硬件加法器种类繁多,对于不同的设计,加法器的需求也不一样。在前端设计中,使用符号“+”便可轻而易举地实现加法器。只是在特殊的情况下,指定选择加法器类型,或许可以用到。其他情况,可以当做科普学习加法器的种类,原理和思想。对于树形加法器,基于不同类型树形加法器的种类也较多,其中介绍了从逻辑层数、扇入扇出和布线拥塞度三个方面上典型的或各有优势的树形加法器,其他种类的树形加法器在这三个维度上略有不同,所以不需一一介绍。目前加法器系列的更新结束,以下是对硬件加法的小结和目录索引。

一、半加器、全加器和行波进位加法器

半加器用于计算2个单比特二进制数的和与进位。其逻辑简单,是最基础的加法器设计部件。

全加器相比于半加器,增加了进位输入。

使用全加器可组成N比特行波进位加法器,这种加法器面积小,由于每一比特的进位输入必须等待前一比特完成进位输出的计算,所以这种加法器的速度慢。

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二、超前进位加法器

对于更宽的加法器,行波进位加法器关键路径越长,限制了加法器的性能。

超前进位加法器优化改进行波进位器的关键路径,通过采用并行计算进位的方法,解决了行波进位加法器的进位依赖问题。

对于大位宽的超前进位加法器,进位逻辑计算单元面积耗费大。

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三、进位旁边加法器

进位旁路加法器通过使用数据选择器和进位选择逻辑,预先知晓每一级或者一组加法器的进位,通过打断行波进位加法器超长的进位传播链,达到缩短关键路径,加快进位链传播的目的。

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四、进位选择加法器

对N比特的加法器分组,通过对每一组分别假设进位为0和1的情况,使得低位与高位的进位可以同时计算,当低位的进位计算完成后,高位的进位由低位进位通过数据选择选择器即可得知,是一种以面积换取速度的典型思想。

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五、进位保存加法器

相比于由普通加法器的直接相加方法,使用进位保存加法器在执行多个数加法时具有较小的进位传播延迟,它的基本思想即将3个加数的和减少为2个加数的和,将进位c和和s分别计算保存,并且每比特可以独立计算c和s,所以速度极快。

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六、Sklansky加法器

Sklansky加法器是一种并行高速的树形加法器,由Sklansky于1959年发表,该加法器对比特位进位层级分组,根据对不同比特组所有可能的进位计算所有可选的和与进位,所以也叫Conditional-Sum Addition。

在树形加法器中,Sklansky加法器具有较少的逻辑层数和较低的布线拥塞度,而其扇入扇出较高。

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七、Kogge-Stone加法器

Kogge-Stone加法器是利用Peter M. Kogge和Harold S.Stone于1972年提出的一种并行算法生成的一种树形加法器。

此种加法器在树形加法器中,具有逻辑层数低和较低的扇入扇出的特点,美中不足的是布线拥塞度高。

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八、Brent-Kung加法器

Brent-Kung加法器,由Richard P.Brent和H.T.Kung教授于上世纪80年代提出,Brent-Kung加法器是一种树形加法器,采用了树形结构,达到了N比特加法器延迟正比于log N, 面积正比于N的效果。

相比于其他种类的树形结构加法器,其具有较低的扇入扇出和较低的布线拥塞度,不足的是实现计算的逻辑层数较多。

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