Ο αθροιστής είναι ένας τύπος ψηφιακού κυκλώματος στα ψηφιακά ηλεκτρονικά που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση εργασιών πρόσθεσης. Ακόμη και η λειτουργία του πολλαπλασιασμού εξαρτάται κυρίως από τη σειρά αυτής της πράξης. Έτσι, αυτά μπορούν να υλοποιηθούν απλά με διαφορετικούς τρόπους με διαφορετικές τεχνολογίες σε διαφορετικά εύρη αρχιτεκτονικών. Ο υψηλής ταχύτητας και αξιόπιστος σχεδιασμός αθροιστή είναι ο κύριος στόχος στις ενσωματωμένες εφαρμογές και τις λειτουργίες φιλτραρίσματος. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αθροιστών όπως κυματισμός μεταφοράς αθροιστής , αθροιστής Kogge-stone, spanning Tree adder, Brent kung adder, Parallel prefix adder, Carry look ahead adder, Sparse kogge-stone adder, κ.λπ. Αυτό το άρθρο περιγράφει μια επισκόπηση του Kogge Stone Adde r ή KSA.
Τι είναι το Kogge Stone Adder;
Ο αθροιστής Kogge–Stone ή KSA είναι μια παράλληλη μορφή προθέματος του CLA (προσθετικός όψης μεταφοράς) . Αυτός ο αθροιστής χρησιμοποιεί περισσότερη περιοχή για υλοποίηση σε σύγκριση με τον αθροιστή Brent–Kung, αν και έχει χαμηλό fan-out σε κάθε στάδιο, το οποίο βελτιώνει την απόδοση των τυπικών κόμβων διεργασίας CMOS. Ωστόσο, η συμφόρηση καλωδίωσης είναι συχνά ένα ζήτημα για τις KSA.
Ο αθροιστής Kogge Stone ή KSA είναι ένας πολύ γρήγορος αθροιστής που χρησιμοποιείται σε διάφορες επεξεργασίες σήματος επεξεργαστές (SPP) για την εκτέλεση της καλύτερης αριθμητικής συνάρτησης. Έτσι, η ταχύτητα λειτουργίας αυτού του αθροιστή μπορεί να περιοριστεί μεταφέροντας τη διάδοση από την είσοδο στην έξοδο. Γενικά, το KSA είναι ένας παράλληλος αθροιστής προθέματος που έχει την ειδικότητα της καλύτερης προσθήκης ανάλογα με τον χρόνο σχεδιασμού που χρησιμοποιείται για αριθμητικά κυκλώματα βασισμένα σε υψηλή απόδοση εντός της βιομηχανίας.
Διάγραμμα κυκλώματος αθροιστή πετρών Kogge
Το διάγραμμα Kogge-Stone Adder φαίνεται παρακάτω. Αυτός ο τύπος αθροιστή θεωρείται απλώς ο ταχύτερος και πιο συνηθισμένος σχεδιασμός αθροιστών αρχιτεκτονικής κυρίως για αθροιστές υψηλής απόδοσης στη βιομηχανία. Σε αυτόν τον τύπο αθροιστή, οι φορείς παράγονται πολύ γρήγορα υπολογίζοντάς τους παράλληλα με το αυξημένο κόστος περιοχής.
Οι δομές δέντρων της μεταφοράς διάδοσης και παραγωγής σημάτων φαίνονται στο παρακάτω διάγραμμα. Σε αυτόν τον αθροιστή, το δίκτυο παραγωγής Carry είναι ένα πολύ σημαντικό μπλοκ που περιλαμβάνει τρία μπλοκ. Μαύρο κελί, Γκρι κελί και buffer. Έτσι τα μαύρα κελιά χρησιμοποιούνται κυρίως για τον υπολογισμό και των δύο σημάτων παραγωγής και διάδοσης, τα γκρι κελιά χρησιμοποιούνται κυρίως στον υπολογισμό των σημάτων παραγωγής που απαιτούνται στον υπολογισμό του αθροίσματος στο στάδιο μετά την επεξεργασία και τα buffer χρησιμοποιούνται κυρίως για την εξισορρόπηση του εφέ φόρτωσης.
