JPH03228121A - 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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JPH03228121A
JPH03228121A JP2341185A JP34118590A JPH03228121A JP H03228121 A JPH03228121 A JP H03228121A JP 2341185 A JP2341185 A JP 2341185A JP 34118590 A JP34118590 A JP 34118590A JP H03228121 A JPH03228121 A JP H03228121A
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carry
adder
signal
block
input
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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
比較的少ないゲ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に実行するにはいわゆるリップ/
l/ −7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(i)及びB(巾ま加えられる
2つのオペランドのそれぞれのビットであり、C1n(
i)  は前段のリップル・アダー・セルからの桁上げ
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(1)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・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、「XOR」は排他的論理和を示す。
or 表       1 i=o  to N−I  DOBCGINK(i )
 = Ali ) + B(i )G(i)= A(i
)・B(1) P(i)= A(i) XORB(i)Cout(i)
 = G(i) + (K(i) −C1n(i−1)
=Cin (i + 1  ) D(ト)= P(i) XORC1n(i)nd リップル・アダーは桁上げ先見回路を付加することによ
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【11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、MO3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1
オン・エレクトロニック・コンピュータース(I 、 
R,E 、Transactions on Elec
tronic Computers )i1960年6
月号、第226頁に、スフランスキ〜(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ロジックを必要
とする。その結果、条件付き和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な発生するセ
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
と比較して全加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くおさえることがで
きる。
本発明はまた増分器(incrementor )やプ
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MO8技術のいずれによりLSIを製
造した場合でも、設計上の複雑化を抑えて安価に構成す
ることができる。
以下、図面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を用い
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う。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
上げ加算器A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(O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。すなわちフロックOに2
つのセル、ブロックlK3つのセル、そしてブロック2
に4つのセルを備工ている。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(can t 
1nue )セル、そしテヒット番号4はエンド・セル
で、fiル。
表 2 リップル・アダ 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善人 条件付き桁上げ加算器B 表 全加算器に対して: Cin ブロック(01= C団加算器各ブロック」に
対して: Cin 0(0) = 0 Cin 1(01= 1 Coutブ(77り(j) =Cout □ (ima
x)+(Cout 1 (i max)−Cinブロッ
ク())〕=C1nブロック(j+1) ブロック」の各ビット1に対して: K (11: A (i)+ B (i)G(i)=A
(il・B(1) P(it = A(i) XORB(i)Cout Cout 0(+) 1(i) G(i)+ (K(il ・Cin O(i) 〕=C
1nO(i+1) G(i)+(K(il ・Cin 1(i))= Ci
n l (i+I  ) C1n(i) = Cin 0(i)+ (Cin 1
 (i) ・C])(i)= P(i) XORC1n
(i)nブロック(J)〕 基本的に、各ブロックに於て(例えば」二〇〜2に於て
)2つのリップル桁上げ出力Cout Q(i)及びC
out 1(il  が発生される。各ブロックのスタ
ト・セルに於て桁上げ入力C1nQ及びC1n1はそれ
ぞれ0°°及び”l ”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入力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(」)を発生する。J=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−C
in Q及びCoutl −Cin 1 )が同時に次
々と伝搬される。ブロック0は最初にその桁上げ出力を
発生し、そしてブロックlに伝搬す八その後、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を最小にした場合、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23.4・・・・・・等
)に増加するから、全遅延時間はオペランドのビット長
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K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
C1n0二1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  BEG
INoout O(0,i )−Afil ・Bfil
 −GtilOoul 1 (0,i )= Afil
 + Bfil −K11lPfi+        
−Alil XORB+i)nd FOr j−1to LOG2N W−2本本。
O EGIN For K −Oto  (N/W−1)LO−K”W Ll −(K”W−4−W/2 ) L2− (K”W+W) D。
EOIN For コ −(LO) ro(Ll −1)D。
EOIN CoutO(j、  自 )−Cout0(j−1,1
)Coull(j、 1)−Oou口(j−1,i)n
d For −(L−1)Io (L2−1)Do  BEGINC
ou+ 0 (i。
0ou+ l (j。
i) −0ou+0(j−1,i)+(Coull (
j−1・Cout 0(j−L Lt −1) )i)
 −Cout O(i −1,i )+(Cout I
 (i−1゜−Coutl (j ’2. Lt −1
