超前进位加法器设计
超前进位加法器的设计原理_概述及解释说明
超前进位加法器的设计原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述超前进位加法器是一种用于在数字电路中进行二进制数的加法运算的特殊电路。
相较于传统的二进制加法器，超前进位加法器通过预先计算进位，从而实现更快速的运算。
本文旨在对超前进位加法器的设计原理进行概述和解释说明。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分，分别是引言、超前进位加法器的设计原理、实现步骤和流程、优势与应用范围以及结论。
首先介绍引言部分，接下来详细解释超前进位加法器的设计原理，然后说明实现步骤和流程。
之后介绍该加法器的优势及其应用范围，并最后得出结论。
1.3 目的本文旨在向读者阐明超前进位加法器的设计原理并提供相关解释说明。
对于数字电路领域的研究者和工程师而言，了解超前进位加法器背后的原理可以帮助他们更好地应用这一技术，并且展示其在优势与应用范围方面所具备的潜力。
2. 超前进位加法器的设计原理2.1 超前进位加法器的定义和背景超前进位加法器是一种常用于数字电路中的加法器，用来实现两个二进制数的相加操作。
与传统的普通进位加法器不同，超前进位加法器在进行计算时能够提前计算并预测进位信号，从而减少计算时间并提高加法运算速度。
2.2 原理解释超前进位加法器采用了两级运算的方式，利用了先行进位预测的思想，以优化传统加法器的运算效率。
其基本原理如下：- 首先，对于每一位（bit）进行相应位置的逻辑门电路设计。
- 然后，在相邻位之间引入前导输入（Generate input）和进位输出（Carry output），这样可以使得下一级可以预测到当前级别产生的所有可能进位。
- 通过与门、或门和异或门等逻辑门之间巧妙的组合连接，实现了高速、低功耗的超前进位运算。
超前进位加法器主要依靠已知最高有效输入块(G代表Generate, P代表Propagate, C代表Carry In) 确定其对应输出(S代表Sum, C代表Carry Out)，并将这些信息传递给下一级加法器。
4bits超前加法进位器的全定制设计_微电子卓越班数字集成电路课程设计报告
数字集成电路课程设计题目：4 bits超前加法进位器地全定制设计姓名：席高照学号： 111000833学院：物理与信息工程学院专业：微电子（卓越班）年级： 2010级指导教师：陈群超（签名）2013 年 6 月 3 日目录第1章概述 01.1课程设计目地.......................................... 错误！未定义书签。
1.2课程设计地主要内容.................................... 错误！未定义书签。
1.2.1设计题目.......................................... 错误！未定义书签。
1.2.2设计内容.......................................... 错误！未定义书签。
第2章功能分析及逻辑分析 (2)2.1功能分析 (2)2.2推荐工作条件 (3)2.3电性能 (7)2.4真值表 ................................................ 错误！未定义书签。
2.5表达式 (6)2.6电路图...................................................................... 错误！未定义书签。
第3章电路设计与器件参数设计83.1性能指标： ............................................ 错误！未定义书签。
3.2模块划分 (7)3.2.1输出级电路设计 (7)3.2.2内部反相器 (9)3.2.3内部电路等效 (8)3.2.4输入级电路 (10)3.2.5输出缓冲级电路 (10)3.2.6输入、输出保护电路 (10)3.3本章小结 (10)第4章电路模拟与仿真................................................................................................... 错误！未定义书签。
超前进位加法器设计(参考资料)
加法器设计（三）超前进位加法器（Verilog）超前进位加法器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首先要明确几个概念：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。
32超前进位加法器
文档编号：GX_HW_0001文档分类：硬件技术文档访问权限：公开32位超前进位加法器总体设计方案Version 1.1版本信息版本日期描述作者V1.1 2011-10-07 采用超前进位链实现郭新32位超前进位加法器目录目录 (3)1.概述 (4)2.总体描述 (4)2.1.功能描述 (4)2.2.顶层框图 (4)2.3.引脚描述 (4)3.模块划分 (5)3.1 概述（叙述一下划分的几个大的模块） (5)3.2模块A (6)3.2.1功能定义 (6)3.2.2信号描述 (6)3.2.3 详细设计 (6)3.3模块B (7)3.3.1功能定义 (7)3.3.2信号描述 (7)3.3.3 详细设计 (7)3.4模块C (8)3.4.1功能定义 (8)3.4.2信号描述 (8)3.4.3 详细设计 (8)3.5模块D (9)3.5.1功能定义 (9)3.5.2信号描述 (9)3.5.3 详细设计 (9)4.验证方案 (10)5.设计开发环境 (10)6.源代码 (10)6.1顶层模块 (10)6.2模块A (12)6.3模块B (12)6.4模块C (13)6.5模块D (14)6.6测试模块 (15)6.7测试波形 (16)1.概述利用各位数据和最低位进位同时输入，各位之间的进位信号与和就能同时产生，实现超前进位加法器，这种加法器运算速度显著提高，但电路复杂程度也急剧增加。