Πώς λειτουργεί το Kogge Stone Adder;
Ο αθροιστής Kogge-Stone παρακολουθεί εσωτερικά τα bit 'δημιουργίας' και 'διαδόσεως' για εύρη κομματιών παρόμοια με όλους τους αθροιστές παρακολούθησης μεταφοράς. Ξεκινάμε με εκτάσεις 1 bit, όπου μια στήλη εντός της προσθήκης παράγει ένα bit μεταφοράς όταν και οι δύο είσοδοι είναι 1 (λογικό ΚΑΙ) και ένα bit μεταφοράς θα διαδοθεί εάν ακριβώς μία είσοδος είναι 1 (λογικό XOR). Έτσι, το Kogge-Stone Adder περιλαμβάνει κυρίως τρία στάδια επεξεργασίας για τον υπολογισμό των bits αθροίσματος. το στάδιο προεπεξεργασίας, το δίκτυο παραγωγής Carry και το στάδιο μετά την επεξεργασία. Αυτά τα τρία βήματα λοιπόν εμπλέκονται κυρίως σε αυτήν τη λειτουργία αθροιστή. Αυτά τα τρία στάδια συζητούνται παρακάτω.
Στάδιο προεπεξεργασίας
Αυτό το στάδιο προεπεξεργασίας περιλαμβάνει τον υπολογισμό τόσο των παραγόμενων όσο και των διαδιδόμενων σημάτων ισοδύναμων με κάθε ζεύγος bit εντός του Α και του Β.
Πι = Άι χ Μπι
Gi = Άι και Μπι
Δίκτυο Carry Generation
Στο στάδιο δημιουργίας μεταφοράς, υπολογίζουμε μεταφορές ισοδύναμες με κάθε bit. Έτσι, η εκτέλεση αυτών των λειτουργιών μπορεί να πραγματοποιηθεί παράλληλα. Μετά τον υπολογισμό των φέρων παράλληλα, αυτά χωρίζονται σε μικρά κομμάτια. Ως ενδιάμεσα σήματα, χρησιμοποιεί σήματα μεταφοράς και δημιουργίας σημάτων που καθορίζονται από τις παρακάτω λογικές εξισώσεις.
CPi:j = Pi:k + 1 και Pk:j
CGi:j = Gi:k + 1 ή (Pi:k + 1 και Gk:j)
Μετα-επεξεργασία
Αυτό το στάδιο μετα-επεξεργασίας είναι πολύ κοινό σε όλους τους αθροιστές οικογένειας που φέρουν προοπτική και περιλαμβάνει τον υπολογισμό των bits αθροίσματος.
Ci – 1 = (Pi και Cin) ή Gi
Si = Pi = x ή Ci – 1
4-bit Kogge-Stone Adder
Στον αθροιστή Kogge-Stone 4 bit, κάθε κατακόρυφο στάδιο δημιουργεί ένα bit 'διάδοση' και ένα 'δημιουργία'. Οι φέροντες δημιουργούνται στο τελικό στάδιο όπου αυτά τα bit είναι XOR μέσω της πρώτης μετάδοσης μετά την είσοδο μέσα στα τετραγωνικά πλαίσια για να δημιουργηθούν τα bit αθροίσματος.
Για παράδειγμα? αν η διάδοση υπολογίζεται με XOR όταν τα A=1 & B=0, τότε δημιουργείται η διάδοση o/p ως 1. Εδώ, η τιμή παραγωγής μπορεί να υπολογιστεί με AND όταν το A = 1, B = 0, και η παραγωγή Η τιμή o/p είναι 0. Ομοίως, όλα τα bit αθροίσματος υπολογίζονται για Είσοδοι: A = 1011 & B = 1100 Έξοδοι, στη συνέχεια άθροισμα = 0111 και φέρουν Cout = 1. Σε αυτόν τον αθροιστή προχωρήστε με τις πέντε εξόδους στην παρακάτω επέκταση.
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 &
Β2))).
S4 = (A4 ^ B4) ^ (((A3 ^ B3) & (A2 ^ B2)) & (A1 & B1)) | (((A3 ^ B3) & (A2 & B2)) | (A3 & B3) ))).
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Ο πλεονεκτήματα του αθροιστή Kogge Stone περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Ο αθροιστής πετρών Kogge είναι πολύ πιο γρήγορος αθροιστής
- Αυτή είναι μια προηγμένη έκδοση για αθροιστές παράλληλων προθεμάτων
- Αυτός ο αθροιστής βοηθά στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας καθώς και της καθυστέρησης σε σύγκριση με άλλους συμβατικούς τύπους λογικής.
- Επικεντρώνεται στον χρόνο σχεδιασμού και είναι καλύτερο για εφαρμογές υψηλής απόδοσης.
