JPH02112020A - Unit adder and parallel multiplier - Google Patents

Unit adder and parallel multiplier

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JPH02112020A
JPH02112020A JP63265351A JP26535188A JPH02112020A JP H02112020 A JPH02112020 A JP H02112020A JP 63265351 A JP63265351 A JP 63265351A JP 26535188 A JP26535188 A JP 26535188A JP H02112020 A JPH02112020 A JP H02112020A
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    • G06F7/607Methods or arrangements for performing computations using a digital non-denominational number representation, i.e. number representation without radix; Computing devices using combinations of denominational and non-denominational quantity representations, e.g. using difunction pulse trains, STEELE computers, phase computers number-of-ones counters, i.e. devices for counting the number of input lines set to ONE among a plurality of input lines, also called bit counters or parallel counters

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Abstract

PURPOSE:To improve the calculating speed of the title adder and multiplier by providing a gate circuit which produces a carry output to a higher digit by performing a logical process on part of outputs of plural gate circuits and two-stage gate circuits which produce a sum output by performing logical processes on the remaining outputs and a carry input from a low order digit. CONSTITUTION:The unit adder and parallel multiplier of this inventions are provided with four sets of NAND circuits G1-G14 which respectively input three inputs of different combinations of four inputs Xo-X3 of a certain digit of binary numbers to be subjected to addition and take the AND of the inputs and a NAND circuit G2 which outputs the 1st carry output to a higher digit by taking the ND of the outputs of the circuits G11-G14. In addition, an exclusive NOR circuit G6 which takes on OR for producing a sum output S by taking the exclusive OR of the output of an exclusive OR circuit G5 and carry input from a lower digit, NOR circuit G7 which takes the OR of the output of the circuit G5 and a carry input from a lower digit, etc., are also provided. Therefore, the number of passed gate stages can be reduced to 3/4 and the calculating speed can be improved as compared with the conventional 4-stage example, since the number of gate stages to be passed from the four inputs to the sum output becomes three.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体集積回路上で実現される単位加算器お
よび2進並列乗算器に係り、特に5入力3出力の単位加
算器および演算速度の高速化が可能な二進本加算方式を
用いた並列乗算器の回路構成に関する。
Detailed Description of the Invention [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a unit adder and a binary parallel multiplier realized on a semiconductor integrated circuit, and particularly relates to a unit adder and a binary parallel multiplier that have 5 inputs and 3 outputs. This paper relates to a circuit configuration of an adder and a parallel multiplier using a binary addition method capable of increasing calculation speed.

(従来の技術) VLSI(超大規模集積回路)上で2進並列乗算器を実
現する場合、(1)2次のブースのアルゴリズム、(2
)全加算器を縦、横に配置したキャリーセーブ方式を用
いるのが普通であり、これらの技術は、例えばNIKK
EIE L E CT RON I CS  1978
.5.29号、 P、76〜89rLSI化が進む並列
演算方式による乗算器の回路方式を見る」に記載されて
いる。
(Prior art) When realizing a binary parallel multiplier on a VLSI (very large scale integrated circuit), (1) the quadratic Booth algorithm, (2
) It is common to use a carry-save method in which full adders are arranged vertically and horizontally.
EIE L E CT RON I CS 1978
.. No. 5.29, P, 76-89rA Look at Multiplier Circuit Systems Using Parallel Computing Systems, Which Are Increasingly LSI-based.

上記2次のブースのアルゴリズムを用いることにより、
演算段数を削減でき、上記キャリーセーブ方式を用いる
ことにより、LSIに適したパターンの規則性を高める
ことができる。しかし、演算速度を重要視した場合、上
記(2)のキャリーセーブ方式は最適ではなく、二進本
加算を行うワラス(Wallace;人名)の加算方式
の方が優れている。
By using the above quadratic Booth algorithm,
By reducing the number of calculation stages and using the carry-save method, it is possible to improve the regularity of a pattern suitable for LSI. However, when calculation speed is considered important, the carry-save method (2) is not optimal, and Wallace's addition method, which performs binary addition, is superior.

また、L、Slの応用分野の拡大、ディジタルプロセッ
シングの発展に伴い、ディジタル演算LSIに対する高
速化の要求は高まる一方である。
Furthermore, with the expansion of the application fields of L and Sl and the development of digital processing, the demand for higher speed digital operation LSIs is increasing.

しかし、ワラスの加算方式では、演算段数を削減できる
ものの、LSI化した場合のレイアウトパターンが複雑
なものとなってしまう。特に、扱う桁数が増加するにし
たがってパターンの復雑さは増加する傾向にある。この
パターンの複雑の増加は、LSI内の各画素間を接続す
る配線の増加に表われてくる。
However, although Wallace's addition method can reduce the number of calculation stages, it results in a complicated layout pattern when integrated into an LSI. In particular, as the number of digits handled increases, the complexity of the pattern tends to increase. This increase in pattern complexity is manifested in an increase in the number of wires connecting each pixel within the LSI.

