杭电计算机组成原理超前进位加法器设计 2
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。
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。
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。
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
超前进位加法器
8位超前进位加法器设计说明书超前进位加法器就是使各位的进位直接由加数和被加数来决定，而不需要依赖低位进位。
即有如下逻辑表达式：1)(-++=i i i i i i C B A B A C当第i 位被加数A i 和加数B i 均为1时，有1=i i B A ，不论低位运算结果如何本位必然有进位输出（1=i C ），所以定义i i i B A G =为进位产生函数。
当A i 和B i 中只有一个为1时，有0=i i B A ，1=+i i B A ，使得1-=i i C C ，所以定义i i i B A P +=为进位传递函数。
将P i 和G i 代入全加器的“和”及“进位”表达式有：1-⊕⊕=i i i i C B A Y从而构成超前进位加法器。
VHDL 示例程序如下：(本程序在MAXPLUSII V9.6上编译通过)--*****8位超前进位加法器*****LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE. STD_LOGIC _ARITH.ALL;USE IEEE. STD_LOGIC _UNSIGNED.ALL;ENTITY ADDER8BIT ISPORT(A, B: IN UNSIGNED(7 downto 0);CI,clk: IN STD_LOGIC;Y_OUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);CO_OUT: OUT STD_LOGIC);END ADDER8BIT;ARCHITECTURE doing OF ADDER8BIT ISSIGNAL CO,Y: STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);BEGINY(0)<=A(0) xor B(0) xor CI;CO(0)<=(A(0) and B(0)) or (B(0) and CI) or (A(0) and CI);GEN:for i in 1 to 7 GENERATEY(i)<=A(i) xor B(i) xor CO(i-1); --1-⊕⊕=i i i i C B A YCO(i)<=(CO(i-1) and A(i)) or (CO(i-1) and B(i)) or (A(i) and B(i)); -- 1)(-++=i i i i i i C B A B A Cend GENERATE;process(clk)beginif clk'event and clk='1' thenY_OUT<=Y(7) & Y(6) & Y(5) & Y(4) & Y(3) & Y(2) & Y(1) & Y(0);CO_OUT<=CO(7);end if;end process;END doing;附：仿真时序波形。
四位超前进位加器原理
超前进位加法器原理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1所示：图1 74283管脚图其真值表如下所示：表1 4位超前进位加法器真值表由全加器的真值表可得Si 和Ci的逻辑表达式：定义两个中间变量Gi 和Pi：当Ai ＝Bi＝1时，Gi＝1，由Ci的表达式可得Ci＝1，即产生进位，所以Gi称为产生量变。
若Pi ＝1，则Ai·Bi＝0，Ci＝Ci-1，即Pi＝1时，低位的进位能传送到高位的进位输出端，故Pi称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。
将Gi 和Pi代入Si和Ci得：进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：根据逻辑表达式做出电路图如下：逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：电路网表如下：*xor 2.subckt xor2 a b c d fmxorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpb f d 1 vdd pmos l=2 w=8 mxorpc 2 b vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpd f c 2 vdd pmos l=2 w=8 mxorna f a 3 0 nmos l=2 w=4 mxornb 3 b 0 0 nmos l=2 w=4 mxornc f c 4 0 nmos l=2 w=4 mxornd 4 d 0 0 nmos l=2 w=4.ends xor2*and2.subckt and2 a b fmandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=4 mandnb 1 b 0 0 nmos l=2 w=4.ends and2*and3.subckt and3 a b c fmandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=6 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=6 mandnc 2 c 0 0 nmos l=2 w=6.ends and3*and4.subckt and4 a b c d fmandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpd f d vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=8 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=8 mandnc 2 c 3 0 nmos l=2 w=8 mandnd 3 d 0 0 nmos l=2 w=8.ends and4*or2.subckt or2 a b fmorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 