JPH03229321A - プライオリティ・エンコーダ - Google Patents

プライオリティ・エンコーダ

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JPH03229321A
JPH03229321A JP2341188A JP34118890A JPH03229321A JP H03229321 A JPH03229321 A JP H03229321A JP 2341188 A JP2341188 A JP 2341188A JP 34118890 A JP34118890 A JP 34118890A JP H03229321 A JPH03229321 A JP H03229321A
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adder
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデジタル加算器等における桁上げに関し、特に
比較的少ないケート使用量で桁上げ伝搬遅延を大きく低
下させる高速桁上げ方式に関する。
2つのNビットオペランドを加算してNビットの結果を
得ること(しばしば桁上げ伝搬加算と呼ばれる)はデジ
タル・プロセッサの基本的な演算である。この演算を実
行するために従来より種々の桁上げ方式が用いられてい
る。
桁上げ伝搬加算を簡単忙実行するにはいわゆるリップル
・アダー(ripple adder )を用いればよ
い。リップル・アダーはビット当りのトランジスタが比
較的少なくてすむが、−船釣に比較的低速である。リッ
プル・アダーはこのように他の加算器の能力測定の基準
としてしばしば用いられる様な、基本的ではあるが、そ
れだけに低速な加算器である。
第1図は代表的なリップル・アダー・セルを示す図であ
る。第1図において、A(il及びB (i)iま加え
られる2つのオペランドのそれぞれのビットでリップル
・アダーは桁上げ先見回路を付加するからの桁上げ入力
であり、Cout (i )  はこのリップル・アダ
ー・セルからの桁上げ出力であり、またD(i)はこの
リップル・アダー・セルの和である。
ある1つのリップル・アダー・セルの桁上げ出力は次段
のリップル・アダーφセルの桁上げ入力となる。表IK
PASCAL風の言語で書かれた、Nビット・リップル
・アダーの論理動作を説明するプログラムを示す。なお
、表1のプログラムにおいて「+」は論理和、「・」は
論理積、「X0RJは排他的論理和を示す。
or 表       1 i=Oto N−I  DOBCGINK(i)二A(
i)+B(ト) G(i) = A(i)・B(i) P(i)−A(i) XORB(i) Cout(i)=G(i) + (K(i) −C1n
(i))=Cin(ilI) D(i) = P(i)  XORC1n(i)nd ことにより高速化することができる。桁上げ先見加算器
を実現するために、リップル・アダー4〆は、例えば4
つのリップル・アダー・セルから成るブロックで構成さ
れている。4つの高速加算器の各ブロックは、第2図に
示すように、ゲートが付加されており、このゲートによ
りにビット(すなわち、ORゲートK(i)の出力)が
全て”1゛の時、前段のブロックからの桁上げ出力がこ
のフロックを素通りして次段のブロックに伝搬される。
桁上げ先見加算器は比較的高速であり、MOS回路で安
価に構成できる。
他の方法として、1.R,E、 )ランザクションズ書
オン・エレクトロニック・コンピューターズ(r 、 
R,E 、Transactions on Elec
tronic Computers )誌1960年6
月号、第226頁に、スフランスキー(5klansk
y )氏により「条件付き和による加算論理」として発
表された条件付き相加算器がある。
条件付き和加算は非常に高速で動作するのだが、上述の
比較的低速の加算に較べて非常に多くの口シックを必要
とする。その結果、条件付き相加算はビット当りの価格
が非常に高いものとなってしまう。事実、この方法は広
範囲には使用されていない。
上記した様に、従来から桁上げ伝搬加算を実行するため
に種々の桁上げ方式が使用されている。
しかし、これら公知の方式は新世代のコンピュータにと
ってはしばしば遅すぎるものであったり、或は期待され
るよりもはるかに複雑かつ高価なものであった。
本発明は上述の従来方式の欠点を除去し、高速かつ実現
容易な条件付き桁上げ加算用の高速桁上げ方式を提供す
ることを目的とする。
本発明を適用した加算器は中間桁上げ信号を発生するセ
ルの直列接続構成となっている。従ってこれら各ビット
対の中間桁上げ信号は連続する段を独立して次々と伝搬
して行くことができる。従って本発明によれば、公知例
と比較して全力U算器の遅延時間を減少させることがで
きると共に、回路の複雑さを比較的低(おさえることが
できる。
本発明はまた増分器(incrementor )Qプ
ライオリティ・エンコーダにも応用できる。これらの応
用例についても以下で説明する。
本発明の高速桁上げ方式はセルの種類が比較的少なくて
すむので、任意長の加算器、増分器又はプライオリティ
・エンコーダを構成する場合には以下に図示する様に規
