Različite vrste digitalnih sustava izrađene su od vrlo malo vrsta osnovnih mrežnih konfiguracija kao što su AND vrata, NAND vrata, Ili vrata, itd ... Ovi se osnovni sklopovi uvijek iznova koriste u raznim topološkim kombinacijama. Osim izvođenja logike, digitalni sustavi moraju pohraniti i binarne brojeve. Za ove memorijske stanice, također poznate kao FLIP-FLOP ’ su dizajnirani. Za izvođenje nekih funkcija poput binarnog zbrajanja. Dakle, za obavljanje takvih funkcija, kombinacije logička vrata i FLIP-FLOP-ovi su dizajnirani preko IC s jednim čipom. Ovi IC-ovi čine praktične gradivne dijelove digitalnih sustava. Jedan od takvih gradivnih blokova koji se koristi za binarno zbrajanje je Carry Look-forward Adder.
Što je Carry Look-forward Adder?
Digitalno računalo mora sadržavati sklopove koji mogu izvoditi aritmetičke operacije poput zbrajanja, oduzimanja, množenja i dijeljenja. Među njima su zbrajanje i oduzimanje osnovne operacije, a množenje i dijeljenje ponovljeno zbrajanje i oduzimanje.
Za izvođenje ovih operacija implementirani su 'Adder krugovi' pomoću osnovnih logičkih vrata. Adder krugovi razvijaju se kao Poluzbroj, Puna zbrojnica, Ripple-carry Adder i Carry Look-forward Adder.
Među ovim Carry Look-forward Adder je i brži sklop zbrajanja. Smanjuje kašnjenje širenja, koje se događa tijekom dodavanja, korištenjem složenijih hardverskih sklopova. Dizajniran je transformiranjem sklopa zbrajanja s talasastim nosačem tako da se logika nošenja sabirača promijeni u logiku na dvije razine.
4-bitni prijenosnik za sagledavanje unaprijed
U paralelnim zbrajačima, izlazni prijenos svakog punog zbrajanja daje se kao prijenosni ulaz u sljedeće stanje višeg reda. Stoga ovi zbrajači ne mogu proizvesti iznose nošenja i zbrajanja bilo kojeg stanja, osim ako za to stanje nije dostupan ulazni prijenos.
Dakle, da bi došlo do izračuna, sklop mora pričekati dok se nosivi bit ne proširi na sva stanja. To izaziva kašnjenje širenja nošenja u krugu.
4-bitni-Ripple-Carry-Adder
Razmotrite gornji krug 4-bitnog zbrajanja nosača mreškanja. Ovdje se zbroj S3 može dobiti čim se daju ulazi A3 i B3. Ali nošenje C3 ne može se izračunati dok se ne primijeni bit za nošenje C2, dok C2 ovisi o C1. Stoga se za stvaranje konačnih rezultata u stabilnom stanju, prijenos mora širiti kroz sva stanja. To povećava kašnjenje širenja nošenja kruga.
Kašnjenje širenja sabirača izračunava se kao 'kašnjenje širenja svake kapije pomnoženo s brojem stupnjeva u krugu'. Za izračunavanje velikog broja bitova mora se dodati više stupnjeva, što kašnjenje čini mnogo gorim. Stoga je za rješavanje ove situacije uveden Carry Look-forward Adder.
Da bi se razumjelo funkcioniranje Carry Look-forward Adder-a, dolje je opisan 4-bitni Carry Look-forward Adder.
4-bitni-Dijagram logičkog zbrajanja-Pogled-unaprijed-Sabiranje
U ovom zbrajaču, prijenosni ulaz u bilo kojoj fazi zbrajanja neovisan je od prijenosnih bitova generiranih u nezavisnim fazama. Ovdje je izlaz bilo kojeg stupnja ovisan samo o bitovima koji su dodani u prethodnim stupnjevima i ulaznom unosu pruženom u početnoj fazi. Dakle, sklop u bilo kojoj fazi ne mora čekati generiranje prijenosnog bita iz prethodne faze i nosivi bit se može procijeniti u bilo kojem trenutku.
