超前进位加法器设计

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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

2.5
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

沈阳航空航天大学
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。

试验二超前进位加法器设计

试验二超前进位加法器设计练习2. 4位超前进位加法器行波进位加法器延时较长，可采用超前进位加法器减少延时，但是由此会造成电路的复杂。

超前进位加法器原理参见《数字集成电路》（周润德第二版）424页。

对以上公式的注解：公式中的C O,K 表示第K 为的进位输出，G K 为第K 位的进位产生，P K 为第K 为的进位传播。

且：K K KK K KG A B P A B ==⊕ A K ,B K 为输入加数的第K 位。

将Co 和S 用G,P 重写为： O ii C G PC S P C =+=⊕由于低位的输出进位是高位的输入进位，所以有上面的(11.15)式源程序：//this is a carry lookahead of 4bitmodule clad(ina,inb,ci,co,sum);input[3:0] ina,inb;input ci;output co;output[3:0]sum;wire co0,co1,co2,G0,G1,G2,G3,P0,P1,P2,P3;assignG0=ina[0]&inb[0],P0=ina[0]^inb[0],G1=ina[1]&inb[1],P1=ina[1]^inb[1],G2=ina[2]&inb[2],P2=ina[2]^inb[2],G3=ina[3]&inb[3],P3=ina[3]^inb[3],co0=G0|(P0&ci),co1=G1|(P1&co0),co2=G2|(P2&co1),co=G3|(P3&co2),sum[0]=P0^ci,sum[1]=P1^co0,sum[2]=P2^co1,sum[3]=P3^co2;endmodule测试程序：module clad_test;reg[3:0] ina,inb;reg ci;wire co;wire[3:0]sum;clad CI(.ina(ina),.inb(inb),.ci(ci),.co(co),.sum(sum)); initialbeginina=0;inb=0;ci=0;endalways #5 ina=ina+1'b1;always #80 inb=inb+1'b1;always #1280 ci=~ci;endmodule仿真结果：注：该结果为10进制显示练练手：参考《数字集成电路》（周润德第二版）420-421，设计一个16位的超前进位加法器，基本单元使用4位的加法器，结构自选。

超前进位加法器的设计分解

超前进位加法器的设计分解沈阳航空航天大学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：计算机科学与技术班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：2014年01月10日第2章详细设计方案2.1 顶层方案图的设计与实现顶层方案图主要实现一位全加器的逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，超前进位加法器电路的是实现基于XCV200可编程逻辑芯片。

在完成原理图的功能设计后，经过检测调试，把输入/输出信号通过引脚编号安排到XCV200指定的引脚上去，最终实现芯片的引脚锁定。

2.1.1顶层方案的整体设计顶层图形文件主要由2个四位超前进位加法器构成，总共17位输入，9位输出。

顶层图形文件由Xilinx Foundation F3.1软件编辑得到相应的模块，顶层图形的整体设计如下图2.1所示：图 2.1八位超前进位加法器整体设计图2.1.2元器件选择和引脚锁定（1）元器件的选择由于在设计的过程中，硬件设计环境是基于伟福COP2000型计算机组成原理实验仪和XCV200实验板，故采用的目标芯片为Xilinx XCV200可编程逻辑芯片。

（2）引脚锁定在Xilinx Foundation F3.1上面完成软件的设计之后，把顶层图形文件中的输入/输出信号用引脚编号安排到Xilinx XCV200芯片指定的引脚上去，从而实现芯片的设计电路的引脚锁定，各信号及Xilinx XCV200芯片引脚对应关系如下表2.1所示：表 2.1 信号和芯片引脚对应关2.2 功能模块的设计与实现在八位超前进位加法器和四位超前进位加法器的设计中均是采用Schematic 设计输入方式，而在四位超前进位加法器的设计中是由一列的门电路构成，最后在由2个四位超前进位加法器模块构成8位超前进位加法器。

可以扩展开来，16位，32位超前进位加法器原理类似8位的设计原理。

2.2.1 八位超前进位加法器的设计与实现(1)设计描述根据上面在1.1中讲述的四位超前进位加法器的设计原理那样，四位超前进位加法器的实现是建立在进位C1，C2，C3，C4的基础之上的。