))I) ) nd C1n(01−Cin加算器 K −LOG2υ For  i  −OIo (N−1) DOBEGI
ND(息1−PfilXORO団(i+ C7n(i+1)−CoutO(K、I)+C0our
l(K。
nd )・CIn加算司 Cout加算器−Cin(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Cout O(J T ’ )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l゛′はビット番号である
とする。この目的lま、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
行するとともに、またこのブロック用の桁上げ出力Co
ut 1及びCout Oを発生する。
第4図のステージ4に示される様K、各ビットに対して
の最終的な桁上げ入力(表4のCout □(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入力Cin が各ビットに対
する正しい桁上げ入力(表4のCin (i+1) )
な選択する。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ピット−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BE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器おける第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Oで発生されるK 、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、Ci口倍信号l゛にセットすることができる。この
様にして、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ウを全て除去するこ
とにより、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3
A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図の継続セルは各フロックに
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・プライオリテイ・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
1°′にセットされている。
この実施例に於ては 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”O“が与えられ
ているのである)。各出力セルは3状態バツフア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)〜AOω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、A(
1)桁は0゜0.1に、等々、A(力桁の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個のバッ
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個のバッファ(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ピント・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状態バツフア
を追加することに加えて、冗長ゲー友 ト除却の技法により、第3A図に示した条件付き桁上げ
加算器Aを基に第8図に示したプライオリティ・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フル・アダーの1ピント
分を示す回路図、第2図は従来技術にかかる桁上げ先見
加算器を示す回路図、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を示す回路図、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IG B 手 続 補 正 書 平成2年12月28日 ■。 事件の表示 に2 、3(1//と亡 平成2年11月30日付け提出の特許願(5)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パロアルトハ
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】 複数のブロックを設け、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、前記各ブロック
    は下記の(A)及び(B);(A)当該ブロックを開始
    /継続する複数のスタート/継続セル手段:前記スター
    ト/継続セル手段の各々は下記の(A−1)ないし(A
    −4)を有する; (A−1)前記オペランドからの第1の桁を受け入れて
    第1の論理出力信号を与える第1入力手段; (A−2)前記第1入力手段からの第1の論理出力信号
    と第1の桁上げ入力信号を組み合わせて、第1の桁上げ
    出力信号を与える第1桁上げ手段; (A−3)第1のブロック・イネーブル信号を当該スタ
    ート/継続セル手段を貫くように結合する第1ブロック
    ・イネーブル手段; (A−4)前記第1入力手段からの論理出力信号と、前
    記第1のブロック・イネーブル信号と、前記第1の桁上
    げ入力信号と、第1の2進重み付け信号とを組み合わせ
    て、第1の複数のコード化された出力信号を与える第1
    エンコーダ出力手段; (B)前記ブロックの各々を終了させるエンド・セル手
    段;前記エンド・セル手段は下記の(B−1)ないし(
    B−4)を有する; (B−1)前記オペランドからの第2の桁を受け入れて
    、第2の論理出力信号を与える第2入力手段; (B−2)前記第2入力手段からの第2の論理出力信号
    と先行するセル手段からの第2の桁上げ入力信号とを組
    み合わせて、第2の桁上げ出力信号を与える第2桁上げ
    手段; (B−3)前記第2の桁上げ出力信号を第2のブロック
    ・イネーブル信号と組み合わせて、最終のブロック・イ
    ネーブル信号を与える第2ブロック・イネーブル手段; (B−4)前記第2入力手段からの論理出力信号と、前
    記第2のブロック・イネーブル信号と、前記第2の桁上
    げ入力信号と、第2の2進重み付け信号とを組み合わせ
    て、第2の複数のコード化された出力信号を与える第2
    エンコーダ出力手段; を設け、 前記複数のブロックは前記最終ブロック・イネーブル信
    号と前記複数のコード化された出力信号のみによって直
    列に接続され、 前記ブロックの各々は直列接続された可変個数のスター
    ト/継続セル手段を有し、 前記直列接続された可変個数のスタート/継続セル手段
    は前記第1の桁上げ出力信号と、前記第1のブロック・
    イネーブル信号と、前記複数のコード化された出力信号
    とによって互いに直列に接続され、 前記ブロックの各々の最後の前記スタート/継続セル手
    段は、前記第1の桁上げ出力信号と、前記第1のブロッ
    ク・イネーブル信号と、前記複数のコード化された出力
    信号によって前記エンド・セル手段に直列に結合され、 前記直列に接続されている複数のブロック中の前記可変
    個数のスタート/継続セル手段の個数は等差数列的に増
    加する ことを特徴とするプライオリティ・エンコーダ。
JP2341185A 1982-08-23 1990-11-30 プライオリティ・エンコーダ Granted JPH03228121A (ja)

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US41080782A 1982-08-23 1982-08-23
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ID=23626312

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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