現在のLSI技術を考えると、演算の高速化の問題は、
素子自体の速度増加もさることながら、素子間の配線に
よる配線容量の削減に大きく依存している。従って、演
算器の高速化を図るにも配線長の最小化あるいは抑制、
配線容量の削減、レイアウト構成の規則化も考えていか
なければならない。
Considering the current LSI technology, the problem of increasing the speed of calculation is
In addition to increasing the speed of the elements themselves, this greatly depends on reducing the wiring capacitance due to wiring between elements. Therefore, in order to increase the speed of the arithmetic unit, it is necessary to minimize or suppress the wiring length.
We must also consider reducing wiring capacity and regularizing the layout configuration.

従来のワラスの加算方式を採用した乗算器は、全加算器
を基本構成としており、32ビット以上の大規模な乗算
器では、配線が余りにも複雑化してしまい、複雑化した
配線にレイアウトが対応できない、あるいは、できたと
しても、その対応に膨大な時間を要するので、実際のL
SIには用いられていなかった。
Multipliers that use the conventional Wallas addition method have a full adder as their basic configuration, but large-scale multipliers with 32 bits or more require too complicated wiring, and the layout cannot accommodate the complicated wiring. It may not be possible, or even if it is possible, it will take a huge amount of time to respond, so the actual L
It was not used in SI.

最近では、コンピュータにより支援された設計(CAD
)技術の発展により上記レイアウトを行うことも考えら
れるが、このCAD技術では、前述した配線長の最小化
あるいは抑制が難しく、配線容量の増大によるLSI特
性の劣化を招いてしまう。この傾向は、演算規模が大き
くなればなる程、顕著になってくる。
Recently, computer-aided design (CAD)
) With the development of technology, it is possible to perform the above layout, but with this CAD technology, it is difficult to minimize or suppress the wiring length as described above, and this leads to deterioration of LSI characteristics due to an increase in wiring capacitance. This tendency becomes more pronounced as the scale of calculation becomes larger.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記したように従来のクラスの加算方式を採
用した乗算器は、LSI化した場合のレイアウトパター
ンが複雑なものとなってしまい、大規模な乗算器では、
配線が余りにも複雑化してしまい、配線長の最小化ある
いは抑制が難しく、配線容量の増大によるLSI特性の
劣化を招いてしまう問題がある点を解決すべくなされた
もので、従来のクラスの加算方式よりも演算段数が少な
く、レイアウトパターンの規則性が高くてレイアウトが
簡単になり、配線長の最小化あるいは抑制が可能となり
、配線容量の削減による演算の高速化が可能となり、特
に32ビット以上の大規模高速乗算器に好適な並列乗算
器を提供することを目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the multiplier that adopts the conventional class of addition method has a complicated layout pattern when integrated into an LSI, and it is difficult to perform large-scale multiplication. In the vessel,
This was done to solve the problem of overly complex wiring, which makes it difficult to minimize or suppress the wiring length, and leads to deterioration of LSI characteristics due to increased wiring capacitance. The number of calculation stages is smaller than that of the conventional method, and the layout pattern is highly regular, simplifying the layout, making it possible to minimize or suppress the wiring length, and increasing the calculation speed by reducing the wiring capacity, especially for 32 bits or more. The purpose of this invention is to provide a parallel multiplier suitable for large-scale high-speed multipliers.

また、本発明は、例えば上記並列乗算器の基本構成要素
として用いられる高速の5入力3出力の加算器として好
適な単位加算器を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a unit adder suitable as a high-speed 5-input, 3-output adder used, for example, as a basic component of the above-mentioned parallel multiplier.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の単位加算器は、加算対象となる2進数のある桁
の4つの入力のうちの相異なる組合わせの2つの入力あ
るいは3つの入力がそれぞれ対応して入力する複数個の
一段のゲート回路と、この複数個のゲート回路の出力の
うちの一部を論理処理して上位桁へのキャリ出力を生成
する一段または二段のゲート回路と、上記複数個のゲー
ト回路の出力のうちの残りと下位桁からのキャリ入力と
を論理処理して和出力を生成する二段のゲート回路とを
具備することを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The unit adder of the present invention has two inputs or three inputs of different combinations among four inputs of a certain digit of a binary number to be added. A plurality of one-stage gate circuits each input in a corresponding manner, and a one-stage or two-stage gate circuit that logically processes a part of the outputs of these multiple gate circuits to generate a carry output to the upper digit. and a two-stage gate circuit that logically processes the remainder of the outputs of the plurality of gate circuits and the carry input from the lower digits to generate a sum output.

また、本発明の並列乗算器は、上記単位加算器を構成単
位として、二進木状に加算を行なう並列乗算器アレイを
構成してなることを特徴とする。
Further, the parallel multiplier of the present invention is characterized in that a parallel multiplier array that performs addition in the form of a binary tree is configured using the unit adder as a constituent unit.

(作用) 上記単位加算器は、4つの入力から和出力までの通過ゲ
ート段数は三段であり、従来の全加算器を用いて5入力
3出力の単位加算器を実現する場合に通過ゲート段数は
四段であるのと比べて、通過ゲート段数が3/4倍に低
減しており、高速化が可能になる。
(Function) The unit adder described above has three stages of passing gates from four inputs to the sum output. The number of passing gate stages is reduced by 3/4 times compared to the four stages in the previous example, making it possible to increase the speed.