16位超前进位加法器

16位超前进位加法器设计目录摘要 (1)1需求分析1.1加法器的发展........................................................................ 错误!未定义书签。

1.2几种串行加法器性能比较 (3)1.2.1串行进位加法器 (3)1.2.1超前进位加法器 (3)2主要内容 (4)2.1设计原理 (6)2.2设计思路 (4)3 设计思想 (5)4 实现方法 (6)4.1顶层方案图的设计与实现 (6).4.1.1顶层方案的整体设计 (6)4.1.2元器件选择和引脚锁定 (7)4.2功能模块的设计与实现 (8)4.2.1设计描述 (8)4.2.2创建RTL代码并得到电路图....................................................... .94.3功能仿真 (11)4.4编程与下载 (12)4.5硬件仿真结果 (12)5小结 (13)参考文献 (13)附录 (14)摘要：加法运算是最重要最基本的运算，所有的其他基本算术运算乘除等都最终可以用加法运算来表示在不同的场合对加法器的要求不同，要的要求速度快有的要求面积小超前进位加法器相比于串行进位加法器是一种快速加法运算器，根据用户的要求追求速度与面积的平衡。

关键词：超前进位加法器串行进位加法器速度面积1需求分析1.1 加法器的发展加法运算是最基本的运算，所有其他基本算术运算都是以加法运算为基础。

但因为加法运算存在进位问题，使得某一位计算结果的得出和所有低于他的位相关，因此，为了减少进位传输所耗的时间提高计算速度人们设计了多种类型的加法器。

如跳跃进位加法器，进位选择加法器，超前进位加法器等他们都是利用各位之间的状态来预先产生高位进位信号从而减少进位从低位到高位的传递时间1.2 几种加法器的性能比较1.2.1串行进位加法器串行进位加法器的每一位加和值都依赖于上一位进位信号，即进位信号是串行的经过加法器的每一位。

数字电路课程设计之超前进位加法器

reg
Cin;
wire[3:0] S;
wire
Cout;
carry_look_add CAL (.A(A),.B(B),.Cin(Cin),.Cout(Cout),.S(S)); initial begin
#10 A=4'd0;B=4'd0;Cin=0; #10 A=4'd11;B=4'd1;Cin=0; #10 A=4'd10;B=4'd12;Cin=0; #10 A=4'd11;B=4'd4;Cin=0; #100 $stop; end endmodule
Pi=Ai○+ Bi；
可以得到输出与进位表达
Gi=AiBi；
Si=Pi○+ Ci；
Ci+1=Gi+PiCi； Gi 为进位产生，不管输入进位 Ci 为什么，只要 Ai 与 Bi 为 1 时，它将产生进位。Pi 称为进位传输，因为它与从 Ci 到 Ci+1 的进位传输有关
C0 = 输入进位
C1 = G0 + P0C0
Half_Add H3(.a(A[2]),.b(B[2]),.s(v6),.c(v5));
Half_Add H4(.a(A[3]),.b(B[3]),.s(v8),.c(v7));
carry_look
CL1(.C0(Cin),.P0(v2),.G0(v1),.P1(v4),.G1(v3),.P2(v6),.G2(v5),.P3(v8),.G3(v7),.C1(o1),.C2(o2),.C3(o3),.C4(Cout));
注意 C4 并不需要等待 C3，实际上 C4,C3,C2,C1 同时传输超前进位产生的电路逻辑图

4位超前进位加法器设计讲解学习

4位超前进位加法器设计讲解学习4位超前进位加法器设计、、模拟集成电路分析与设计课程设计报告题⽬4位超前进位加法器设计学院（部）电控学院专业电⼦科学与技术班级学⽣姓名学号前⾔20世纪是IC迅速发展的时代。