2.总体描述2.1.功能描述超前进位逻辑从输入中读入进位、传播值和生成值等信息，计算每一位的进位值。
该逻辑产生进位值和加值，加值只是输入的异或。
进位值用4位超前进位块的三级树来计算。
2.2.顶层框图32bit_claa(31:0)b(31:0)cins(31:0)cout图2.1加法器顶层框图2.3.引脚描述表2.1 顶层接口信号描述名称输入/输出功能描述a 输入32位输入b 输入32位输入cin 输入低级进位输入s 输入32位输出cout 输入进位输出3.模块划分（各个模块中不涉及时序，时序分析略去。
4bits超前进位加法器全定制设计实验报告
TPLH
Propagation Delay Time
A1~A4，B1~B4到C4
3
ns
TPHL
3
tT
2.5
tP
2.5
Av Power
4
Layout Area
150*180
2.5真值表
2.6逻辑图
工艺的主要参数（smic18工艺）
参数
参数定义
PMOS数值
NMOS数值
U0
迁移率
8.661m
34m
Vth
-0.4
mA
IOL
Low Level OutputVoltage
8
mA
2.3直流特性
Symbol
Parameter
Test Condition
Value
Units
TA=25°C
Min
Typ
Max
VOH
High Level OutputVoltage
VCC=Min，IOH=Max
VIL=Max，VIH=Min
mA
C0
-0.4
II
InputCurrent @ Max Input Voltage
VCC=Max
VI=7.2V
A,B
0.2
mA
C0
0.1
ICC
Supply Current
VCC=Maxl
Parameter
From (Input )to (Ouput)
Test Condition
(2)点选LM视窗上面的工具列File→New→Library；
(3)会产生New Library画面；
(4)在框内填入库名；
组成原理-超前进位加法器设计
《计算机组成原理》实验报告专业：学号：学生姓名：实验日期：实验二一、实验名称：超前进位加法器设计二、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EDA 软件的使用。
三、实验设备：PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套，排线若干。
四、实验内容：1.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.2.正确将电路原理图下载到试验箱中.3.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五、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）。
加法器又分为半加器和全加器（FA），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为半加器，而全加器是在半加器的基础上又考虑了低位过来的进位信号。
表1-2-1 1 位全加器真值表A、B 为2 个1 位的加数，Ci 为来自低位的进位，S 为和，Co 为向高位的进位，根据表1-2-1所示的真值表，可得到全加器的逻辑表达式为：S = ABCi + ABCi + ABCi + ABCiCo = AB+ ACi + BCi根据逻辑表达式，可得到如图1-2-1 所示的逻辑电路图。
有了 1 位全加器，就可以用它来构造多位加法器，加法器根据电路结构的不同，可以分为串行加法器和并行加法器两种。
串行加法器低位全加器产生的进位要依次串行地向高位进位，其电路简单，占用资源较少，但是串行加法器每位和以及向高位的进位的产生都依赖于低位的进位，导致完成加法运算的延迟时间较长，效率并不高。
C0 = 0Ci+1 = AiBi + AiCi + BiCi = AiBi + (Ai + Bi)Ci设gi = AiBipi = Ai + Bi则有：Ci+1 = gi + piCi= gi + pi(gi-1 + pi-1Ci-1)= gi + pi(gi-1 + pi-1(gi-2 + pi-2Ci-2))…= gi + pi (gi-1 + pi-1(gi-2 + pi-2(…(g0 + p0C0)…)))= gi + pigi-1 + pipi-1gi-2 + … + pipi-1…p1g0 + pipi-1…p1p0C0由于gi、pi 只和Ai、Bi 有关，这样Ci+1 就只和Ai、Ai-1、…、A0，Bi、Bi-1、…、B0 及C0有关。
计算机组成原理课程设计—超前进位加法器的设计资料
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： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期：