則的に容易に結合することができる。従って本発明によ
れば、絶対速度が速い回路を実現することが出来ると共
にバイポーラ又はM OS技術のいずれKよりLSIを
製造した場合でも、設計上の複線化を抑えて安価に構成
することができる。
以下、因習によって本発明の詳細な説明する。
以下では、条件付き桁上げ加算と呼ばれている桁上げ伝
搬加算を実行するために本発明の高速桁上げ方式な用い
た2つの加算器A、Bを開示している。これら2つの加
算器A、Bの構成は両方とも加算器以外にも増分器やプ
ライオリティ・−エンコーダにも適用できることが後述
する説明により理解できるだろづ。表2に於て、公知の
方式と本発明を用いた条件付き桁上げ加算器との比較を
示した。表2に於て、加算器の速度は全加算を実行する
のに必要なゲート遅延段数によって示しである。表2に
示したデータは32ビツト加算器の場合である。
第3A図及び第3B図は本発明の第1実施例である条件
付き桁上げ加算器Aを示す図であり、表3は条件付き桁
上げ加算罪人に関連する論理式である。第3A図には3
種の異なるセルが示されている。それらはスタート・セ
ル、任意の数(0でも良い)の継続セル、及びエンド・
セルである。
第3B図は、9ビツト加算器の場合のセル構成例を示す
図である。この実施例に於て、各ブロックは2〜4個の
1ビツト・セルを備えている。すなわちブロックOに2
つのセル、ブロックIK3つのセル、そしてブロック2
に4つのセルを備えている。例えば、第2ブロツク(j
=1 )  は3つのセルを備えており、ビット番号2
はスタート・セル、ビット番号3は継続(contin
ue)セル、−七してビット番号4はエンド・セルであ
る。
表 加算器の種類 リップル−7ダー 桁上げ先見加算器 条件付き相加算器 条件付き桁上げ加算罪人 条件付#桁上げ加算器B ビット当りの素子数 (スタチックNMO5) ビット当りの素子数 (スタチックCMO5) 表 全加算器に対して: Ginブロック(Q) = Cin加算器各ブロックj
に対して: C1n0(0)=O Cin 1(0) : I Coutブロック(j) =Cout O(imax)
 +(Cout l (i max)” CinブQ7
り(j)〕=C1nブロック(j+1) ブロックjの各ビットlに対して: K (i) == A (i) + B (i)G(i
) = A(i)・B(1) P (il ” A(i) XORB(i)Cout 
0(i)”’G(i)+ (K(il −Cin○(I
)〕=C1nO(il1) Cout 1(i)=G(i)+(K(i) ・Cin
 l(ト)〕== Cin 1 (il1  ) C1n(i)”Cin 0(i)+ (Cin l (
i) ・Cinプoツク(」)〕D(il = P(i
) XORC1n(il基本的に、各ブロックに於て(
例えばJ=0〜2に於て)2つのリップル桁上げ出力C
out 0(il及びCout 1(i)  が発生さ
れる。各ブロックのスタート・セルに於て桁上げ人力C
1n0及びC1n1はそれぞれ”0°゛及び1 ”と定
義されていることに注意されたい。この2つの桁上げ出
力Cout は現在のブロックに入力された桁上げ人力
Cinブロック(」)と結合することにより現在のブロ
ックの桁上げ出力Cout  ブロックIj)を発生す
る。」=O〜2の全てのブロックでそれらの2つの桁上
げの連鎖(CoutO−Cin Q及びCoutl −
Cin l )が同時に次々と伝搬される。ブロックO
は最初にその桁上げ出力を発生し、そしてブロックlに
伝搬すもその後、桁上げが各ブロックを「飛び越す」た
めにはゲート1段分の遅延しか必要ない。よって、条件
付き桁上げ加算器Aにおいては、桁上げ伝搬遅延時間ケ
最小にした場合、ブロックの大きさ、すなわちビット長
は、ブロック番号Jの増加につれて等差数列的(すなわ
ち234.・・・・・等)に増加するから、全遅延時間
はオペランドのピット長の平方根にほぼ比例して増加す
る。
従って条件付き桁上げ加算器Aは桁上げ先見加算器と比
較して、表2かられかる様にビット当りの素子を17%
増加するのみで25%の性能の向上を得ることができる
。同様に、条件付き桁上げ加算器Aは1ビツト・セルに
よって構成されており、他の高速化技術の様な複数ビッ
トにまたがっているセルを使用してはいない。このこと
により、実現が容易でかつチップ面積の使用効率が良好
である規則なレイアウトを持つ集積回路を作ることがで
きる。
本発明の高速桁上げ方式を用いた第2の実施例である、
条件付き桁上げ加算器Bを第4図に示し、またその動作
を示すPASCAL風の言語で書かれたプログラムを表
4に示す。表4のプログラムはオペランド長がNビット
の場合について示しており、またここで”2 * * 
j ”は2jを表わす。
この実施例の構成は条件付き桁上げ加算器A(第3A図
及び第3B図)と類似しており、また同様にして入力は
C1nQ二1及びC1n1=1と見なされ、桁上げ出力
がそれに従って演算される。
表       4 For  i−Oto  (N−1)  Do  BE
GINCout O(0,i )−A(if ・B(i
) −CH1Cou+ 1 (0,i )−Afi) 
+ Bfil −K(ilPfil        −
