JPS61156433A - 並列乗算器 - Google Patents

並列乗算器

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JPS61156433A
JPS61156433A JP59276259A JP27625984A JPS61156433A JP S61156433 A JPS61156433 A JP S61156433A JP 59276259 A JP59276259 A JP 59276259A JP 27625984 A JP27625984 A JP 27625984A JP S61156433 A JPS61156433 A JP S61156433A
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carry
adder
basic cell
multiplier
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Makoto Noda
誠 野田
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • G06F7/48Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
    • G06F7/52Multiplying; Dividing
    • G06F7/523Multiplying only
    • G06F7/53Multiplying only in parallel-parallel fashion, i.e. both operands being entered in parallel
    • G06F7/5306Multiplying only in parallel-parallel fashion, i.e. both operands being entered in parallel with row wise addition of partial products
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、並列乗算器に関するもので、特に繰り返し
性が重視され設計の効率化が要求される大規模(例えば
16ビット×16ビット以上)の高速な乗算器に使用さ
れるものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、乗算器の高速化の手段として多くの方式が提案さ
れており、例えば[日経エレクトロニクスj (197
8,5,29F76〜89)や「コンピュータの高速演
算方式」(昭和55年9月1日 近代科学社P129〜
213)等に詳しく述べられている。
ところで、多くの乗算方式の中でも、ノ・−ドウエア量
および県積回路化の容易性、動作速度等の見地から優れ
た方式として、変形2次のブース(Booth )のア
ルゴリズムに基づく乗算方式がある。この方式について
は、上述した文献に紹介されており、その基本セルの提
案も特許出願公告 昭和57−28129号で行なわれ
ている。しかし、部分積の最終加n器、特に下位の積を
生成する具体的な構成については開示されていない。
今、符号ビットを最上位ビットとするnヒツト×nビッ
トの変形2次のブースのアルゴリズムに基づく並列乗算
器をとりあげると、一般的には2n−1ビットの部分積
最終加算器(構成によっては2n−2ヒツトの加算器で
も済ませ得る)が必要であり、この加算器は2n−1ヒ
ントの積の下位n−2ビットの最終加算器と、上記n 
−1−1ヒツトの上位加算器に分けて考えることができ
る。この様子を第3図に示す。図において、1は基本セ
ルアレ一部、2はn+1ビットの上位最終加算器、3は
n−2ビットの下位最終加算器、4はn−2ビットの下
位最終加算器にお(する最上位の桁上げ信号、5はnビ
ットの乗算入力、6はブースのエンコーダ、7はnビッ
トの被乗数入力、8は被乗数ドライバ、9はn−2ビッ
トの下位積、10はn+1ビットの上位積である。
上記基本セルアレ一部1の最悪の遅延は、このアレ一部
1を構成するセル列の段数で一意的に決まり、基本セル
1個の遅延をΔt、セル列の段数をNとすると、「Δt
−NJで与えられる。
上記上位最終加算器2には、通常CL人加算器やキャリ
ー・セレクト加算器等の高速加算器が用いられる。また
、下位最終加算器3には、最上位の桁上げ信号4を基本
セルアレ一部1の遅延時間(Δt−N)と同等かあるい
はそれ以下で上位最終加算器2に出力することが要求さ
れる0ここで、もし最上位の桁上げ信号4が基本セルア
レ一部1の遅延時間より大きければ、このアレ一部1の
フル・スピードを引き出せなくなり、下位最終加算器3
が乗算器のクリティカル・パスとなる。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、基本セルアレ一部のスピード
を律速することなくフル・スピードを引き出すことがで
きる並列乗算器を提供することである。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明においては、上記の目的を達成する
ために、順次部分子Xt足し込んで行く各基本セル列に
おける最下位ビット2個の基本セルの和出力、1個のキ
ャリー出力、乗数のブース(Dxンコーダ出力、および
前段の2ビットのCLA(キャリー・ルックアヘッド)
加算器からのキャリー信号を入力とする2ビットのCL
A  加算器を、各基本セル列の最下位ビット部に設け
、この2ビットのCLA 加算器を直列接続することに
より、基本セルをマトリックス状に並べて構成した部分
積足し込み部の最長信号伝播経路の遅延と同等の速度で
最終積の下位積を生成するようにしている0 〔発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する0第2図は、変形2次のブースのアルゴリズムに基
づく乗算器の下位積生成部のみを抽出して示している。
11は基本セルで、前段のセル列の対応する基本セルか
らの和出力(S)、キャリー出力(C)、および図示し
ないが該セルに足し込まれるべき被乗数Xの2 X。
−2x、x、−x、oのいずれか一つの該ビットに対応
するビットデータをそれぞれ入力とする全加算器で構成
されているo12は2ビットのキャリー・ルックアヘッ
ド加算器、13は前段の2ピツトキヤリー・ルックアヘ
ッド加算器のキャリー出力信号、14は該セル列の基本
セルに共通に入力されている乗数Yのブースのエンコー
ダ出力の一信号で、該セル列で足し込まれるべき被乗数
Xに基づくデータが、2の補数(−Xまたは一2X)で
ある事を示す信号である。また、15は該セル列の最下
位桁の基本セル(j、0)の和出力で、16は同じく基
本セル(j、0)のキャリー出力、17は基本セル(j
、o)の1ピント上位の桁の基本セル(j、1)の和出
力である0ここで、キャリー出力信号131乗数Yのブ
ースのエンコーダ出力の一信号14、および基本セル(
j、0)の和出力15がそれぞれ2ビットのキャリー・
ルックアヘッド加算器12の下位桁の入力、基本セル(
j、o)のキャリー出力16と基本セル(j、1)の和
出力17とが上位桁の入力である。1 、gは該2ビッ
トのキャリー・ルックアヘッド加算器12のキャリー出
力、19は2ビットの和出力の内のL8B の和出力、
20はM2Rの和出力である。上記各和出力19.20
が対応する下位積PL、Pト1となる。2ビットのキャ
リー・ルックアヘッド加算器12のキャリー出力18は
、同様に構成された次段の2ビットのキャリー・ルック
アヘッド加算器のキャリー入力端子へ直列に入力される