また、4つの入力から和出力までの通過ゲート段数とキ
ャリ出力までの通過ゲート段数との違いは1段だけであ
り、上記百出力の時間差は殆んどなく、この単位加算器
を応用した演算回路の高速化を可能とする。また、上記
したように通過ゲート段数との違いが少ないので、回路
パターンの対称性に優れ、コンパクトなレイアウトが可
能になる。
In addition, the difference between the number of passing gate stages from the four inputs to the sum output and the number of passing gate stages until the carry output is only one stage, and there is almost no time difference between the above 100 outputs, and the calculation using this unit adder Enables faster circuits. Furthermore, as described above, since there is little difference in the number of pass gate stages, the circuit pattern has excellent symmetry and a compact layout is possible.

また、上記並列乗算器は、上記したような高速の5入力
3出力の単位加算器を構成単位として、二進木状に組み
合わせて並列乗算器アレイを構成しているので、全加算
器を基本構成とした従来のクラスの加算方式よりも演算
段数が少なく、レイアウトパターンの規則性が高くてレ
イアウトが簡単になり、配線長の最小化あるいは抑制が
可能となり、配線容量の削減による演算の高速化が可能
となり、特に32ビット以上の大規模高速乗算器に好適
となる。
In addition, the above-mentioned parallel multiplier uses the high-speed 5-input 3-output unit adders as described above as a constituent unit and combines them in a binary tree to form a parallel multiplier array, so the basic structure is a full adder. The number of calculation stages is smaller than that of the conventional class addition method, the layout pattern is highly regular, simplifying the layout, the wiring length can be minimized or suppressed, and the calculation speed is increased by reducing the wiring capacity. This makes it particularly suitable for large-scale high-speed multipliers of 32 bits or more.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図に示す単位加算器は、加算対象となる2進数のあ
る桁の4つの入力X。〜X3のうちの相異なる□組合わ
せの3つの入力(Xo−X2)、(X1〜Xt)、(X
2〜Xo )、(X3〜X1)がそれぞれ対応して入力
し、論FJtaをとる4組のナンド回路G1.〜G 1
4と、この4組の第1のナンド回路011〜G14の各
出力の論理積をとって上位桁への第1のキャリ出力Co
u tを生成するナンド回路G2と、4つの入力Xo−
x3の論理和をとるノア回路G3と、4つの入力Xo〜
X3のうちの相異なる組合わせの2つの入力(X0%X
1)、(X2.、X3)がそれぞれ対応l2で入力し、
排他的論理和をとる2組の排他的オア回路G4. 、G
42と、この2組の排他的オア回路041  G42の
各出力の排他的論理和をとる排他的ノア回路G5と、こ
の排他的オア回路G5の出力と下位桁からのキャリ入力
Cinとの排他的論理和をとって和出力Sを生成する論
理和をとる排他的ノア回路G6と、排他的オア回路G5
の出力と下位桁からのキャリ入力Cinとの論理和をと
るノア回路G7と、このノア回路G7の出力とノア回路
G3の出力との論理和をとって上位桁への第2のキャリ
出力Cを生成するノア回路G8とからなる。
The unit adder shown in FIG. 1 has four inputs X of certain digits of binary numbers to be added. Three inputs of different □ combinations of ~X3 (Xo-X2), (X1~Xt), (X
2~Xo) and (X3~X1) are respectively inputted correspondingly, and four sets of NAND circuits G1. ~G1
4 and the respective outputs of these four sets of first NAND circuits 011 to G14 to generate a first carry output Co to the upper digit.
A NAND circuit G2 that generates u t and four inputs Xo-
NOR circuit G3 that takes the logical sum of x3 and four inputs Xo~
Two inputs of different combinations of X3 (X0%X
1), (X2., X3) are respectively input in correspondence l2,
Two sets of exclusive OR circuits G4. ,G
42, an exclusive OR circuit G5 that takes the exclusive OR of each output of these two sets of exclusive OR circuits 041 and G42, and an exclusive OR circuit G5 that takes the exclusive OR of each output of the two sets of exclusive OR circuits 041 and G42, and An exclusive NOR circuit G6 that performs a logical sum to generate a sum output S, and an exclusive OR circuit G5
A NOR circuit G7 which takes the logical sum of the output of Cin and the carry input Cin from the lower digit, and a second carry output C to the upper digit by taking the logical sum of the output of this NOR circuit G7 and the output of the NOR circuit G3. It consists of a NOR circuit G8 that generates .