morpb f b 1 vdd pmos l=2 w=8mna f a 0 0 nmos l=2 w=4mnb f b 0 0 nmos l=2 w=4.ends or2*or3.subckt or3 a b c fmorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=12 morpb 2 b 1 vdd pmos l=2 w=12 morpc f c 2 vdd pmos l=2 w=12mna f a 0 0 nmos l=2 w=4mnb f b 0 0 nmos l=2 w=4mnc f c 0 0 nmos l=2 w=4.ends or3*or4.subckt or4 a b c d fmorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=16 morpb 2 b 1 vdd pmos l=2 w=16 morpc 3 c 2 vdd pmos l=2 w=16 morpd f d 3 vdd pmos l=2 w=16mna f a 0 0 nmos l=2 w=4mnb f b 0 0 nmos l=2 w=4mnc f c 0 0 nmos l=2 w=4mnd f d 0 0 nmos l=2 w=4.ends or4*not.subckt not a fmnotpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mnotna f a 0 0 nmos l=2 w=2.ends not *反相器*or21.subckt or21 a b fxor2 a b 1 or2xnot 1 f not.ends or21 *2输入或门*or31.subckt or31 a b c fxor3 a b c 1 or3xnot 1 f not.ends or31 *3输入或门*or41.subckt or41 a b c d fxor4 a b c d 1 or4xnot 1 f not.ends or41 *4输入或门*xor21.subckt xor21 a b fxm a A5 notxn b B5 notxxor a b A5 B5 f xor2.ends xor21 * 2输入异或门*and21.subckt and21 a b fxand2 a b 1 and2xnot 1 f not.ends and21 *2输入与门*and31.subckt and31 a b c fxand3 a b c 1 and3xnot 1 f not.ends and31 *3输入与门*and41.subckt and41 a b c d fxand4 a b c d 1 and4xnot 1 f not.ends and41 *4输入与门xxor211 a1 b1 p1 xor21xxor212 a2 b2 p2 xor21xxor213 a3 b3 p3 xor21xxor214 a4 b4 p4 xor21xand211 a1 b1 g1 and21xand212 a2 b2 g2 and21xand213 a3 b3 g3 and21xand214 p1 c0 m0 and21xor211 m0 g1 c1 or21 *进位C1xand311 p2 p1 c0 m1 and31xand215 p2 g1 m2 and21xor312 g2 m1 m2 c2 or31 *进位C2xand411 p3 p2 p1 c0 m3 and41xand313 p3 p2 g1 m4 and31xand216 p3 g2 m5 and21xor412 m3 m4 m5 g3 c3 or41 *进位C3xxor215 p1 c0 s1 xor21 *输出s1xxor216 p2 c1 s2 xor21 *输出s2xxor217 p3 c2 s3 xor21 *输出s3xxor218 p4 c3 s4 xor21 *输出s4.include "c:\lib\130nm_bulk.l"tt.opt scale=0.05u.global vdd gndvdd vdd 0 1.2va1 a1 0 pulse 1.2 1.2 20n 1f 1f 30n 100nva2 a2 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100nva3 a3 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100nva4 a4 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100nvb1 b1 0 pulse 1.2 1.2 20n 1f 1f 30n 100n vb2 b2 0 pulse 1.2 1.2 20 1f 1f 30n 100nvb3 b3 0 pulse 0 0 20n 1f 1f 30n 100nvb4 b4 0 pulse 1.2 1.2 20n 1f 1f 30n 100nvc0 c0 0 pulse 0 0 4n 1f 1f 0n 100n.tran 1n 100n.plot tran v(s1).plot tran v(s2).plot tran v(s3).plot tran v(s4).end。
杭电计算机组成原理全加器设计实验
cndmodulc
仿真文件:
module test;
w若A;
re若B;
rcg Ci;
// Outputs
wire F;
wire Co;
// Instantiate the Univ Under Test (UUT)
Add uut (
•A(A),
•Ci(Ci),
•F(F),
A = 0；B = l;Ci = 0;
#100;
A二0;B = l;Ci= 1;
#100;
A = 1；E二0;Ci = 0;
#100;
A = 1；B = 0;Ci = 1;
#100;
A = 1；B = 1 ;Ci = 0;
#100;
A= 1；B二l;Ci=1;
#100;
end
cndmodulc
（接上） 实验內容（算 法、程序、步 骤和方法）
<4）生成BIT文件，下载入FPGA,进行硬件测试。
代码：
Module文件：
module Add(A,B,Ci,F,Co)；
input A,E,Ci；
output F,Co;
wire A,B,Ci,F,Co;
xorXl(F,A,B,Ci),
X2(S2,A,B)；
and Al (SI,A,B),
A2(S3,S2,Ci);
如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合!