计算机等信息产业的飞速发展推动了集成电路（Integrated Circuit—IC）产业。

⼤多数超⼤规模集成电路（Very Large Scale IC—VLSI）在⽇常⽣活中有着⼴泛的应⽤。

在这些⼴泛应⽤的运算中，加法器是组成这些运算的基本单元。

在⾼性能微处理器和DSP处理器中，加法器的运算时间⾄关重要。

加法器运算常常处于⾼性能处理器运算部件的关键路径中，特别是在算术逻辑单元中加法器的运算时间对处理器的速度起着决定性的作⽤。

随着微处理器的运算速度越来越快，对快速加法器的需求也越来越⾼。

当今，加法器的设计⾯临两⼤课题，⾸先是如何降低功耗。

随着便携式IC产品例如MP3播放器，⼿机和掌上电脑等的⼴泛使⽤，要求IC⼯程师对现有运算模块的性能作进⼀步改进，尤其是在电路的功耗和尺⼨⽅⾯。

由于现在相应的电池技术难以和微电⼦技术的发展速度匹敌，这使得IC设计师遇到了许多限制因素，⽐如⾼速，⼤吞吐量，⼩尺⼨，低功耗等。

因此，这使得研究低功耗⾼性能加法单元持续升温。

另⼀⽅⾯就是如何提⾼加法器的运算速度。

因为加法运算存在进位问题，使得某⼀位计算结果的得出和所有低于它的位相关。

因此，为了减少进位传输所耗的时间，提⾼计算速度，⼈们设计了多种类型的加法器，如超前进位加法器曼彻斯特加法器、进位旁路加法器、进位选择加法器等。

它们都是利⽤各位之间的状态来预先产⽣⾼位的进位信号，从⽽减少进位从低位向⾼位传递的时间。

本⽂⾸先介绍了的加法器的类型以及其⼯作原理，然后重点分析了超前进位加法器的组成结构、结构参数以及其⼯作原理。

分层设计了加法器的输⼊输出电路，并通过tanner软件进⾏仿真实验，从⽽验证了电路的准确信。

⽬录第⼆章设计过程 (18)2.1 电路设计基础原理 (18)2.2 电路各部分结构设计 (20)异或门的CMOS电路原理图如下： (21)(21)异或门的CMOS波形图如下： (21)(21)两输⼊与门的CMOS电路原理图如下： (22)(22)两输⼊与门的CMOS波形如下： (22)(22)反相器的CMOS电路如下： (23)(23)反相器的CMOS仿真波形如下： (23)(23)四位超前进位加法器进位的逻辑电路图如下： (24)(24)c1，c2，c3，c4的CMOS级电路原理图及仿真 (25)(25)a.c1的原理图 (25)(25)c1的仿真波形 (26)(26)b.c2的原理图 (26)c2的仿真波形 (27)c.c3的原理图 (28)(29)c3的仿真波形 (29)(30)c4的原理图 (30)c3的仿真波形 (31)2.3 主要电路参数的⼿⼯推导 (31)四位超前进位加法器门级电路原理图如下： (34)(34)四位超前进位加法器门级电路分析设定如下： (34)(35)四位超前进位加法器门级电路瞬态分析结果如下： (35)(35)四位超前进位加法器门级电路瞬态分析波形图如下： (35)(36)4.1 ⽤于仿真的电路图如下： (37)四位超前进位加法器门级电路分析设定如下： (38)四位超前进位加法器电路瞬态分析结果如下： (38)(38)四位超前进位加法器门级电路瞬态分析波形图如下： (38)(39)第五章鸣谢及课设总结和体会 (39)参考⽂献 (40)第⼀章设计⽬标1.根据电路原理图，给出电路的CMOS晶体管级电路设计。

074-王楠-计组实验三(超前进位加法器设计实验)

延安大学计算机学院实验报告专用纸
这个4 x 4阵列乘法器的原理如图1-3-1所示。

FA (全加器)的斜线方向为进位输出，竖线方向为和输出。

图中阵列的最后-行构.成了一个串行进位加法器。

由于FA一级是无需考虑进位的，它的进位被暂时保留下来不往前传递，因此同- -极中任意- -位FA加法器的进位输出与和输出几乎是同时形成的,与“串行移位”相比可大大减少同级间的进位传递延迟，所以送往最后一行串行加法器的输，入延迟仅与FA 的级数(行数)有关，即与乘数位数有关。