一方、第2図に示す単位加算器は、加算対架となる2進
数のある桁の4つの入力X。〜X3のうちの相異なる組
合わせの2つの入力cxoSx、)   (X2、XI
 )がそれぞれ対応して入力し、論理和をとる2組のオ
ア回路G 2 ]、 +  G 212と、この2組の
オア回路0211  G21□の各出力の論理積をとる
ナンド回路G22.と、このナンド回路G221の出力
を反転して上位桁への第1のキャリ出力Cou tを生
成するインバータ回路G222と、4つの入力X。−X
、のうちの相異なる組合わせの2つの入力(Xo s 
XI )、(X2 % XI )がそれぞれ対応して入
力し、排他的論理和をとる2組の排他的オア回路G23
1 、G23□と、この2組の排他的オア回路G231
%G232の各出力の排他的論理和をとる排他的オア回
路G24と、この排他的オア回路G24の出力と下位桁
からのキャリ入力Cinとの排他的論理和をとって和出
力Sを生成する排他的オア回路G25と、排他的オア回
路G24の出力と下位桁からのキャリ入力Cinとの論
理積をとるナンド回路G26と、4つの入力のうちの相
異なる組合わせの2つの入力(X□ s Xs )、(
X2 、XI )がそれぞれ対応して入力し、論理積を
とる2組のアンド回路G27.  G272と、この2
組のアンド回路G27. 、G27□の各出力の論理和
をとるノア回路028と、このノア回路028の出力と
排他的オア回路G24の出力との論理和をとるオア回路
G29と、このオア回路G29の出力とナンド回路G2
6の出力との論理積をとりで上位桁への第2のキャリ出
力Cを生成するナンド回路G30とからなる。
On the other hand, the unit adder shown in FIG. 2 receives four inputs X of a certain digit of a binary number to be added. Two inputs cxoSx, ) (X2, XI
) are respectively input and logically summed, two sets of OR circuits G 2 ], + G 212, and a NAND circuit G22 . , an inverter circuit G222 that inverts the output of this NAND circuit G221 to generate a first carry output Cout to the upper digit, and four inputs X. -X
, two inputs of different combinations (Xo s
Two sets of exclusive OR circuits G23 which input XI ) and (X2 %
1, G23□ and these two sets of exclusive OR circuit G231
An exclusive OR circuit G24 calculates the exclusive OR of each output of %G232, and an exclusive OR of the output of this exclusive OR circuit G24 and the carry input Cin from the lower digit is generated to generate a sum output S. An exclusive OR circuit G25, a NAND circuit G26 which takes the AND of the output of the exclusive OR circuit G24 and the carry input Cin from the lower digit, and two inputs (X□ s Xs ), (
Two sets of AND circuits G27. G272 and this 2
Set of AND circuits G27. , G27□, an OR circuit G29 that ORs the output of this NOR circuit 028 and the output of the exclusive OR circuit G24, and an output of this OR circuit G29 and a NAND circuit. G2
6 and a NAND circuit G30 which generates a second carry output C to the upper digit by performing a logical product with the output of 6.

上記した第1図および第2図に示す単位加算器は、それ
ぞれの動作が第3図に示す真理値表により表わされ、そ
れぞれ5入力(X、−x3、C1n)3出力(S s 
Cs Co u t )の単位加算器としての機能が実
現されている。なお、第3図において、中央の(S、C
,Cout)の組が第1図の真理値表であり、右端の(
S、C。
The operation of the unit adders shown in FIGS. 1 and 2 is expressed by the truth table shown in FIG.
Cs Cout) functions as a unit adder. In addition, in Fig. 3, (S, C
, Cout) is the truth table in Figure 1, and the rightmost set (
S.C.

Cout)の組が第2図の真理値表である。Cout) is the truth table in FIG.

また、上記単位加算器によれば、4つの入力Xo−X、
から和出力Sまでの排他的論理和回路の通過段数は三段
である。
Moreover, according to the unit adder, four inputs Xo−X,
The number of stages through which the exclusive OR circuit passes from to sum output S is three.

これに対して、第9図に示すように、従来の全加算器F
Aを二段用いて5入力3出力の単位加算器を実現すると
、図示の如く、排他的論理和回路EOI〜EO4、アン
ド回路A1〜A4、オア回路ORI、OR2が接続され
、入力X、、X、から和出力Sまでの排他的論理和回路
の通過段数は四段になる。
In contrast, as shown in FIG. 9, the conventional full adder F
When a unit adder with 5 inputs and 3 outputs is realized using two stages of A, exclusive OR circuits EOI to EO4, AND circuits A1 to A4, and OR circuits ORI and OR2 are connected as shown in the figure, and inputs X, , The number of stages through which the exclusive OR circuit passes from X to the sum output S is four.

従って、本発明の単位加算器は、第9図の加算器に比べ
て、通過ゲート段数が3/4倍に低減しており、高速化
が可能になる。また、本発明の単位加算器は、4つの入
力から和出力までの通過ゲート段数とキャリ出力までの
通過ゲート段数との違いは1段だけであり、上記両出力
の時間差は殆んどなく、この単位加算器を応用した演算
回路の高速化を可能とする。また、上記したように通過
ゲート段数との違いが少ないので、回路パターンの対称
性に優れ、コンパクトなレイアウトがi1能になる。
Therefore, in the unit adder of the present invention, the number of passing gate stages is reduced by 3/4 times as compared to the adder shown in FIG. 9, and the processing speed can be increased. Further, in the unit adder of the present invention, the difference between the number of passing gate stages from the four inputs to the sum output and the number of passing gate stages until the carry output is only one stage, and there is almost no time difference between the two outputs. It is possible to increase the speed of an arithmetic circuit using this unit adder. Furthermore, as described above, since there is little difference in the number of pass gate stages, the circuit pattern has excellent symmetry and a compact layout is possible.