Tablica istine Carry Look-forward Adder
Za izvođenje tablice istinitosti ovog zbrajača uvode se dva nova pojma - Carry generirati i nositi propagiranje. Nastavi generirati Gi = 1 kad god se generira noseći Ci + 1. Ovisi o ulazima Ai i Bi. Gi je 1 kada su i Ai i Bi 1. Dakle, Gi se izračunava kao Gi = Ai. Dvo.
Nošenje propagiranog Pi povezano je s širenjem prijenosnika iz Ci u Ci + 1. Izračunava se kao Pi = Ai ⊕ Bi. Tablica istinitosti ovog zbrajača može se izvesti iz izmjene tablice istine punog zbrajača.
Korištenjem Gi i Pi izraza zbrojevi Si i Carry Ci + 1 dati su kao dolje -
- Si = Pi ⊕ Gi.
- Ci + 1 = Ci.Pi + Gi.
Stoga se noseći bitovi C1, C2, C3 i C4 mogu izračunati kao
- C1 = C0.P0 + G0.
- C2 = C1.P1 + G1 = (C0.P0 + G0) .P1 + G1.
- C3 = C2.P2 + G2 = (C1.P1 + G1) .P2 + G2.
- C4 = C3.P3 + G3 = C0.P0.P1.P2.P3 + P3.P2.P1.G0 + P3.P2.G1 + G2.P3 + G3.
Iz jednadžbi koje se nose Ci + 1 može se primijetiti samo ovisi o nosivosti C0, a ne o srednjim nosivim bitovima.
Nosi-gledaj-unaprijed-Sabij-Tablica istine
Kružni dijagram
Gore navedene jednadžbe provode se pomoću dvorazinskih kombinacijskih krugova zajedno s vratima AND, OR, gdje se pretpostavlja da vrata imaju više ulaza.
Carry-Output-Generation-Circuit-of-Carry-Look-forward-Adder
Krug Carry Look-forward Adder za 4-bit je dan u nastavku.
4-bitni-dijagram kruga-pogledaj-unaprijed-zbrajanje-dijagrama
8-bitni i 16-bitni krugovi Carry Look-forward Adder mogu se projektirati kaskadnim 4-bitnim sklopom zbrajanja s logikom nošenja.
Prednosti Carry Look-forward Addera
U ovom se sabiru smanjuje kašnjenje širenja. Izlaz nosivosti u bilo kojem stupnju ovisi samo o početnom bitu nošenja početnog stupnja. Pomoću ovog zbrajača moguće je izračunati srednje rezultate. Ovaj zbroj je najbrži zbroj koji se koristi za izračunavanje.
Prijave
Brzi nosači s pogledom unaprijed koriste se kao implementirani kao IC. Stoga je lako ugraditi zbrajač u krugove. Kombinacijom dva ili više zbrajača mogu se lako izvršiti proračuni logičkih funkcija višeg bita. Ovdje je povećanje broja vrata također umjereno kada se koristi za veće bitove.
Za ovaj Adder postoji kompromis između površine i brzine. Kada se koristi za izračun većih bitova, pruža veliku brzinu, ali se također povećava složenost kruga, čime se povećava površina koju zauzima krug. Ovaj se zbrajač obično implementira kao 4-bitni moduli koji se međusobno kaskadiraju kada se koriste za veće izračune. Ovaj je zbroj skuplji u usporedbi s drugim zbrajačima.
Za logička izračunavanja na računalima zbrajači se redovito koriste. Charles Babbage implementirao je mehanizam za predviđanje prijenosnog bita u računalima kako bi smanjio kašnjenje uzrokovano talasati nosači dodataka . Tijekom dizajniranja sustava, brzina izračuna je najveći odlučujući faktor za dizajnera. 1957. Gerald B. Rosenberger patentirao je moderni Binarni nosač za gledanje unaprijed. Na temelju analize kašnjenja vrata i simulacije provode se eksperimenti za modificiranje sklopa ovog zbrajača kako bi bio još brži. Koliki je kašnjenje širenja za n-bitni zbrajač koji gleda unaprijed, kad je zadano kašnjenje svakog ulaza 20?
Kredit za sliku