本实验用CPLD来设计一个4x4位加法器，且全部采用原理图方式实现。

【5】实验步骤
(1)根据上述阵列乘法器的原理，使用Quartus |I 软件编辑相应的电路原理图并进行编译，其在EPM1270 芯片中对应的引脚如图1-3-2所示，框外文字表示I/O号，框内文字表示该引脚的含义。

(2)关闭实验系统电源，按图1-3-3连接实验电路，图中将用户需要连接的信号用圆圈标明。

(3)实物图如下：
(4)打开实验系统电源，将生成的POF文件下载到EPM1270中去。

(5)以CON单元中的SD10...SD13四个二进制开关为乘数A，SD14.. SD17四个二进制开关为被乘数B,而相乘的结果在CPLD单元的L7...LO八个LED灯显示。

给A和B置不同的数，观察相乘的结果。

【6】实验结果
1、输入:1111 1111
结果:1111111
2、输入:0000 0000
结果:00000000。

基于Verilog HDL的10位超前进位加法器计分解

基于Verilog HDL的10位超前进位加法器设计院系电子与通信工程学院专业通信工程学生班级2011级姓名学号指导教师单位电子与通信工程学院指导教师姓名陈宇宁2014年6月22日设计题目：设计一个10位的超前进位加法器。

要求作出功能和时序仿真。

一总体设计方案1.1 设计原理将n 个全加器相连可得n 位加法器，但是加法时间较长。

解决的方法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位，从而实现快速加法。

超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的。

4位超前进位加法器的设计：首先对于1位全加器其本位值和与进位输出可表示如下：in c b a sum ⊕⊕=in in in out c b a ab c b c a b a c )()()()(++=∙+∙+∙=从上面的式子可看出：如果a 和b 都为1，则进位输出为1，如果a 和b 有一个为1，则进位输出等于in c 。

令G=ab 。

P=a+b ，则有：in in out c P G c b a ab c ∙+=++=)(。

由此可以用G 和P 来写出4位超前进位链如下：（设定4位被加数和加数为A 和B ，进位输入为in c ，进位输出为out c ，进位产生i i i B A G =，进位传输Bi A P i i +=。

）40123012312323322233333401212211122222301011001111120000010)()()(C C C P P P P G P P P G P P G P G C P G P G C P G C C P P P G P G C P G P G C P G C C P P G P G C P G P G C P G C C P G C P G C CinC out in ininin in=++++=++=+=++=++=+=++=++=+=+=+==由上面的超前进位链可看出：各个进位彼此独立产生，将进位级连传播给去掉了，因此，减小了进位产生的延迟时间。

4bits超前进位加法器

福州大学至诚学院数字集成电路课程设计报告设计题目：4bits 超前进位加法器全定制设计班级：（1）班专业：微电子学姓名：陈长毅学号：210991804组名：林志龙指导老师：王仁平教师评分：日期：4bits超前进位加法器目录第1章概述.................................................................... - 3 -1.1课程设计目的 (3)1.2课程设计的主要内容 (3)1.2.1设计题目 (3)1.2.2设计要求 ....................................................................1.2.3设计内容 (3)第2章功能分析及逻辑分析...................................................... - 4 -2.1功能分析 (4)2.2推荐工作条件 (4)2.3直流特性....................................................... 错误！未定义书签。

2.4交流（开关）特性 (5)2.5真值表 (6)2.6表达式 (7)2.7电路原理图 (7)2.7.1 4位超前进位加法器镜像实现的电路图2.7.2传输门实现XOR电路第3章功耗估算与延时......................................................... - 10 -3.1电容估算 (10)3.2功耗估算 (11)3.3延时估算 (11)第4章电路原理图设计与仿真................................................... - 12 -4.1原理图和符号图的建立 (12)4.1.1建立新库 (12)4.1.2建立SYMBOL (14)4.2各模块原理图设计与仿真4.2.1反相器的原理图与仿真 (13)4.2.2与门的原理图和仿真......................................... 错误！未定义书签。