第4図は、上記したような本発明の単位加算器WADを
構成単位として二進木状に組合わせて構成した並列乗算
器アレイを示しており、例えば16項目の3ビツトの2
進データ(ZOr ”O*Xo ) 〜(Zl s *
 Yt 5* Xi s )を連続する4項目毎に4グ
ループに分け、各グループの対応する桁のビット(Xo
=Xv)〜(XI□〜X、5)  、 (Yo  −Y
3  )  〜(Yl  2 〜Yl  5  )  
、(Z□ −23) 〜(Zt 2〜Zt s )をそ
れぞれ第1層目の単位加算器41.〜4112の4つの
入力となる。そして、ある桁における第1層目の2組の
単位加算器の和出力Sは、第2層目の単位加算器411
3 * 4115.4117のうちの同一桁の単位加算
器の入力となり、第1層目の2組の単位加算器の第2の
キャリ出力Cは、1つ上位桁の単位加算器の入力となる
FIG. 4 shows a parallel multiplier array constructed by combining the unit adders WAD of the present invention as described above in a binary tree shape, for example, 16 items of 3-bit 2
decimal data (ZOr ”O*Xo) ~(Zl s *
Divide Yt 5 * Xi s ) into 4 groups for every 4 consecutive items, and divide the corresponding bit of each group (Xo
=Xv)~(XI□~X,5), (Yo -Y
3) ~(Yl2~Yl5)
, (Z□ -23) ~ (Zt 2 ~ Zt s ), respectively, in the first layer unit adder 41. There are four inputs: ~4112. Then, the sum output S of the two sets of unit adders in the first layer at a certain digit is calculated by the unit adder 411 in the second layer.
3 * It becomes the input of the unit adder of the same digit among 4115.4117, and the second carry output C of the two sets of unit adders in the first layer becomes the input of the unit adder of the one higher digit. .

同様に、上記ある桁における第1層目の残りの2組の単
位加算器の和出力Sは、第2層目の単位加算器4114
.41t b+ 41t aのうちの同一桁の単位加算
器の入力となり、第1層目の2組の単位加算器の第2の
キャリ出力Cは、1つ上位桁の単位加算器の入力となる
。そして、上記第2層目の単位加算器4113〜411
8のうちの同一桁の2組の単位加算器の和出力Sは、第
3層目の単位加算器4119〜4121のうちの同一桁
の単位加算器の入力となり、第2層目の単位加算器の第
2のキャリ出力Cは、第3層目の単位加算器4119〜
4121のうちの1つ上位桁の単位加算器の入力となる
Similarly, the sum output S of the remaining two sets of unit adders in the first layer at a certain digit is calculated by the unit adder 4114 in the second layer.
.. The second carry output C of the two sets of unit adders in the first layer becomes an input to the unit adder of the next higher digit. Then, the second layer unit adders 4113 to 411
The sum output S of the two sets of unit adders with the same digit out of 8 becomes the input of the unit adder with the same digit among the unit adders 4119 to 4121 in the third layer, and performs the unit addition in the second layer. The second carry output C of the unit is sent to the unit adder 4119 of the third layer.
It becomes the input of the unit adder of one high-order digit out of 4121.

また、各層において、下位桁の単位加算器の第1のキャ
リ出力Cou tは、1つ上位桁の対応する4層目の単
位加算器のキャリ入力Cinとなる。
Further, in each layer, the first carry output Cout of the unit adder of the lower digit becomes the carry input Cin of the corresponding fourth layer unit adder of the higher digit.

なお、第1のキャリ出力Cou tと第2のキャリ出力
Cとを入れ替えて使用してもよい。
Note that the first carry output Cout and the second carry output C may be used interchangeably.

上記並列乗算器アレイにおいては、二進木状構成の最上
層に相当する第3層目の単位加算器4119〜4121
から、それぞれ対応する桁の和出力5t−1=3i+l
およびキャリ出力C1−1〜Ci+1が得られる。
In the parallel multiplier array, unit adders 4119 to 4121 in the third layer correspond to the top layer of the binary tree configuration.
From, the sum output of each corresponding digit 5t-1=3i+l
and carry outputs C1-1 to Ci+1 are obtained.

第5図は、第4図に示したように単位加算器を構成単位
として二進木状に組合わせて並列乗算器アレイを構成し
、且つ、2次のブースのアルゴリズムを適用した32ビ
ツトの並列乗算器を示している。この32ビツトの並列
乗算器のブロック構成自体はよく知られており、第4図
に示したように、各ビット毎に最大7つの単位加算器が
必要である。
Figure 5 shows a 32-bit multiplier array in which unit adders are combined in a binary tree as a constituent unit to form a parallel multiplier array as shown in Figure 4, and the second-order Booth algorithm is applied. Showing parallel multipliers. The block configuration of this 32-bit parallel multiplier itself is well known, and as shown in FIG. 4, a maximum of seven unit adders are required for each bit.

