JPH04238533A - パイプライン制御方法を使用した演算器 - Google Patents

パイプライン制御方法を使用した演算器

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JPH04238533A
JPH04238533A JP3006217A JP621791A JPH04238533A JP H04238533 A JPH04238533 A JP H04238533A JP 3006217 A JP3006217 A JP 3006217A JP 621791 A JP621791 A JP 621791A JP H04238533 A JPH04238533 A JP H04238533A
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JP
Japan
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bits
adder
internal
data
latches
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Pending
Application number
JP3006217A
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English (en)
Inventor
Shizuo Ishikawa
静夫 石川
Yuichi Miwa
祐一 三和
Kageyoshi Katakura
景義 片倉
Hiroshi Kanda
浩 神田
Shinichi Kondo
真一 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路に関し
、とくに加算器の高速動作に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、加算器については半導体集積回路
を発売しているメ−カで発行した、デ−タブックに記載
されており、TTLを利用した回路は一般に公知である
。これらは大半が、4ビット構成をした加算器である。 デ−タ幅を拡張する方法も記載されている。例えば、株
式会社日立製作所で発行した、デ−タブックの1988
年3月版762ペ−ジから771ペ−ジに記載されてい
る。また、ベクトル演算器等では演算項ごとに同期して
動作させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、並列
に高速でA/D変換された、デ−タを加算する場合にお
いて、演算速度が遅い問題があった。従来の加算器では
、入力のビット数に対応する加算器を構成するため、カ
スケ−ドに接続し演算していた。このため入力のビット
数に応じて下位の演算結果によるキャリー信号の伝搬時
間で演算速度が定まり、ビット数が多くなればなるほど
遅くなっていた。
【0004】本発明では、デ−タ幅を拡張しても実質的
に演算速度を変えずに演算を可能にした演算回路、とく
に加算回路を提供することを目的とする。また遅い演算
素子を使用し、高速に演算することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、入力のビット数よりも少ないビット数で、必要な演
算速度を満足する最大のビット数以下で、下位の演算結
果によるキャリー信号の伝搬時間に、影響されない演算
器とラッチの組み合わで構成したものである。
【0006】
【作用】上記の演算器は、ラッチの周期以下で必要とす
る演算速度を満足させ、下位から上位へ順次演算をし、
結果をラッチで保持し次の演算器の入力とする。従って
、入力のビット数が多い演算器では、下位の演算器を有
効に使用することが可能となり、全体の演算速度の向上
が可能となる。
【0007】
【実施例】以下、本発明による一実施例を第1図により
説明する。図では、それぞれ24ビットの入力デ−タA
,Bをおのおの8ビットずつに分割し、3個の8ビット
加算器群と3段のラッチ群で構成したものである。この
例では、8ビット加算器の加算速度と実質的に同等の加
算速度の加算回路が実現できる。同期クロックでデ−タ
をラッチし順次下位より上位の加算をし最後に24ビッ
トの加算を完成させる。この実施例では説明のために2
4ビットと8ビットで説明したが、各々の加算器の演算
速度が同期クロックの周期以下であれば、ビット数は自
由に変更可能である。
【0008】24ビットのデ−タA,Bが入力されると
、まず下位8ビットA0〜7とB0〜7を加算器10−
1で加算し、出力、つまり8ビットの加算結果とキャリ
ー出力をラッチ回路12−1にラッチする。この時、同
時に中位と上位のデ−タもそれぞれラッチ回路12−2
、12−3にラッチする。次の動作周期ではラッチ回路
12−1から得る下位からのキャリーと、ラッチ回路1
2−2から得る中位8ビットのデータA8〜15および
B8〜15を用いて加算器10−2で加算演算がなされ