A(il XORB(ilnd For i −1to LOG2N  D。
L20i EGIN For K−Oto  (NAv−1)LO−K”W L I −(K” W+ W/2 ) L2−(KネW+W) D。
EGIN For  i −(LO) to(Lx −1)D。
EGIN CouIt(j、  i ) −0ou+0 (j −
1,r )CouN(j、1)−Coutl (j−1
,i )nd For i −(Ll)to (L2−1)  Do 
 BEGINQout O(i。
Cout 1 (JT i)−CoutO(j−1,i)+(Cout1 (j
−1,i)−CoutO(J−L Ll−1)) i) −0ou+ 0(i−1,i)+(Coutl 
(i−1,i)・Coutl (i Z Ll  1)
)nd nd CinfOl −C!in加算器 K −LOG2(N For  i  −Oto (N−1)Do  BEG
INIXil −Pftl XOR0infilCin
 (il1 ) −CoutO(K、 i )+ (O
outl(K。
nd 〕・Cin加算器〕 0ou+加算器−C1n(N) 第4図に於て、各ステージは各ビットから発生される桁
上げ出力CoutO(j、’)及びCoutl (j、
 i )を、そのビットへの桁上げ入力がそれぞれ”0
”及び1″であると仮定して発生する。但し、」°′は
ステージ番号であり“i”はビット番号であるとする。
この目的は、ビットのブロック全体に対して下位から与
えられる桁上げ入力がそれぞれ0″及び”1′′である
として各ビットに対する桁上げ入力を発生するためであ
る。連続する各ステージはこの機能を実行するとともK
、またこのブロック用の桁上げ出力Cout l及びC
out Oを発生する。
第4図のステージ4に示される様に1各ビツトに対して
の最終的た桁上げ入力(表4のCout O(k、i)
及びCoutl (k、 i ))が発生された段階で
、加算器に対しての桁上げ人力Cin が各ビットに対
する正しい桁上げ入力(表4のC・1n(i+1))を
選択する。そしてこの選択された桁上げ入力は適切なP
ピットル(o)〜P(7)と排他的論理和かとられ最終
的な和D(0)〜D(7)が発生されることを示してい
る。
第4図から理解できるように、条件付き桁上げ加算器B
と条件付き桁上げ加算器Aとの主要な違いは次の様であ
る。条件付き桁上げ加算器Bに於ては、ブロックの大き
さは2の累乗で増加する、すなわち等比数列的に増加す
るものであるが、条件付き桁上げ加算器Aのブロックの
大きさは上記した様に等差数列的に増加する。従って条
件付き桁上げ加算器Bの全遅延時間は加算されるビット
数の2を底とした対数に比例する。
条件付き桁上げ加算器A、Bの桁上げは増分器やプライ
オリティ・エンコーダのいずれを構成する場合でも適用
することができる。増分器はNビットで表わされる数に
1を加える回路であり、プライオリティ・エンコーダは
Nビット入力中の最優先(最上位)ビットをコード化し
た出力を発生する(例えば8ビット−3ビツト・エンコ
ーダ又は10ビット−4ビツト・エンコーダ)ものであ
る。
第5図に条件付き桁上げ加算器Bにおける桁上げを用い
た増分器を示した増分器においては加算における第2の
入力B(0)〜B(7)を使用しないので、これらをゼ
ロにセットすることができる。このとき第4図のステー
ジ0で発生されるに、G、Pは以下の様になる。
K=A−B=O G=A+B=A P =A XORB =A 同様に、増分器を常にイネーブル状態にしておく場合に
は、Cin信号を“1”にセットすることができる。こ
の様圧して、第4図に示した条件付き桁上げ加算器Bか
ら増分器としては論理的に冗長なゲータを全て除去する
ことKより、第5図に示した増分器を構成することがで
きる。これと同様の冗長ゲートの除去方法を用いて、第
3A図の条件付き桁上げ加算器Aを基に構成したものが
第6図に示した増分器である。第3A図及び第3B図に
示した加算器と同様に、第6図の継続セルは各ブロック
に於て必要なだけ何回でも使用することができる。
第7図は条件付き桁上げ加算器Bの高速桁上げ方式を用
いた8ビット−3ビツト・プライオリティ・エンコーダ
を示す図である。上記した増分器と同様に、B(0)〜
B(7)入力は“0”にセットされており、桁上げ信号
はl°°にセットされている。
この実施例に於ては1桁上げ入力は「イネーブル」とし
て示されており、本プライオリティエンコーダをイネー
ブル状態にしておく都合上反転されている。(つまりイ
ネーブル端子は実際にはアースされて”0”が与えられ
ているのである)。各出力セルは3状態;(ソファ30
を備えており、対応するゲート40によりイネーブルと
される。最初の4行の論理素子により、8ビツト入力A
(7)〜A(10)のうち、“1″となっている最上位
ビットに対応するバッファ30のみがイネーブルされる
ことが保証されている。各出力セルの各3状態バツフア
30への入力は各演算子入力のビット番号に対応する適
切に2進重み付けされた信号と結線されている。この様
に、各3状態バツフア30は並列接続された3個のバッ
ファで構成されており、3ビツト出力の3本のエンコー
ド出力線を形成している。各3状態バツフア30のイネ