ここで、1は被乗数、2は乗数、3および4はデータバ
ッファ% 6 a〜6dおよび8a〜8dは2次のブー
スのアルゴリズムを適用するのに必要なデコーダおよび
このデコーダの出力により選択制御されるセレクタ、9
a〜9 d s 12 a %12b、15はビット幅
方向に前記単位加算器が複数個配置された加算器列であ
り、全体として二進木状に三階層をなすように接続され
ている。この場合、第1層目の加算器列9a〜9dは、
それぞれ第6図に示すように、単位加算器WADのみが
39個配置されてなり、同様に第2層目の加算器列12
aおよび12bも、それぞれ第6図に示すように、単位
加算器WADのみが39個配置されてなり、最上層に相
当する第3層目の加算器列15は、第7図に示すように
、単位加算器WADのみが47個配置されており、これ
らの各加算器列9 a〜9 ds 12 as 12 
b−、15のパターンレイアウトは簡単である。17は
最終結果を計算する高速2入力加算器であり、通常はキ
ャリ先積り、キャリ選択方式の加算器等が用いられる。
Here, 1 is the multiplicand, 2 is the multiplier, and 3 and 4 are data buffers. 6a to 6d and 8a to 8d are selectively controlled by the decoder necessary to apply the second-order Booth algorithm and the output of this decoder. selector, 9
a to 9 d s 12 a % 12b and 15 are adder rows in which a plurality of the unit adders are arranged in the bit width direction, and are connected as a whole to form three layers in a binary tree shape. In this case, the first layer adder arrays 9a to 9d are as follows:
As shown in FIG. 6, only 39 unit adders WAD are arranged, and similarly the second layer adder row 12
As shown in FIG. 6, each of a and 12b is composed of 39 unit adders WAD only, and the adder row 15 in the third layer corresponding to the top layer is as shown in FIG. , only 47 unit adders WAD are arranged, and each of these adder columns 9 a to 9 ds 12 as 12
The pattern layout of b-, 15 is simple. Reference numeral 17 denotes a high-speed two-input adder that calculates the final result, and usually a carry-first-accumulate or carry-selection type adder is used.

また、符号の補正が必要な場合は、この高速2入力加算
器で行う。
In addition, if sign correction is required, this high-speed two-input adder is used.

第8図は、第4図に示したように単位加算器を構成単位
として二進木状に組合わせて並列乗算器アレイを構成し
た32ビツトの並列乗算器を示しており、2次のブース
のアルゴリズムを適用していない。この32ビツトの並
列乗算器のブロック構成自体はよく知られており、各ビ
ット毎に最大32項目の加算を行う必要がある。
FIG. 8 shows a 32-bit parallel multiplier in which a parallel multiplier array is constructed by combining unit adders in a binary tree as a constituent unit, as shown in FIG. algorithm is not applied. The block configuration of this 32-bit parallel multiplier itself is well known, and it is necessary to perform addition of a maximum of 32 items for each bit.

ここで、1は被乗数、2は乗数、3および4はデータバ
ッファ、9a 〜9h、12a 〜12d。
Here, 1 is a multiplicand, 2 is a multiplier, 3 and 4 are data buffers, 9a to 9h, 12a to 12d.

15a、15b、17はビット幅方向に単位加算器WA
Dが複数個配置された加算器列であり、全体として二進
木状に四階層をなすように接続されている。この場合、
98〜9hは第1層目の加算器列、12a〜12dは第
2層目の加算器列、15aおよび15bは第3層目の加
算器列、18は最上層に相当する第4層目の加算器列で
ある。
15a, 15b, 17 are unit adders WA in the bit width direction.
D is an adder array in which a plurality of adders are arranged, and the adders are connected to form four layers in a binary tree shape as a whole. in this case,
98 to 9h are adder columns of the first layer, 12a to 12d are adder columns of the second layer, 15a and 15b are adder columns of the third layer, and 18 is the fourth layer corresponding to the top layer. is an adder string.

20は最終結果を計算する高速2入力加算器である。20 is a high speed two-input adder that calculates the final result.

上記したような第5図および第8図に示す並列乗算器は
、前記したような高速の5入力3出力の(11位加算器
WADを構成単位として二進木状に組合わせて並列乗算
器アレイを構成しているので、全加算器FAを基本構成
とした従来のクラスの加算方式よりも演算段数が少なく
なる。即ち、前述したように、第1図あるいは第2図に
示した本発明の単位加算器WADを基本構成とすれば、
第9図に示した全加算器FAを二段接続した単位加算器
を基本構成とする場合に比べて、排他的論理和回路の通
過段数が3/4倍に低減(全体として各桁毎に排他的論
理和回路が三段分)しており、高速化が可能になる。し
かも、上記したような本発明の並列乗算器は、レイアウ
トパターンの規則性が高くてレイアウトが簡単になり、
配線長の最小化あるいは抑制が可能となり、配線容量の
削減による演算の高速化が可能となるので、特に32ビ
ット以−Lの大規模高速乗算器に好適となる。
The parallel multipliers shown in FIG. 5 and FIG. Since the array is configured, the number of calculation stages is smaller than that of the conventional class of addition method, which has a full adder FA as its basic structure.In other words, as described above, the present invention shown in FIG. 1 or FIG. If we take the unit adder WAD as the basic configuration,
Compared to the case where the basic configuration is a unit adder in which two stages of full adders FA are connected as shown in Fig. 9, the number of stages passing through the exclusive OR circuit is reduced by 3/4 times (overall, each digit is It has three stages of exclusive OR circuits, making it possible to increase speed. Moreover, the parallel multiplier of the present invention as described above has a highly regular layout pattern, and the layout is simple.
Since the wiring length can be minimized or suppressed and the calculation speed can be increased by reducing the wiring capacitance, it is particularly suitable for large-scale high-speed multipliers of 32 bits or more.

