文件

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module qjqsimu;
reg [3:0] a,b;
reg c_in;
wire [3:0] sum;
wire c_out;
qjq U3(.a(a),.b(b),.c_in(c_in),.sum(sum),.c_out(c_out));
initial
begin
a=4'b0000;b=4'b0000;c_in=0;
end
always #10 assign {a,b}={a,b}+1;
always #5 assign c_in=~c_in;
endmodule

仿真波形

说明:设计文件中对每一个进位的运算都进行了合并,总共计算8次,如果按照八位级联加法器的写法,每一位需进行4次运算,加上最后的进位,总共应需要17次计算。显然是提高了效率。

八位超前进位

刚入手八位超前进位加法器的话,写之前就在为进位链的表达式头疼,但是做了一下四位超前进位,可以总结出表达式的规律,进而再写一遍进行验证,与级联加法器的仿真结果完全相同,其设计文件源码如下:

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module qjq(co,sum,a,b,ci);
input [7:0] a,b;
input ci;
output [7:0] sum;
output co;
wire [7:0] G,P,C; //中间变量,分别是生产函数、传递函数、和进位函数
assign G=a&b;
assign P=a|b;
assign C[0]=ci;
assign C[1]=G[1]|(P[1]&G[0])|(P[1]&P[0]&ci);
assign C[2]=G[2]|(P[2]&G[1])|(P[2]&P[1]&G[0])|(P[2]&P[1]&P[0]&ci);
assign C[3]=G[3]|(P[3]&G[2])|(P[3]&P[2]&G[1])|(P[3]&P[2]&P[1]&G[0])|(P[3]&P[2]&P[1]&P[0]&ci);
assign C[4]=G[4]|(P[4]&G[3])|(P[4]&P[3]&G[2])|(P[4]&P[3]&P[2]&G[1])|(P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&G[0])|(P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&P[0]&ci);
assign C[5]=G[5]|(P[5]&P[4]&G[3])|(P[5]&P[4]&P[3]&G[2])|(P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&G[1])|(P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&G[0])|(P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&P[0]&ci);
assign C[6]=G[6]|(P[6]&G[5])|(P[6]&P[5]&G[4])|(P[6]&P[5]&P[4]&G[3])|(P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&G[2])|(P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&G[1])|(P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&G[0])|(P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&P[0]&ci);
assign C[7]=G[7]|(P[7]&G[6])|(P[7]&P[6]&G[5])|(P[7]&P[6]&P[5]&G[4])|(P[7]&P[6]&P[5]&P[4]&G[3])|(P[7]&P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&G[2])|(P[7]&P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&G[1])|(P[7]&P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&G[0])|(P[7]&P[6]&P[5]&P[4]&P[3]&P[2]&P[1]&P[0]&ci);
assign sum=P^C[7:0];
assign co=C[7];
endmodule

作者:mxdon,发布于:2019/08/13
原文:https://www.cnblogs.com/mxdon/p/11324569.html