杭州电子科技大学计算机学院
实验报告
计算机组成原理
姓
名：
全加器设计实验
班
级
学
号
0
期：2015年4月15日
课程名称: 实验项目: 指导教师: 实脸位置:
超前进位加法器原理
超前进位加法器原理超前进位加法器是一种在数字电路中常用的加法器，它可以实现快速、高效地进行数字加法运算。
在本文中，我们将详细介绍超前进位加法器的原理和工作方式。
首先，让我们来了解一下传统的进位加法器。
在传统的进位加法器中，每一位的进位都依赖于前一位的运算结果。
这意味着当我们进行多位数的加法运算时，每一位的计算都需要等待前一位的计算结果，这会导致整体的运算速度变慢。
而超前进位加法器则通过引入预测进位的方式来解决这一问题。
它可以在不等待前一位计算结果的情况下，提前计算出进位的值，从而加快整体的运算速度。
超前进位加法器的原理是基于两个关键的概念，预测进位和进位生成。
预测进位是指在进行加法运算时，提前计算出下一位的进位值。
而进位生成则是指在当前位的计算中，根据当前位的两个加数和上一位的进位值，生成当前位的进位值。
为了更好地理解超前进位加法器的工作原理，让我们来看一个具体的例子。
假设我们要计算两个4位数的加法，1101和1011。
在传统的进位加法器中，我们需要等待前一位的计算结果，而在超前进位加法器中，我们可以提前计算出进位值，从而加快整体的运算速度。
对于上面的例子，我们可以先计算最低位的进位值。
根据预测进位的原理，我们可以提前计算出第二位的进位值为1。
然后，根据进位生成的原理，我们可以计算出最低位的和为0，进位值为1。
接着，我们可以继续计算第二位的和和进位值，依次类推，直到计算出最高位的和和进位值。
通过上面的例子，我们可以看到，超前进位加法器可以在不等待前一位计算结果的情况下，提前计算出进位值，从而加快整体的运算速度。
这种预测进位和进位生成的原理，使得超前进位加法器成为了数字电路中常用的加法器之一。
总之，超前进位加法器通过引入预测进位的方式，提前计算出进位值，从而加快了加法运算的速度。
它的工作原理基于预测进位和进位生成的概念，通过这种方式可以在不等待前一位计算结果的情况下，快速、高效地进行数字加法运算。
超前进位加法器的工作原理
超前进位加法器的工作原理
超前进位加法器是一种用于高速计算的二进制加法器。
它可以在一个时钟周期内完成两个二进制数的加法运算。
超前进位加法器的工作原理如下：
1. 将需要相加的两个二进制数分别输入加法器的输入端口。
2. 加法器将两个输入数的对应位进行相加，并生成对应位的和以及进位。
3. 对于每一位的相加，加法器会根据当前位的输入和前一位的进位来判断是否会产生进位。
如果当前位的输入为1且前一位的进位也为1，那么就会产生进位。
4. 在当前位的和和进位计算完之后，加法器会将这一位的和输出到输出端口，并将这一位的进位输出到下一位的进位输入端口。
5. 这个过程会循环执行，直到所有位的加法都计算完毕。
6. 最终，加法器的输出端口会得到两个输入数的和。
超前进位加法器的优点是，它能够在一个时钟周期内完成加法运算，因此具有高速计算的能力。
它的缺点是，需要更多的电路资源来实现进位的预先计算，使得
电路的复杂度增加。
一种快速超前进位加法器的优化设计
一种快速超前进位加法器的优化设计
王云贵;杨靓
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2010(010)033
【摘要】加法器是处理器的一个基本功能部件,随着处理器频率的不断提高, 对加法器也提出了更高的要求.超前进位(CLA)是最快的加法器之一.提出了一种新的改善超前进位加法器性能的方法,用DC对4种CLA进行了综合,结果表明与目前已有的CLA相比,提出的CLA速度更快,面积更小,并给出了统计数据.