[発明の効果] ト述したように本発明の並列乗算器によれば、従来のク
ラスの加算方式よりも演算段数が少なく、レイアウトパ
ターンの規則性が高くてレイアウトが簡単になり、配線
長の最小化あるいは抑制が可能となり、配線容量の削減
による演算の高速化が可能となり、特に32ビツト以上
の大規模高速乗算器に好適である。
[Effects of the Invention] As described above, according to the parallel multiplier of the present invention, the number of calculation stages is smaller than that of conventional class addition methods, the layout pattern is highly regular, the layout is simplified, and the wiring length can be reduced. This makes it possible to minimize or suppress the wiring capacitance, thereby increasing the speed of calculations, and is particularly suitable for large-scale high-speed multipliers of 32 bits or more.

また、本発明の単位加算器によれば、例えば上記並列乗
算器の基本構成要素として用いられる高速の5入力3出
力の加算器として好適である。
Further, the unit adder of the present invention is suitable as a high-speed 5-input 3-output adder used as a basic component of the above-mentioned parallel multiplier, for example.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の単位加算器の一実施例を示す回路図、
第2図は本発明の単位加算器の他の実施例を示す回路図
、第3図は第1図および第2図の単位加算器の動作の真
理値を表わす図、第4図は本発明の並列乗算器で用いら
れる乗算器アレイの一実施例を示すブロック図、第5図
は第4図の並列乗算器アレイを用いて2次のブースのア
ルゴリズムを適用した32ビツトの並列乗算器の一実施
例を示すブロック図、第6図は第5図中の第1層目の加
算器列および第2層目の加算器列の一実施例をそれぞれ
示すブロック図、第7図は第5図中の第3層目の加算器
列の一実施例を示すブロック図、第8図は第4図の乗算
器アレイを用いて2次のブースのアルゴリズムを適用し
ない32ビツトの並列乗算器の一実施例を示すブロック
図、第9図は従来の全加算器を用いた5入力3出力の単
位加算器を示す回路図である。 xo−x、・4つの入力、G 1 ) 〜G 14、G
2・・・ナンド回路、G3、G7、G8・・・ノア回路
、G4.  G42・・・排他的オア回路、G5、G6
・・・排他的ノア回路、Ci n 用キャリ入力、Co
u t・・・第1のキャリ出力、C・・・第2のキャリ
出力、S・・・和出力、G211 、G212 、G2
9・・・オア回路、G22.  G26、G30・・・
ナンド回路、G222・・・インバータ回路、G231
、G232、G24、G25・・・排他的オア回路、G
27゜G272・・・アンド回路、028・・・ノア回
路、EAD・・・5入力3出力の単位加算器、1・・・
被乗数、2・・・乗数、3.4・・・データバッファ、
6a〜6d・・・デコーダ、8 a〜8d・・・セレク
タ、9a〜9h・・・第1層目の加算器列、12a〜1
2d・・・第2層目の加算器列、15.15a、15b
・・・第3層目の加算器列、18・・・第4@目の加算
器列、17.20・・・最終加算器(高速2入力加算器
)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図 in 第 図 第 図 第8 図 第9 図
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the unit adder of the present invention,
FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the unit adder of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing the truth value of the operation of the unit adder of FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a circuit diagram of the unit adder of the present invention. Figure 5 is a block diagram showing an example of a multiplier array used in a parallel multiplier in Figure 4. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the first layer adder column and the second layer adder column in FIG. 5, and FIG. FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the adder array in the third layer in the figure. FIG. 9, a block diagram showing one embodiment, is a circuit diagram showing a unit adder with five inputs and three outputs using a conventional full adder. xo-x, 4 inputs, G 1 ) ~ G 14, G
2...NAND circuit, G3, G7, G8...Nor circuit, G4. G42...Exclusive OR circuit, G5, G6
・・・Exclusive NOR circuit, carry input for Ci n, Co
u t...first carry output, C...second carry output, S...sum output, G211, G212, G2
9...OR circuit, G22. G26, G30...
NAND circuit, G222...Inverter circuit, G231
, G232, G24, G25...exclusive OR circuit, G
27°G272...AND circuit, 028...NOR circuit, EAD...5 input 3 output unit adder, 1...
Multiplicand, 2... Multiplier, 3.4... Data buffer,
6a to 6d...decoder, 8a to 8d...selector, 9a to 9h...first layer adder column, 12a to 1
2d... Second layer adder column, 15.15a, 15b
... Third layer adder column, 18... Fourth @th adder column, 17.20... Final adder (high-speed 2-input adder). Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure in Figure Figure 8 Figure 9