る。加算結果及びキャリー出力はラッチ回路13−2に
ラッチされる。この時、同時に下位の加算結果はラッチ
回路13−1に、上位のデ−タA16〜23及びB16
〜23はラッチ回路13−3にラッチされる。次の動作
周期ではラッチ回路13−2から得る中位からのキャリ
ーと、ラッチ回路13−3から得る上位8ビットのデー
タA16〜23およびB16〜23を用いて加算器10
−3で加算演算がなされる。加算結果はラッチ回路14
−3にラッチされ、この時、同時に下位と中位の加算結
果もラッチ回路14−1および14−2にそれぞれラッ
チされる。従って、最終段のラッチ回路14−1、14
−2、14−3には全体として24ビットのデ−タ同志
の加算結果が保持される。加算が進むにつれて下位の加
算器は他のデ−タの加算に使用できる。従って、連続し
たデ−タの加算を行なう場合は、デ−タスループット、
つまり実質的な加算速度は回路に用いた8ビット加算器
と同等にする事ができ、特に有効な加算回路となる。
【0009】また図1では、連続したデ−タの加算を行
なう場合は、内部の加算器の加算時間とラッチの段数で
決まる遅れ時間の積を最小にすれば、全加算時間(デー
タが入力してから加算結果が得られるまでの時間)は最
小となる。例えば、日立のデ−タブックによれば、8ビ
ットの加算時間は18nSで、12ビットの加算時間は
25nSである。8ビット加算時間と3段のラッチによ
る遅れ時間は54nSで、12ビット加算時間と2段の
ラッチによる遅れ時間は50nSである。加算器は12
ビット2段の構成で全加算時間は最小となる。
【0010】図1は加算器についての実施例であるが、
他の演算器、例えば、掛算器、割算器、比較器等にも応
用可能で、加算器の部分をそれぞれの演算器に置き換え
れば明白である。また、この手法は半導体集積回路の高
速化に有効で、特にゲ−トアレイ、フィ−ルド・プログ
ラマブル・ゲ−トアレイ等では、ユ−ザが任意に設計可
能なため特に有効である。
【0011】図2は、本発明を画像処理装置に使用した
実施例を示す。本実施例では、画像処理装置での移動平
均化処理について加算器を用いる。画像メモリ20から
画素デ−タが順次読み出され、縦列に接続されたラッチ
回路21−1、21−2、21−3、21−4に順次ラ
ッチされる。先頭の画素データがラッチ回路21−4に
ラッチされた時、加算回路21−1と21−2はそれぞ
れ2つのデ−タ同士の加算を開始する。それぞれの加算
回路は第1図に示すような少ないビット数の内部加算器
とラッチ回路の多段構成となっており、制御クロックが
入力される毎に内部での加算処理が進む。この加算処理
の進みと同期してラッチ回路列21−1〜21−4では
順次画素デ−タがシフトするので数クロックの遅れのの
ちにはラッチ回路22−1と22−2にはそれぞれの加
算結果が順次ラッチされる。ラッチ回路22−1と22
−2に接続された加算回路23も第1図に示すような多
段構成となっている。したがって、更に数クロックの遅
れののちにはラッチ回路24には連続する4個のデータ
の加算結果が順次ラッチされ、つまり移動平均の演算が
行なわれる。図の例ではではラッチ回路24にラッチさ
れた加算結果は、割算器25で1/4にされ、画像表示
装置26に表示される。通常、画像表示装置に要求され
るデータは20MHz/画素である。従って、移動平均
のための加算速度も同程度以上要求される。本実施例で
は、加算結果は同期クロックに対して、数クロック遅れ
るものの、最後の結果は個々の加算回路を構成する少な
いビット数の加算器の加算速度に応じた周期で高速に連
続して得る事が出来るので、深さ方向ビット数の多い、
つまり高階調度の画像データの移動平均画像を問題なく
表示することができる。
【0012】図3は、本発明を超音波診断装置の受波整
相部に使用した実施例を示す。アレイ型超音波センサを
用いた超音波診断装置では、多数のセンサ素子から得る
の多数チャンネルの受信信号にそれぞれ遅延を与えて加
算する事により所望の位置もしく方位に集束する受波指
向性を得る。本実施例では超音波受信回路30で増幅さ
れた複数チャンネルの受信信号はA/D変換器群31で
並列に高速でA/D変換される。図では省略した信号保
持手段で各チャンネル毎に適宜の遅延を受けた受信デー
タはツリー状に多段接続された加算回路群32−1…3
2−4、33−1、33−2、34で加算される。これ
らの加算回路は図1に示すように少ないビット数の内部
加算器とラッチ回路の多段構成となっており、A/D変
換器群31に与えるのと同じ制御クロックにより制御さ
れて連続的に加算結果を得る。この加算結果は画像処理
部35で必要な処理を受けた後、表示装置に与えられ、
超音波画像の表示が行なわれる。実際にはチャンネル数
は64チャンネル程度に及び、A/D変換器は10ビッ
ト20MHz以上の変換速度である。従って、加算速度
も同程度以上要求される。ここでも、加算結果は同期ク
ロックに対して、複数クロック遅れるものの、少ないビ
ット数、つまり高速の内部加算器とラッチ回路の多段構
成の採用により、最後の結果が高速に連続して出力され