0 この構成は、第1図から明らかなように、基本セルのセ
ル列と2ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器とを
単位とし、これを複数段直列に接続する極めて繰り返し
性の高い乗算器となっている。
今、基本セル11の信号遅延時間をΔta、2ビットの
キャリー・ルックアヘッド加算器12のキャリー出力の
遅延時間をΔtb  とし、4列のセル列に前段のセル
列から和出力Sとキャリー信号Cが入力された時刻を「
t=OJとすると、Δta  時間後に4列のセル列の
和出力Sとキャリー信号Cとが出力され、「Δta+Δ
tb」時間後にキャリー・ルックアヘッド加算器(CL
A(j+1))12のキャリー出力18が確定する。一
方、基本セル(j+1.0)。
(J+1 、1 )の和出力S、キャリー信号Cは[t
=2ΔtaJに出力され、キャリー・ルックアヘッド加
算器(CLA(j+2))に供給される。
ここで、キャリー・ルックアヘッド加算器の遅延時間Δ
tb  が「Δtb>ΔtaJ  であると、基本セル
(j+1.0)、(j+1.1)の和出力Sおよびキャ
リー信号Cは、CLA(j+1)のキャリー出力に律速
されてしまう。従って、[Δta=ΔtbJでなければ
ならない。なお、[Δta>Δtb Jである必要はな
い。なぜなら、たとえCLA の動作を基本セルの動作
速度より速くしたとしても、基本セルのマトリックス部
におけるワースト・ケースの遅延は、セル列の段数をN
とすればN・Δta  であり、この本質的な゛遅延を
改善する事はできないからである。
第2図は、前記第1図におけるキャリー・ルックアヘッ
ド加算器12の回路構成例を示している。第2図におい
て、前記第1図と対応する部分には同じ符号を付す。乗
数Yのブースのエンコーダ出力の一信号14および基本
セル(j。
0)の和出力15はそれぞれ、ノアゲート2ノおよびナ
ントゲート22の2つの入力端に供給される。また、基
本セル(j、o)のキャリー出力16および基本セル(
j、1)の和出力17はそれぞれ、ノアゲート23およ
びナントゲート24の2つの入力端に供給される0−上
記ノアゲート21の出力は、ノアゲート25.エクスク
ルーシブオ′fゲート26、およびオアゲート27の各
一方の入力端に供給される0上記ナントゲート22の出
力は、ノアゲート28の一方の入力端、上記エクスクル
−シブオアゲート26の他方の入力端、およびカントゲ
ート29の一方の入力端にそれぞれ供給される0また、
上記ノアゲート23の出力は、上記ノアゲート25.2
8の他方の入力端、およびエクスクル−シブオアゲート
30の一方の入力端にそれぞれ供給される。上記ナント
ゲート24の出力は、インバータ3ノを介して、ノアゲ
ート32の一方の入力端および上記エクスクル−シブオ
アゲート30の他方の入力端にそれぞれ供給される。上
記ノアゲート25の出力は、一方の入力端にキャリー出
力信号13が供給されるカントゲート33の他方の入力
端に供給され、このナントゲート33の出力がナントゲ
ート34の一方の入力端に供給される0上記ノアゲ−ト
28の出力は、ノアゲート32の他方の入力端に供給さ
れ、このノアゲート32の出力が上記カントゲート34
の他方の入力端に供給される。そして、このナントゲー
ト34の出力端からキャリー出力18を得る。さらに、
前段からのキャリー出力信号13は、インバータ35を
介して、エクスクル−シブノアゲート36の一方の入力
端、および上記オアゲート27の他方の入力端にそれぞ
れ供給される。上記エクスクル−7プノアゲート36の
他方の入力端には、上記エクスクル−シブオアゲート2
6の出力が供給され、このゲート36からL8B の和
出力19を得る。上記オアゲート27の出力は、上記ナ
ントゲート29の他方の入力端に供給され、このカント
ゲート29の出力が上記エクスクル−シブオアゲート3
0の出力とともに、エクスクル−シブオアゲート37の
2つの入力端に供給される。そして、このエクスクル−
シブオアゲート37の出力端からMSB  の和出力2
0を得るようにして成る。
このような構成によれば、キャリー信号の生成はゲート
4段分の遅延で済み、基本セルにおける全加算器部の遅
延は、一般的にエクスクル−シブオアゲートを2段要す
るために、[ΔtaさΔtbjの関係を容易に実現でき
ることは明らかであ′る。
ナオ、上記2ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器
の構成は、上記第2図に限定されるものではなく、種々
変形して実施可能なのはもちろんである。また、上記実
施例では、入力および出力を負論理として説明したが、
正論理でも実現可能であるのは明白であり、MOS  
)ランジスタあるいはバイポーラトランジスタで上記2
ヒツトのキャリー・ルックアヘッド加算器を構成する際
、MO8あるいはバイポーラトランジスタ特有の回路方
式に変更され得ることも回路技術者にとっては容易なこ
とである。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、基本セル自体の
遅延と同一程度の遅延を2ビットのキャリー・ルックア
ヘッド加算器で実現できるため、基本セルアレ一部のス
ピードを律速することなくフル・スピードを引き出すこ
とができる並列乗算器が得られる。
また、変形2次のブースのアルゴリズムに基づく乗算器
の下位積生成部に2ビットのキャリー・ルックアヘッド
加算器を用いたので、基本セル配列部以外の上記下位積
生成部も繰り返し性の極めて高い構造とすることが可能
となり、2ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器自
体、より多ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器お
よび他の高速加算器に比較して、ハードウェア量、ファ
ン・イン数およびファン・アウト数も少なく集積回路化
に好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係わる並列乗算器を説明
するための図、第2図は上記第1図における2ビットの
キャリー・ルックアヘッド加算器の構成例を示す図、第
3図は従来の並列乗算器を説明するための図である。 11・・・基本セル、12・・・2ビットのキャリー・
ルックアヘッド加算器、13・・・前段の2ビットのキ
ャリー・ルックアヘッド加算器のキャリー・出力信号、
14・・・乗数Yのブースのエンコーダ出力の一信号、
15・・・最下位桁の基本セルの和出力、16・・・基
本セルのキャリー出カ、17・・・1ビット上位の桁の
基本セルの和出力、18・・・2ビットのキャリー・ル
ックアヘッド加算器のキャリー出力、19・・・2ビッ
トの和出力の内のL8B  の和出力、2o・・・MS
B  の和出力。 出願人代理人 弁理士  鈴 江 武 彦第3図 手続補正書 1ゎ69・2・會08 帽神長官 志賀 学 殿 ■、事件の表示 特願昭59−2了6259 号 2、発明の名称 並列乗算器 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 3m 株式会社 東 芝 4、代理人 手続補正書 昭和 ら0.5121日 特許庁長官  志 賀    学  殿1、事件の表示 特願昭59−276259号 2゜発明の名称 並列乗算器 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)  株式会社 東芝 4、代理人 5、自発間圧 7、間圧の内容 +1)  明細書の第6頁第5行目に、「第2図は、」
とあるな、「第1図は、」と訂正する。 (2)  図面の第1図を別紙図面に示す通り訂正する