ーブル時の出力の設定は、A (0)桁は0,0.0に
、A11)桁は0゜0,1に、等々、A(7)桁の1.
1.1に至る迄セットされている。そして各3状態バツ
フアへの3ビツト入力のうち最下位の入力に対応する8
個のノくツファ(各桁から1つずつ)の出力は共通接続
されエンコード(0)出力を形成し、中間重み付けされ
た(すなわち重み2)入力に対応する8個のノくツファ
(各桁から1つずつ)は共通接続されエンコード+1)
出力を形成し、そして最上位入力に対応する8個のバッ
ファ(各桁から1つずつ)は共通接続されエンコード(
2)出力を形成している。そしてこれら3本のエンコー
ド・ラインは8ビット−3ビツト・エンコーダ機能を実
行するための適切に重み付けされた出力を供給し、適切
にイネーブル望の優先順位を示す数を供給する。上記し
た増分器と同様にして、各ビットに対して適切な数の3
桁上げ加算器Aを基に第8図に示し1こプライオリティ
・エンコーダを構成することができる。この場合にも、
第8図に示した継続セルは各ブロックに於て必要に応じ
て何回も使用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術にかかるリップル・アダーの1ビツト
分を示す回路図、第2図は従来技術にかかる桁上げ先見
加算器な示す回路図、第3A図は本発明の高速桁上げ方
式を用いた加算器を示す回路図、第3B図は第3A図の
加算器のビット長を拡張した場合の構成を例示するブロ
ック図、第4図は本発明の高速桁上げ方式を用いた別の
加算器を示す回路図、第5図及び第6図は本発明の高速
桁上げ方式を用いた増分器な示す回路図、第7図及び第
8図は本発明の高速桁上げ方式を用いたプライオリティ
・エンコーダを示す回路図であるっA、B:オペランド
、 D:和、 Cin:桁上げ入力、 Cout :桁上げ出力手 続 補 正 書 ■ 事件の表示 c)−了l/・′こづ 平成2年1.1月30日付け提出の特許願(8)2゜ 発明の名称  プライオリティ・エンコーダ3゜ 補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所  アメリカ合衆国カリフォルニア州バロアルトハ
ノーバー・ストリート 3000 名称  ヒユーレット・パラカード・カンパニ代表者 
ステイーブン・ピー・フォックス国籍  アメリカ合衆
国 4゜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 N桁のオペランドを対象とするプライオリティ・エンコ
    ーダにおいて、 下記の(A)ないし(C): (A)複数の第1のセル手段を有する1つの入力行:前
    記第1のセル手段の各々は前記オペランドから第1の桁
    を受け入れて、第1の論理出力信号を後続の行中の隣接
    するセル手段に与える;(B)複数の第2、第3、第4
    のセル手段を有する複数の中間行: (B−1)前記第2のセル手段は直前の行中の隣接する
    セル手段からの論理出力信号を自行中の隣接するセル手
    段へ渡し、前記直前の行中の前記隣接するセル手段から
    の前記論理出力信号を後続の行中の隣接するセル手段へ
    渡す; (B−2)前記第3のセル手段は直前の行中の隣接する
    セル手段からの論理出力信号と自行中の隣接するセル手
    段からの論理出力信号を組み合わせて第1の桁上げの出
    力信号を後続の行中の隣接するセル手段に与える; (B−3)前記第4のセル手段は直前の行中の隣接する
    セルからの論理出力信号を後続の行中の隣接するセル手
    段へ渡す; (C)複数の第5のセル手段を有する1つの出力行:前
    記第5のセル手段は自行中の隣接するセル手段からの論
    理出力信号と、前記入力行中の前記第1のセル手段から
    の前記第1の論理出力信号の内の選択されたものと、2
    進重み付け信号とを組み合わせて複数のエンコードされ
    た出力信号を生成する; を設け、 前記複数の中間行は前記入力行と前記出力行との間に結
    合され、 1番目の中間行においては、前記第2、第3、及び第4
    のセル手段の内の選択されたものがRポジション毎に繰
    り返されるように配置されており、前記1番目の中間行
    に結合された2番目の中間行においては、前記第2、第
    3、及び第4のセル手段の内の選択されたものがSポジ
    ション毎に繰り返されるように配置されており、 前記2番目の中間行に結合された3番目の中間行におい
    ては、前記第2、第3、及び第4のセル手段の内の選択
    されたものがTポジション毎に繰り返されるように配置
    されており、 前記繰り返しの長さ(R、S、T)は中間行の番号が1
    つ大きくなる毎に2倍になる幾何数列を形成する ことを特徴とする増分回路。
JP2341188A 1982-08-23 1990-11-30 プライオリティ・エンコーダ Granted JPH03229321A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US41080782A 1982-08-23 1982-08-23
US410807 1982-08-23