【总页数】5页(P8262-8266)
【作者】王云贵;杨靓
【作者单位】西安微电子技术研究所,西安,710054;西安微电子技术研究所,西安,710054
【正文语种】中文
【中图分类】TN47
【相关文献】
1.基于方块超前进位的快速进位跳跃加法器 [J], 崔晓平;王成华
2.超前进位加法器的延迟时间公式与优化设计 [J], 王礼平;王观凤
3.超前进位加法器优化设计的结构参数约束 [J], 周大鹏;龙岸文;徐国荣;王礼平
4.超前进位加法器基本单元电路及其组合方案的优化设计 [J], 王礼平;王观凤
5.超前进位加法器的一种优化设计 [J], 黄舒怀;蔡敏
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超前进位加法器的设计2
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)1.1设计原理 (1)1.2设计思路 (2)1.3设计环境 (2)第2章详细设计方案 (3)2.1顶层方案图的设计与实现 (3)2.1.1创建顶层图形设计文件 (3)2.1.2器件的选择与引脚锁定 (4)2.1.3编译、综合、适配 (5)2.2功能模块的设计与实现 (5)2.2四位超前进位加法器模块的设计与实现 (5)2.3仿真调试 (7)第3章编程下载与硬件测试 (9)3.1编程下载 (9)3.2硬件测试及结果分析 (9)参考文献 (11)附录（程序清单或电路原理图） (12)第1章总体设计方案1.1设计原理带进位、溢出提示功能的六位补码超前进位加法器，加上两双符号位是八位。
可以由2个四位超前进位加法器构成。
由第一个四位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带进位、溢出提示功能的六位补码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第三位的进位C3=X3*Y3+(X3+Y3)X2*Y2+(X3+Y3)*(X2+Y2)*X1*Y1+(X3+Y3)(X2+Y2)(X1+Y1)*C0第四位的进位C4=X4*Y4+(X4+Y4)*X3*Y3+(X4+Y4)*(X3+Y3) * X2*Y2+(X4+Y4)(X3+Y3)(X2+Y2)*X1*Y1+(X4+Y4)(X3+Y3)(X2+Y2)(X1+Y1)*C0 下面引入进位传递函数Pi和进位产生函数Gi的概念。
它们定义为：Pi=Xi+YiGi=Xi*YiP1的意义是：当X1和Y1中有一个为1时，若有进位输入，则本位向高位传递此进位。
这个进位可以看成是低位进位越过本位直接向高位传递的。
杭电计算机组成原理超前进位加法器设计 2
本次试验的超前进位加法器，更好的体现了，我们对于效率地的要求，对于以有些的地方我们可以采取一些手段改进自身的不足，超前进位的思想就是率先计算出我们的需要的进位
的值，然后在处理，解决了不同步的问题，真的很值得我们思考，这种类似的问题
指导教师
评议
成绩评定：指导教师签名：
实验环境
Xilinx ISE Design Suite 13.4
实验内容（算法、程序、步骤和方法）
（1）建立工程；
（2）编写超前进位电路代码；
（3）将全加器模块导入工程中；
（4）编写顶层模块代码；
（5）编写测试代码，进行软件仿真；
（6）生成bit文件并下载入FPGA，进行硬件测试并记录；
（7）得出结论。
O1(P[1],A[1],B[1]),
O2(P[2],A[2],B[2]),
O3(P[3],A[3],B[3]);
MainSection M(Co,G,P,Ci);
Add FA0(A[0],B[0],Ci,F[0]),
FA1(A[1],B[1],Co[1],F[1]),
FA2(A[2],B[2],Co[2],F[2]),
FA3(A[3],B[3],Co[3],F[3]);
Endmodule
4、测试代码：
module test;
// Inputs
reg [3:0] A;
reg [3:0] B;
reg Ci;
// Outputs
wire [3:0] F;
wire [4:1]Co;
// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
assign C[2]=G[1]|(P[1]&G[0])|(P[1]&P[0]&Ci);
计算机组成原理实验_加减法运算器设计
计算机组成原理与汇编语言实验报告实验二: 加减法运算器的设计与实现专业班级：xxxxxxxxxx学号：xxxxxxx 姓名：xxx学号：xxxxxxx 姓名：xxx实验地点：实验时间：实验二加减法运算器的设计一、实验目的1、理解加减法运算器的原理图设计方法2、掌握加减法运算器的VERILOG语言描述方法3、理解超前进位算法的基本原理4、掌握基于模块的多位加减运算器的层次化设计方法5、掌握溢出检测方法和标志线的生成技术6、掌握加减运算器的宏模块设计方法二、实验任务1、用VERILOG设计完成一个4位行波进位的加减法运算器，要求有溢出和进位标志，并封装成模块。
