Открыть главное меню

Схе́ма уско́ренного перено́са — комбинационная логическая схема, входит в арифметико-логическое устройство большинства современных ЭВМ микропроцессоров и микроконтроллеров.

Предназначена для параллельного формирования битов переноса при сложении двоичных чисел в сумматоре. Обычно строится каскадным способом, состоит из нескольких схем ускоренного переноса меньшей разрядности, обычно равной натуральной степени числа 2, но существуют и однокаскадные схемы ускоренного переноса, формирующие сигналы переноса для всех битов слова одновременно.

Преимущество этой схемы — существенное ускорение арифметических операций, так как не требуется время для распространения переноса последовательно по всем битам машинного слова, недостаток — повышенная сложность.

Принцип работыПравить

Термины:
Carry Lookahead Unit (CLU) — схема ускоренного переноса.
Carry Look-ahead Adder (CLA) — схема сумматора с ускоренным переносом.
Group propagate (PG) — групповой сигнал распространения переноса.
Group generate (GG) — групповой сигнал генерации переноса.

При использовании схемы ускоренного переноса (LCU) каждый одинарный разряд сумматора вырабатывает сигнал генерации переноса ( ) и сигнал распространения переноса ( ).

4-битная схемаПравить

 
4-битный сумматор со схемой ускоренного переноса.

Одинарные разряды сумматора объединяются в группы по четыре одинарных разряда в каждой группе. Схема ускоренного переноса вырабатывает сигналы переноса   групповой сигнал генерации переноса (GG) и групповой сигнал распространения переноса (PG).

Логическое выражение для переноса в одном разряде:

 , где
 
 

Здесь точка ( ) означает логическое И (AND), знак сложения (+) - логическое ИЛИ (OR) и символ   сложение по модулю 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR)

Для переносов в четырёх разрядах:

 
 
 
 

Подставив   в  , затем   в  , затем   в   получим окончательные выражения:

 
 
 
 

4-битная схема ускоренного переноса выпускается в интегральном исполнении, например: SN74182 (ТТЛ), MC10179 (ЭСЛ) и MC14582, 564ИП4[1] (выполненная по технологии КМОП).

16-битная схемаПравить

16-разрядный сумматор может быть создан путём объединения четырёх 4-битных сумматоров с четырьмя схемами ускоренного переноса (4-bit CLA Adder), дополненных пятой схемой ускоренного переноса, которая используется для обработки групповых сигналов генерации переноса — GG и распространения переноса — PG.

Принимаемые на входе сигналы распространения переноса ( ) и генерируемые каждой их четырёх схем сигналы (GG). Затем, схема ускоренного переноса генерирует соответствующие сигналы.

Предположим, что   это сигналы PG и   это GG из iй, то выходные биты устанавливаются следующим образом:

 
 
 
 

Подставляя   сперва в  , затем   в  , затем   в   получаем следующее выражение:

 
 
 
 

  соответственно генерирует бит переноса на вход второй схемы;   на вход третьей;   на вход четвёртой; и   генерирует бит переполнения.

Кроме того, можно указать сигналы распространения переноса и генерации переноса для схемы ускоренного переноса:

 
 
 
16-разрядный сумматор со схемой ускоренного переноса.

64-битная схемаПравить

Объединив четыре схемы сумматора и схему ускоренного переноса вместе, получим 16-битный сумматор. Четыре таких блока могут быть объединены в 64-разрядный сумматор. Дополнительные схемы ускоренного переноса (второго уровня) необходимы, чтобы принимать сигналы распространения переноса ( ) и сигналы генерации переноса( ) от каждой схемы сумматора.

 
64-разрядный сумматор со схемой ускоренного переноса второго уровня.

Достоинства и недостаткиПравить

Достоинства:

  • Высокая скорость работы.

Недостатки:

  • Бо́льшие затраты оборудования

Схемы формирования параллельного переноса имеют существенное преимущество в скорости перед схемами последовательного переноса.

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

  • Титце У., Шенк К. Глава 19. Комбинационные логические схемы. 19.5 Сумматоры. 19.5.3. Сумматоры с параллельным переносом // Полупроводниковая схемотехника = Halbleiter-Schaltungstechnik / Пер. с нем. Г. Карабашев. — Додэка XXI, 2008. — 1784 с. — (Схемотехника). — 3000 экз. — ISBN 978-5-94120-200-3, 978-5-94120-201-0, 3-540-42849-6.

СсылкиПравить

  1. Справочник по низкочастотным цифровым КМОП микросхемам. ИП4 — схема ускоренного переноса 564ИП4 = MC14582A http://www.rlocman.ru/comp/koz/cd/cdh39.htm

ИсточникиПравить