Un sumador és un tipus de circuit digital en electrònica digital que s'utilitza per realitzar operacions d'addició. Fins i tot l'operació de multiplicació depèn principalment de la seqüència d'aquesta operació. Per tant, aquests es poden implementar simplement de diferents maneres amb diferents tecnologies en diferents rangs d'arquitectures. El disseny de sumadors d'alta velocitat i fiable és l'objectiu principal de les aplicacions incrustades i les operacions de filtratge. Hi ha diferents tipus de sumadors disponibles com sumador de portar ondulacions , sumador de pedra Kogge, sumador de Spanning Tree, sumador de Brent kung, sumador de prefix paral·lel, sumador Carry look ahead, sumador de pedra kogge dispersa, etc. Aquest article tracta una visió general de Kogge Stone Adde r o KSA.
Què és Kogge Stone Adder?
El sumador Kogge–Stone o KSA és una forma de prefix paral·lel de CLA (sumador de cara a cara) . Aquest sumador utilitza més àrea per implementar en comparació amb el sumador Brent-Kung, tot i que té una baixa ventilació en cada etapa, cosa que millora el rendiment dels nodes de procés CMOS típics. Però, la congestió del cablejat és sovint un problema per als KSA.
Kogge Stone Adder o KSA és un sumador molt ràpid utilitzat en diversos processaments de senyal processadors (SPP) per realitzar la millor funció aritmètica. Així, la velocitat d'operació d'aquest sumador es pot limitar mitjançant la propagació de l'entrada a la sortida. En general, KSA és un sumador de prefixos paral·lel que té l'especialitat de la millor addició en funció del temps de disseny que s'utilitza per a circuits aritmètics basats en alt rendiment dins de la indústria.
Diagrama de circuit de Kogge Stone Adder
A continuació es mostra el diagrama de Kogge-Stone Adder. Aquest tipus de sumador es considera simplement el disseny de sumador d'arquitectura més ràpid i comú, principalment per a sumadors d'alt rendiment dins de la indústria. En aquest tipus de sumador, els portadors es generen molt ràpidament calculant-los en paral·lel amb l'augment del cost de l'àrea.
Les estructures d'arbre dels senyals de propagació i generació de transport es mostren al diagrama següent. En aquest sumador, la xarxa de generació Carry és un bloc molt significatiu que inclou tres blocs; Cèl·lula negra, cèl·lula grisa i tampó. Així, les cel·les de color negre s'utilitzen principalment en el càlcul de senyals de generació i propagació, les cel·les grises s'utilitzen principalment en el càlcul de senyals de generació que es requereixen en el càlcul de la suma dins de l'etapa de postprocessament i els buffers s'utilitzen principalment per equilibrar el efecte de càrrega.
Com funciona Kogge Stone Adder?
El sumador Kogge-Stone rastreja els bits de 'generació' i 'propagació' internament per a intervals de bits similars a tots els sumadors de cara a cara. Comencem amb intervals d'1 bit, allà on una sola columna dins de l'addició produeix un bit de transport quan les dues entrades són 1 (AND lògic) i un bit de transport es propagarà si precisament una entrada és 1 (XOR lògic). Així, Kogge-Stone Adder inclou principalment tres etapes de processament per calcular la suma de bits; l'etapa de preprocessament, la xarxa de generació Carry i l'etapa de postprocessament. Per tant, aquests tres passos estan implicats principalment en aquesta operació de sumador. Aquestes tres etapes es comenten a continuació.
Etapa de preprocessament
Aquesta etapa de preprocessament implica el càlcul de senyals generats i propagats equivalents a cada parell de bits dins A i B.
Pi = Ai x Bi
Gi = Ai i Bi
Xarxa de generació de transport
En l'etapa de generació de transport, calculem transports equivalents a cada bit. Així, l'execució d'aquestes operacions es pot dur a terme en paral·lel. Després del càlcul del transport en paral·lel, aquests es segmenten en peces menors. Com a senyals intermedis, utilitza senyals de propagació i generació de transport que s'especifiquen per les equacions lògiques següents.
CPi:j = Pi:k + 1 i Pk:j
CGi:j = Gi:k + 1 o (Pi:k + 1 i Gk:j)
Postprocés
Aquesta etapa de postprocessament és molt comuna per a tots els sumadors familiars que porten endavant i implica el càlcul de bits de suma.
Ci – 1 = (Pi i Cin) o Gi
Si = Pi = x o Ci – 1
Adder Kogge-Stone de 4 bits
Al sumador Kogge-Stone de 4 bits, cada etapa vertical genera un bit de 'propagació' i un bit de 'generació'. Els transports es generen a l'etapa final on aquests bits són XOR a través de la primera propagació després de l'entrada dins dels quadres quadrats per generar els bits de suma.