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)加算対象となる2進数のある桁の4つの入力のう
ちの相異なる組合わせの3つの入力がそれぞれ対応して
入力し論理積の否定をとる4組の第1のゲート回路と、 この4組の第1のゲート回路の各出力の論理積の否定を
とって上位桁への第1のキャリ出力を生成する第2のゲ
ート回路と、 前記4つの入力の論理和の否定をとる第3のゲート回路
と、 前記4つの入力のうちの相異なる組合わせの2つの入力
がそれぞれ対応して入力し排他的論理和をとる2組の第
4のゲート回路と、 この2組の第4のゲート回路の各出力の排他的論理和の
否定をとる第5のゲート回路と、 この第5のゲート回路の出力と下位桁からのキャリ入力
との排他的論理和の否定をとって和出力を生成する論理
和否定をとる第6のゲート回路と、前記第5のゲート回
路の出力と下位桁からのキャリ入力との論理和の否定を
とる第7のゲート回路と、 この第7のゲート回路の出力と前記第3のゲート回路の
出力との論理和の否定をとって上位桁への第2のキャリ
出力を生成する第8のゲート回路と を具備することを特徴とする単位加算器。
(1) four sets of first gate circuits in which three inputs of different combinations of four inputs of a certain digit of a binary number to be added are respectively inputted and the negation of logical product is performed; a second gate circuit that takes the logical product of the respective outputs of the four sets of first gate circuits and generates the first carry output to the upper digit; and a second gate circuit that takes the logical product of the four inputs and generates the first carry output to the upper digit; a third gate circuit; two sets of fourth gate circuits to which two inputs of different combinations of the four inputs are respectively input and take an exclusive OR; A fifth gate circuit which takes the exclusive OR of each output of the fourth gate circuit, and a fifth gate circuit which takes the exclusive OR of the output of this fifth gate circuit and the carry input from the lower digit and sums it. a sixth gate circuit that performs a logical sum negation to generate an output; a seventh gate circuit that performs a logical sum negation between the output of the fifth gate circuit and a carry input from a lower digit; A unit addition characterized by comprising: an eighth gate circuit that generates a second carry output to a higher digit by performing a logical OR of the output of the gate circuit and the output of the third gate circuit; vessel.
(2)加算対象となる2進数のある桁の4つの入力のう
ちの相異なる組合わせの2つの入力がそれぞれ対応して
入力し論理和をとる2組の第1のゲート回路と、 この2組の第1のゲート回路の各出力の論理積をとって
上位桁への第1のキャリ出力を生成する第2のゲート回
路と、 前記4つの入力のうちの相異なる組合わせの2つの入力
がそれぞれ対応して入力し排他的論理和をとる2組の第
3のゲート回路と、 この2組の第3のゲート回路の各出力の排他的論理和を
とる第4のゲート回路と、 この第4のゲート回路の出力と下位桁からのキャリ入力
との排他的論理和をとって和出力を生成する第5のゲー
ト回路と、 前記第4のゲート回路の出力と下位桁からのキャリ入力
との論理積の否定をとる第6のゲート回路と、 前記4つの入力のうちの相異なる組合わせの2つの入力
がそれぞれ対応して入力し論理積をとる2組の第7のゲ
ート回路と、 この2組の第7のゲート回路の各出力の論理和の否定を
とる第8のゲート回路と、 この第8のゲート回路の出力と前記第4のゲート回路の
出力との論理和をとる第9のゲート回路と、 この第9のゲート回路の出力と前記第6のゲート回路の
出力との論理積の否定をとって上位桁への第2のキャリ
出力を生成する第10のゲート回路と を具備することを特徴とする単位加算器。
(2) two sets of first gate circuits in which two inputs of different combinations of four inputs of a certain digit of a binary number to be added are respectively inputted and logically summed; a second gate circuit that ANDs each output of the first gate circuit of the set to generate a first carry output to the upper digit; and two inputs of different combinations of the four inputs. two sets of third gate circuits which take the exclusive ORs of the respective inputs, and a fourth gate circuit which takes the exclusive ORs of the respective outputs of these two sets of third gate circuits; a fifth gate circuit that generates a sum output by performing exclusive OR of the output of the fourth gate circuit and the carry input from the lower digit; and the output of the fourth gate circuit and the carry input from the lower digit. and two sets of seventh gate circuits each receiving a corresponding input of two different combinations of the four inputs and calculating a logical product. , an eighth gate circuit which takes the logical sum of the respective outputs of these two sets of seventh gate circuits; and a logical sum which takes the logical sum of the output of this eighth gate circuit and the output of the fourth gate circuit. a ninth gate circuit; and a tenth gate circuit that generates a second carry output to the upper digit by performing a logical AND operation on the output of the ninth gate circuit and the output of the sixth gate circuit. A unit adder comprising:
(3)請求項1記載の単位加算器を構成単位として、二
進木状に加算を行なう並列乗算器アレイを構成してなる
ことを特徴とする並列乗算器。
(3) A parallel multiplier comprising a parallel multiplier array that performs addition in a binary tree form using the unit adder according to claim 1 as a constituent unit.
(4)請求項2記載の単位加算器を構成単位として、二
進木状に加算を行なう並列乗算器アレイを構成してなる
ことを特徴とする並列乗算器。
(4) A parallel multiplier comprising a parallel multiplier array that performs addition in a binary tree form using the unit adder according to claim 2 as a constituent unit.
(5)請求項3または4記載の並列乗算器に2次のブー
スのアルゴリズムを適用してなることを特徴とする並列
乗算器。
(5) A parallel multiplier, characterized in that it is formed by applying a second-order Booth algorithm to the parallel multiplier according to claim 3 or 4.
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