超前进位加法器

超前进位加法器超前进位加法器是一种数字电路，用于执行两个二进制数的加法运算。

它具有高速、高效的特点，在计算机领域得到广泛的应用。

超前进位加法器的原理和实现方法值得深入研究和探讨。

本文将详细介绍超前进位加法器的原理、设计和性能优化等方面内容。

1. 引言在计算机科学和工程领域，加法运算是一项基本的操作。

随着计算机性能的要求不断提高，如何在更短的时间内完成加法运算成为了重要的研究方向。

超前进位加法器是一种对加法运算进行优化的方法，可以极大地提高运算速度和效率。

2. 超前进位加法器原理超前进位加法器是一种并行加法器，它利用了信号传输的延迟问题，通过将进位信号从低位传递到高位，实现了高速的运算。

其基本原理是，将两个二进制数按位相加，如果某一位的和等于2，就会产生一个进位信号，进位信号会传递到下一位，直到最高位。

3. 超前进位加法器的设计超前进位加法器的设计分为四个部分：1) 带有进位预测的半加器；2) 带有进位预测的全加器；3) 进位生成和进位传递逻辑电路；4) 加法器的结构和电路实现。

3.1 带有进位预测的半加器半加器是最基本的加法器，可以完成两个二进制位的加法运算，但不能处理进位信号。

为了实现进位预测，我们需要对半加器进行改进。

一种常见的方法是使用XOR门和AND门来实现进位预测功能。

具体的电路设计和逻辑表达式请查阅相关资料。

3.2 带有进位预测的全加器全加器是进一步改进的半加器，可以处理进位信号。

在超前进位加法器的设计中，我们使用带有进位预测的全加器。

全加器的设计和实现方法与半加器类似，但需要增加一个输入端来接收上一位的进位信号，并根据进位预测电路来生成进位信号。

3.3 进位生成和进位传递逻辑电路进位生成和进位传递逻辑电路是超前进位加法器的核心部分。

它们用于计算每一位的进位信号和传递进位信号到下一位。

进位生成电路可以通过AND门实现，进位传递电路可以通过OR 门实现。

具体的电路设计和实现方法请参考相关资料。

2.超前进位加法器设计

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：电子信息工程年级：09级班级:01班姓名:温永学号：2009180106一．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EDA软件的使用。

二．实验内容（1）比较超前进位与一般全加器的区别。

.（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.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。

全加器的逻辑表达式为：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。

图2超前进位扩展算法示意图四.实验结果与分析超前进位全加器是集成全加器的一种，全加器是常用的算术运算电路，在一位全加器的基础上，可以构成多位全加器。

当两个n位二进制数相加时，进位方式有两种，即逐位进位和超前进位，目前生产的集成四位全加器也具有上述两种进位方式。

每一位相加结果，必须等到低一位的进位产生以后才能建立，这种结构叫做逐位进位全加器(或串行进位全加器)。

逐位进位全加器的最大缺点是运算速度慢。

为提高运算速度，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所耗费的时间。

为了提高运算速度，制成了超前进位全加器。

超前进位全加器各位进位信号的产生均只需要经历一级与非门和一级与或非门的延迟时间，比逐位进位的全加器大大缩短了时间。

杭电计组实验2-超前进位加法器设计实验

杭州电子科技大学计算机学院
实验报告
实验项目：实验2-超前进位加法器设计实验
课程名称：计算机组成原理与系统结构课程设计
姓名：学号：同组姓名：学号：
实验位置（机号）：
实验日期：指导教师：
#100;
A = 1011;
B = 1101;C0 = 0;
#100;
A = 1010;
B = 0010;C0 = 1;
#100;
A = 0111;
B = 1000;C0= 0;
#100;
A = 0011;
B = 0100;C0 = 1;
#100;
A = 1001;
B = 0001;C0 = 0;
#100;
end
Endmodule
RTL图
二、结果
思考题：
（1）综合得到的电路图，它和想要设计的电路在引脚的输入输出方面是完全相同的，但是相比较内部的RTL图，实验实现的结果是相同的，但是我编写的实验代码并没有调用实验一的全加器设计。

（2）尝试编写8位超前进位加法器设计实验
module add_8 ( input [7:0]a, input [7:0]b, input cin, output [7:0] s, output co );
wire [7:0]c_tmp;
wire [7:0]g;
wire [7:0]p;。

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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）。

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。