- Αυτός ο αθροιστής είναι πολύ αποδοτικός στο φίλτρο FIR σε σύγκριση με άλλα είδη αθροιστών με τεράστια μείωση της υπολογιστικής ισχύος, της περιοχής και του χρόνου.
Ο μειονεκτήματα του αθροιστή Kogge-stone περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Αυτός ο αθροιστής χρησιμοποιεί περισσότερη περιοχή για υλοποίηση σε σύγκριση με τον αθροιστή Brent–Kung, αν και έχει λιγότερο ανεμιστήρα σε κάθε στάδιο, γεγονός που ενισχύει την τυπική CMOS απόδοση κόμβου διεργασίας.
- Για τους αθροιστές Kogge–Stone, η συμφόρηση καλωδίωσης είναι συχνά πρόβλημα.
Εφαρμογές
Οι εφαρμογές του αθροιστή Kogge–Stone περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Ο αθροιστής Kogge Stone χρησιμοποιείται σε διάφορους επεξεργαστές επεξεργασίας σήματος για την εκτέλεση πολύ γρήγορων αριθμητικών συναρτήσεων.
- Αυτή είναι μια επέκταση για τον αθροιστή μεταφοράς αναζήτησης, που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση πολύ γρήγορης προσθήκης σε υπολογιστικά συστήματα υψηλής απόδοσης.
- Αυτός ο τύπος αθροιστή χρησιμοποιείται σε εφαρμογές επεξεργασίας σήματος.
- Αυτός ο αθροιστής χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία κυρίως για αριθμητικά κυκλώματα που βασίζονται σε υψηλές επιδόσεις.
- Αυτό το είδος αθροιστή χρησιμοποιείται συνήθως για αθροιστές ευρείας κλίμακας επειδή δείχνει τη χαμηλότερη καθυστέρηση μεταξύ άλλων δομών.
- Το KSA βοηθά στην προσθήκη μεγαλύτερων αριθμών χρησιμοποιώντας λιγότερη περιοχή, ισχύ και χρόνο.
- Χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα συστήματα VLSI όπως μικροεπεξεργαστής αρχιτεκτονική και αρχιτεκτονική DSP για συγκεκριμένες εφαρμογές.
Τι είναι ένας παράλληλος αθροιστής προθέματος;
Ο παράλληλος αθροιστής προθέματος είναι ένας τύπος αθροιστή που χρησιμοποιεί τη λειτουργία προθέματος για να εκτελέσει αποτελεσματική προσθήκη. Αυτοί οι αθροιστές προέρχονται από τον αθροιστή μεταφοράς αναζήτησης και είναι κατάλληλοι για δυαδική προσθήκη μέσω ευρείας λέξης.
Ποιος αθροιστής είναι κατάλληλος για γρήγορη προσθήκη;
Ένας αθροιστής κεφαλής μεταφοράς είναι κατάλληλος για γρήγορη προσθήκη στην ψηφιακή λογική, επειδή αυτός ο αθροιστής απλώς ενισχύει την ταχύτητα μειώνοντας τον απαραίτητο χρόνο για να αποφασίσετε να μεταφέρετε bits.
Τι είναι ο αλγόριθμος αθροιστή Kogge-Stone;
Ο αλγόριθμος αθροιστή Kogge-Stone είναι μια δομή ενός παράλληλου προθέματος CLA που έχει χαμηλό fan-out σε κάθε στάδιο για να το κάνει πιο αποτελεσματικό σε κανονικούς κόμβους διεργασίας CMOS.
Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση του αθροιστή Kogge-Stone που είναι η πιο γνωστή έκδοση αθροιστή μεταφοράς αναζήτησης. Αυτός ο αθροιστής παράγει απλώς τα σήματα μεταφοράς εντός χρόνου O (log2N) και θεωρείται ευρέως ο καλύτερος σχεδιασμός αθροιστή. Έτσι, αυτός ο αθροιστής έχει την πιο συχνή αρχιτεκτονική κυρίως για αθροιστές υψηλής απόδοσης εντός του κλάδου. Έτσι, αυτό το KSA περιλαμβάνει μια κανονική διάταξη και είναι ο ειδικός αθροιστής λόγω του λιγότερου ανεμιστήρα ή του μικρότερου λογικού βάθους του. Έτσι αυτός ο αθροιστής γίνεται ένας πολύ γρήγορος αθροιστής με μεγάλη επιφάνεια. Ακολουθεί μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ο αθροιστής μεταφοράς αναζήτησης;