るのでリアルタイム性を実質的に損なうことなく超音波
画像を表示することができる。
【0013】また超音波診断装置では、2.5MHz〜
20MHz程度の超音波信号を目的に応じて適宜使用す
る。超音波の周波数に応じたA/Dの変換速度が要求さ
れ、従って、加算部分も異なった演算速度を選択できる
構成とするのが好ましい。これを実現するには、図1に
例示するような加算回路の各内部加算器のビット数を変
更すればよい。そこで、内部にメモリを持ち、必要に応
じて内部回路を変更可能としたプログラマブル・ゲ−ト
アレイにより図1に示すような加算回路を形成すればこ
のようなビット数の変更による演算速度の変更が可能に
なる。例えば、米国ザイリンクス(XILINX)社製
のプログラマブル・ゲ−トアレイ  ファミリXC30
00等を用いれば良い。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、複数ビットのデ−タで
構成された演算器において、演算結果が高速に連続して
得られ、ビット数の多い演算器が容易に構成できる効果
がある。さらに、画像処理装置や超音波診断装置に適し
た加算器が容易に構成できる効果がある。また扱う周波
数に応じて内部演算器の、ビット数を変更し高速化が可
能と同じに、全処理時間を短縮することが可能になり周
波数の異なった信号を扱う、処理系において特に効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】本発明の応用例のブロック構成図である。
【図3】本発明の別の応用例のブロック構成図である。
【符号の説明】
20:画像メモリ、  25:割算器、  26:画像
表示装置、  30:超音波送受信回路、  35:画
像処理部、  36:表示装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数ビットの入力デ−タ同士の加算演算を
    行う半導体集積回路加算器において、前記入力デ−タの
    ビット数よりも小さい複数個の内部加算器と複数個のラ
    ッチとが多段接続されて構成される事を特徴とするパイ
    プライン制御方法を使用した加算器。
  2. 【請求項2】複数ビットの入力デ−タ同士の加算演算を
    行う半導体集積回路加算器において、前記入力デ−タの
    ビット数よりも小さい複数個の内部加算器と複数個のラ
    ッチとが多段接続されて構成され、各内部加算器の演算
    時間とラッチの段数の積で決まる遅れ時間が最小になる
    ようにした事を特徴とするパイプライン制御方法を使用
    した加算器。
  3. 【請求項3】複数ビットの入力デ−タの演算を行う半導
    体集積回路演算器において、前記入力デ−タのビット数
    よりも小さい複数個の内部演算器と複数個のラッチとが
    多段接続されて構成される事を特徴とするパイプライン
    制御方法を使用した演算器。
  4. 【請求項4】それぞれ複数ビットの一連の画像デ−タ同
    士の加算演算を行う加算部を有する画像処理装置におい
    て、前記加算部は前記画像デ−タのビット数よりも小さ
    い複数個の内部加算器と複数個のラッチとが多段接続さ
    れててなる加算回路で構成される事を特徴とする画像処
    理装置。
  5. 【請求項5】それぞれ複数ビットの複数チャンネルの受
    信信号デ−タ同士の加算演算を行って表示デ−タを得る
    加算部を有する超音波診断装置において、前記加算部は
    前記受信信号デ−タのビット数よりも小さい複数個の内
    部加算器と複数個のラッチとが多段接続されてなる加算
    回路で構成されることを特徴とする超音波診断装置。
  6. 【請求項6】複数ビットの入力デ−タの演算を行う半導
    体集積回路演算器において、前記入力デ−タのビット数
    よりも小さい複数個の内部演算器と複数個のラッチとが
    多段接続され、要求される演算速度に応じて前記内部演
    算器のビット数を、外部からの制御により変更可能とし
    た事を特徴とするパイプライン制御方法を使用した演算
    器。
JP3006217A 1991-01-23 1991-01-23 パイプライン制御方法を使用した演算器 Pending JPH04238533A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008142750A1 (ja) * 2007-05-17 2008-11-27 Fujitsu Limited 演算ユニット、プロセッサ及びプロセッサアーキテクチャ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008142750A1 (ja) * 2007-05-17 2008-11-27 Fujitsu Limited 演算ユニット、プロセッサ及びプロセッサアーキテクチャ
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