Per exemple; si la propagació es calcula per XOR quan A = 1 i B = 0, llavors genera la propagació o/p com a 1. Aquí, el valor generat es pot calcular amb AND quan A = 1, B = 0 i el generar El valor o/p és 0. De la mateixa manera, tots els bits de suma es calculen per a les entrades: A = 1011 & B = 1100 Sortides, llavors suma = 0111 i porten Cout = 1. En aquest sumador, procediu amb les cinc sortides de l'expansió següent.
S0 = (A0 ^ B0) ^ 𝐶𝐼𝑁.
S1 = (A1 ^ B1) ^ (A0 i B0).
S2 = (A2 ^B2) ^ (((A1 ^ B1) i (A0 i B0)) | (A1 i B1)).
S3 = (A3 ^ B3) ^ ((((A2 ^ B2) i (A1 ^ B1)) i (A0 i B0)) | (((A2 ^ B2) i (A1 i B1)) | (A2 i B0)) |
B2))).
S4 = (A4 ^ B4) ^ ((((A3 ^ B3) i (A2 ^ B2)) i (A1 i B1)) | (((A3 ^ B3) i (A2 i B2)) | (A3 i B3) | ))).
Avantatges i desavantatges
El avantatges de Kogge Stone Adder incloure el següent.
- El sumador de pedra Kogge és un sumador molt més ràpid
- Aquesta és una versió avançada per a sumadors de prefixos paral·lels
- Aquest sumador ajuda a reduir el consum d'energia i el retard en comparació amb altres tipus de lògics convencionals.
- Se centra en el temps de disseny i és millor per a aplicacions d'alt rendiment.
- Aquest sumador es fa molt eficient en el filtre FIR en comparació amb altres tipus de sumadors per una gran reducció de la potència de càlcul, l'àrea i el temps.
El desavantatges de la sumadora de pedra Kogge incloure el següent.
- Aquest sumador utilitza més àrea per implementar en comparació amb el sumador Brent-Kung, tot i que té menys distribució en cada etapa, cosa que millora el típic CMOS rendiment del node de procés.
- Per als sumadors Kogge–Stone, la congestió del cablejat és sovint un problema.
Aplicacions
Les aplicacions del sumador Kogge-Stone inclouen les següents.
- El sumador Kogge Stone s'utilitza en diversos processadors de processament de senyal per realitzar funcions aritmètiques molt ràpides.
- Es tracta d'una extensió per a l'agregador de cara endavant, que s'utilitza per realitzar addicions molt ràpides en sistemes informàtics d'alt rendiment.
- Aquest tipus de sumador s'utilitza en aplicacions de processament de senyal.
- Aquest sumador s'utilitza àmpliament a la indústria principalment per a circuits aritmètics d'alt rendiment.
- Aquest tipus de sumador s'utilitza normalment per a sumadors amples perquè demostra el retard més baix entre altres estructures.
- KSA ajuda a afegir números més grans utilitzant menys àrea, potència i temps.
- S'utilitza àmpliament en diversos sistemes VLSI com microprocessador arquitectura i arquitectura DSP específica de l'aplicació.
Què és un sumador de prefix paral·lel?
El sumador de prefixos paral·lels és un tipus de sumador que utilitza l'operació de prefix per dur a terme una suma eficient. Aquests sumadors es deriven de l'agregador de cara endavant i són adequats per a l'addició binària mitjançant paraules amples.
Quin sumador és apte per a l'addició ràpida?
Un sumador de recerca anticipada és adequat per a una addició ràpida a la lògica digital perquè aquest sumador simplement millora la velocitat disminuint la quantitat de temps necessari per decidir transportar bits.
Què és l'algoritme sumador de Kogge-Stone?
L'algoritme de sumador de Kogge-Stone és una estructura d'un prefix CLA paral·lel que té un descens baix en cada etapa per fer-lo més eficaç en els nodes de procés CMOS normals.
Així, això és una visió general del sumador Kogge-Stone que és la versió de l'addidor de look-ahead més coneguda. Aquest sumador simplement produeix els senyals de transport dins del temps O (log2N) i es considera generalment el millor disseny de sumador. Per tant, aquest sumador té l'arquitectura més freqüent, principalment per a sumadors d'alt rendiment dins de la indústria. Per tant, aquest KSA inclou un disseny regular i és l'agregador especial a causa de la seva menor extensió o profunditat lògica més petita. Així, aquest sumador es converteix en un sumador molt ràpid amb una gran àrea. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és un sumador de cara endavant?