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15400083A Division JPS5957343A (ja) 1982-08-23 1983-08-23 加算回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03229321A true JPH03229321A (ja) 1991-10-11
JPH0467213B2 JPH0467213B2 (ja) 1992-10-27

Family

ID=23626312

Family Applications (6)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15400083A Granted JPS5957343A (ja) 1982-08-23 1983-08-23 加算回路
JP2341186A Granted JPH03228122A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 加算回路
JP2341187A Granted JPH03229320A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 増分回路
JP2341184A Granted JPH03228120A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 増分器
JP2341188A Granted JPH03229321A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 プライオリティ・エンコーダ
JP2341185A Granted JPH03228121A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 プライオリティ・エンコーダ

Family Applications Before (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15400083A Granted JPS5957343A (ja) 1982-08-23 1983-08-23 加算回路
JP2341186A Granted JPH03228122A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 加算回路
JP2341187A Granted JPH03229320A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 増分回路
JP2341184A Granted JPH03228120A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 増分器

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2341185A Granted JPH03228121A (ja) 1982-08-23 1990-11-30 プライオリティ・エンコーダ

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DE (1) DE3326388A1 (ja)
GB (3) GB2127187B (ja)

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Publication number Publication date
DE3326388C2 (ja) 1993-04-01
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GB2130771A (en) 1984-06-06
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JPH03228120A (ja) 1991-10-09
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GB8330888D0 (en) 1983-12-29
GB8330889D0 (en) 1983-12-29
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JPH0366693B2 (ja) 1991-10-18
JPH0467211B2 (ja) 1992-10-27
JPH0467212B2 (ja) 1992-10-27
JPH0450615B2 (ja) 1992-08-14
GB8306208D0 (en) 1983-04-13
JPH03228122A (ja) 1991-10-09

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