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)全加算器を含む回路を基本セルとして、この基本
    セルを乗数および被乗数のビット数に基づきアレイ状に
    配置して成る乗算器において、順次部分積を足し込んで
    行く各基本セル列における最下位の基本セルの和出力、
    乗数のブースのエンコーダ出力のうち前記基本セル列に
    共通に入力されている被乗数の補数制御信号、および前
    段の2ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器の桁上
    げ信号をそれぞれ下位桁目の加算入力とし、前記セル列
    の下位から二番目の基本セルの和出力および前記最下位
    セルのキャリー出力をそれぞれ上位桁の加算入力とする
    2ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器を設けたこ
    とを特徴とする並列乗算器。
  2. (2)前記2ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器
    と前記基本セル列から成る段を繰り返して複数段直列接
    続し、前記2ビットのキャリー・ルックアヘッド加算器
    のキャリーは、次段のキャリー・ルックアヘッド加算器
    のキャリー入力端へ直列に与えて下位積を得ることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の並列乗算器。
JP59276259A 1984-12-28 1984-12-28 並列乗算器 Granted JPS61156433A (ja)

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JP59276259A JPS61156433A (ja) 1984-12-28 1984-12-28 並列乗算器
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DE3545433A1 (de) 1986-07-03
JPH0418336B2 (ja) 1992-03-27
DE3545433C2 (ja) 1992-10-01

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