模块的端口描述如下：module lab2_RippleCarry 宽度可定制（默认为4位）的行波进位有符号数的加减法器。
#(parameter WIDTH=4)( input signed [WIDTH-1:0] dataa,input signed [WIDTH-1:0] datab,input add_sub, // if this is 1, add; else subtractinput clk,input cclr,input carry_in, //1 表示有进位或借位output overflow,output carry_out,output reg [WIDTH-1:0] result)2、修改上述运算器的进位算法，设计超前进位无符号加法算法器并封装成模块。
模块的端口描述如下：module lab2_LookaheadCarry // 4位超前进位无符号加法器(input [3:0] a,input [3:0] b,input c0, //carry_ininput clk,input cclr,output reg carry_out,output reg [3:0]sum);3、在上述超前进位加法运算器的基础上，用基于模块的层次化设计方法，完成一个32位的加法运算器，组内超前进位，组间行波进位。
毕业论文 b4its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超前加法进位器的全定制设计姓名：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 (1)1.1课程设计目的 .................................................. 错误！未定义书签。
1.2课程设计的主要内容 ............................................ 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 (8)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 .. (8)3.1性能指标：..................................................... 错误！未定义书签。
3.2模块划分 (8)3.2.1输出级电路设计 (8)3.2.2内部反相器 (9)3.2.3内部电路等效 (9)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 (11)第4章电路模拟与仿真............................................. 错误！未定义书签。
超前进位加法器公式
超前进位加法器公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：超前进位加法器是一种用来进行超前进位加法的计算器，它在数位计算领域是非常重要和实用的工具。
超前进位加法器的设计原理是利用进位延迟来减少计算时间，提高计算效率。
在本文中，我们将详细介绍超前进位加法器的公式及其工作原理。
超前进位加法器的公式基本上是基于二进制加法的原理进行设计的。
在二进制加法中，当两个位相加时，如果有进位产生，则需要等待进位的延迟时间。
而超前进位加法器通过提前计算进位，可以在加法器的计算周期内完成多个位的相加操作，从而减少计算时间。
超前进位加法器的公式如下：S = A XOR B XOR CinCout = (A AND B) OR ((A XOR B) AND Cin)S是结果位，A和B是待相加的两个位，Cin是前一位相加的进位，Cout是当前位相加产生的进位。
在这个公式中，第一部分计算了没有考虑进位的情况下的结果位S。
通过对A和B进行异或运算，可以得到不考虑进位情况下的结果。
第二部分计算了当前位的进位Cout。
通过A和B的与运算，可以得到进位的生成情况，并且结合前一位的进位Cin，可以得到当前位的进位。
第二篇示例：超前进位加法器是一种用于进行数值加法运算的电子装置，其特点是在进位计算时会提前将进位信号传输到下一位，从而加快计算速度。
它的工作原理是通过预测下一个进位值来提前确定进位的传递路径，从而实现高效的加法运算。
在现代计算机系统中，超前进位加法器被广泛应用于高速运算模块，能够在瞬间完成大规模的数值计算。
超前进位加法器通常由多个加法单元和进位预测单元组成。
加法单元负责实际的加法运算，而进位预测单元则负责提前预测下一个进位值。
在进行加法运算时，进位预测单元会提前计算下一个进位值，并将进位信号传输到下一位。
这种提前传递的方式可以减少计算过程中的等待时间，提高计算效率。
超前进位加法器在数字信号处理、通信系统、图像处理等领域都有着广泛的应用。
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。
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2、全加器模块代码，如同我们的实验一，利用结构建模实现的：