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 .................................................................................................. 1
超前进位加法器的进位输出作为第二个超前进位加法器的进位输入即可实现八位
超前进位加法器的设计。
超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的。 只要满足下述条件，
就可形成进位 C1、C2、 C3、C4。所以：
第一位的进位 C1=X1*Y1+(X1+Y1)*C0
第二位的进位 C2=X2*Y2+(X2+Y2)*X1*Y1+(X2+Y2)(X1+Y1)C0
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 代人 C1~C4 式中，便可得；
C1=G1+P1*C0
式（ 1）
C2=G2+P2*G1+P2*P1*C0
式（ 2）
C3=G3+P3*G2+P3*P2*G1+P3*P2*P1*C0
式（ 3）
1
沈阳航空航天大学课程设计报告
2
沈阳航空航天大学课程设计报告
片中，经硬件测试验证设计的正确性。
1.3 设计环境
·硬件环境：伟福 COP2000型计算机组成原理实验仪、 XCV200 实验板、微 机；
数字集成电路课程设计报告-4bits超前进位加法器全定制设计
第1章概述1.1 课程设计目的•综合应用已掌握的知识•熟悉集成电路设计流程•熟悉集成电路设计主流工具•强化学生的实际动手能力•培养学生的工程意识和系统观念•培养学生的团队协作能力1.2 课程设计的主要内容1.2.1 设计题目4bits超前进位加法器全定制设计1.2.2 设计要求整个电路的延时小于2ns整个电路的总功耗小于20pw总电路的版图面积小于60*60um1.2.3 设计内容功能分析及逻辑分析估算功耗与延时电路模拟与仿真版图设计版图数据提交及考核，课程设计总结第2章功能分析及逻辑分析2.1 功能分析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2-1所示：图2-1 74283管脚图2.2推荐工作条件（根据SMIC 0.18工艺进行修改）表2-1 SMIC 0.18工艺的工作条件2.3直流特性（根据SMIC 0.18工艺进行修改）表2-2 SMIC 0.18直流特性2.4交流（开关）特性（根据SMIC 0.18工艺进行修改）表2-3SMIC 0.18工艺交流（开关）特性2.5真值表表2-4 4位超前进位加法器真值表2.6表达式定义两个中间变量Gi和Pi：所以：进而可得各位进位信号的罗辑表达如下2.7电路原理图超前进位加法器原理：对于一个N位的超前进位组，它的晶体管实现具有N+1个并行分支且最多有N+1个晶体管堆叠在一起。
由于门的分支和晶体管的堆叠较多使性能较差，所以超前进位计算在实际中至多智能限制于2或4位。
为了建立非常快速的加法器，需要把进位传播和进位产生组织成递推的树形结构，如图2-2所示。
一个比较有效的实现方法是把进位传播层次化地分解成N位的子组合：Co,0=GO+POCi,0Co,1=G1+P1G0+P1P0 Ci,0=( G1+P1G0)+(P1P0) Ci,0=G1:0+P1:0 Ci,0Co,2=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0Ci,0=G2+P2Co,1 2-1 Co,3=G3+P3 G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0Ci,0=(G3+P3G2)+(P3P2)Co,1=G3:2+P3:2Co,1 在公式2-1中，进位传播过程被分解成两位的子组合。
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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
G i,j =G i,k +P i,k G k-1,j P i,j =P i,k P k-1,j C i+1=G i,j +P i,j C j
从而可以得到表1-1-2所示的算法，该算法为超前进位算法的扩展的算法，这里实现的是8位加法器的算法。
表1-1-2 超前进位扩展算法
图1全加器逻辑电路图
本算法的核心思想是把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，特别是向向4位加法器的进位C4然后，高4位加法器把C4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位的加法器。
如此递归。
四.实验结果与分析
1、输入:00100000 00110000
结果:01010000
2、输入:10100001 01100001
结果:100000010
两次输入皆是以CON单元SD17…SK10八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，相加后向高位进位用CPLD单元的L8灯显示。
分析：
能过这次验，让我对实验的仪器有了更深一步的认识和了解，并对Quartus II软件以及如何联机操作有了更深的了解。
同时在也了解了在做任何事的过程中都要仔细，一个小小的失误都可能导致结果的不正确。
实验成绩：
指导老师签名:。