module Add(A,B,Ci,F,Co);
input A,B,Ci;
output F,Co;
wire A,B,Ci,F,Co;
xor X1(F,A,B,Ci),
X2(S2,A,B);
and A1(S1,A,B),
A2(S3,S2,Ci);
A = 1100;B = 1011;Ci = 0;
#100;
A = 1011;B = 0010;Ci = 1;
#100;
A = 1011;B = 1101;Ci = 0;
#100;
A = 1010;B = 0010;Ci = 1;
#100;
A = 0111;B = 1000;Ci = 0;
#100;
FA3(A[3],B[3],Co[3],F[3]);
Endmodule
4、测试代码：
module test;
// Inputs
reg [3:0] A;
reg [3:0] B;
reg Ci;
// Outputs
wire [3:0] F;
wire [4:1]Co;
// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
实验环境
Xilinx ISE Design Suite 13.4
实验内容（算法、程序、步骤和方法）
（1）建立工程；
（2）编写超前进位电路代码；
（3）将全加器模块导入工程中；
（4）编写顶层模块代码；
（5）编写测试代码，进行软件仿真；
（6）生成bit文件并下载入FPGA，进行硬件测试并记录；
（7）得出结论。
杭州电子科技大学计算机学院
实验报告
课程名称：计算机组成原理
实验项目：超前进位加法器设计
指导教师
实验位置：53
姓名
班级：
学号：
日期：2015年4月29日
实验目的
（1）掌握运用Verilog HDL进行数据流描述与建模的技巧和方法，
掌握模块调用与实例引用的方法。
（2）掌握超前进位加法器的原理与设计方法。
A = 0011;B = 0100;Ci = 1;
#100;
A = 1001;B = 0001;Ci = 0;
#100;
end
endmodule
数据记录和计算
软件仿真结果：
硬件测试结果：
A
B
Ci
F
Co
0010
0011
0
0101
0
0101
0111
1
1101
0
1011
1101
0
1000
1
结论（结果）
板子上测试后，结果满足实际的要求。
试验心得与小结
本次试验的超前进位加法器，更好的体现了，我们对于效率地的要求，对于以有些的地方我们可以采取一些手段改进自身的不足，超前进位的思想就是率先计算出我们的需要的进位
的值，然后在处理，解决了不同步的问题，真的很值得我们思考，这种类似的问题
指导教师
评议
成绩评定：指导教师签名：
or O1(Co,S1,S3);
endmodule
3、顶层电路模块代码，将各个模块联合起来实现超前进位全加器
module SuperAdd(A,B,Ci,F,Co);
input [3:0]A,B;
input Ci;
output [3:0]F;
output [4:1]Co;
wire [3:0]A,B,F,G,P;
O1(P[1],A[1],B[1]),
O2(P[2],A[2],B[2]),
O3(P[3],A[3],B[3]);
MainSection M(Co,G,P,Ci);
Add FA0(A[0],B[0],Ci,F[0]),
FA1(A[1],B[1],Co[1],F[1]),
FA2(A[2],B[2],Co[2],F[2]),
（接上）
实验内容（算法、程序、步骤和方法）
1、超前进位电路模块代码，得到四位加法器的各位进位的表达式
module MainSection(C,G,P,Ci);
output [4:1]C;
input [3:0]G,P;
input Ci;
wire [4:1]C;
wire [3:0]G,P;
assign C[1]=G[0]|(P[0]&Ci);
wire Ci;
wire [4:1]Co;
//对于各个模块中输入参数的处理
//Gi=AiBi
//Pi=Ai+Bi
and A0(G[0],A[0],B[0]),
A1(G[1],A[1],B[1]),
A2(G[2],A[2],B[2]),
A3(G[3],A[3],B[3]);
or O0(P[0],A[0],B[0]),
SuperAdd uut (
.A(A),
.B(B),
.Ci(Ci),
.F(F),
.Co(Co)
);
initial begin
// Initialize Inputs
A = 0;B = 0;Ci = 0;
// Wait 100 ns for global reset to finish
#100;
// Add ulus here
assign C[2]=G[1]|(P[1]&G[0])|(P[1]&P[0]&Ci);
assign C[3]=G[2]|(P[2]&G[1])|(P[2]&P[1]&G[0])|(P[2]&P[1]&P[0]&Ci);
assign C[4]=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);