Kogge Stone Adder: circuit, funcționare, avantaje, dezavantaje și aplicațiile sale

Un sumator este un tip de circuit digital din electronica digitală care este utilizat pentru a efectua operații de adăugare. Chiar și operația de înmulțire depinde în principal de succesiunea acestei operații. Deci, acestea pot fi implementate pur și simplu în moduri diferite cu tehnologii diferite la diferite game de arhitecturi. Designul de adaos de mare viteză și fiabil este obiectivul principal în aplicațiile încorporate și operațiunile de filtrare. Există diferite tipuri de adaosuri disponibile, cum ar fi adaugăr de transport ondulat , Adder Kogge-stone, Spanning Tree Adder, Brent Kung Adder, Adder Prefix paralel, Carry Look Ahead Adder, Sparse Kogge-stone Adder, etc. Acest articol discută o privire de ansamblu asupra Kogge Stone Adde r sau KSA.

Ce este Kogge Stone Adder?

Adderul Kogge–Stone sau KSA este o formă paralelă a prefixului CLA (adăugător de anticipare) . Acest agregator folosește mai multă zonă pentru implementare în comparație cu agregatorul Brent-Kung, deși are un ventilator scăzut în fiecare etapă, ceea ce îmbunătățește performanța nodurilor de proces CMOS tipice. Dar, congestia cablajelor este adesea o problemă pentru KSA.

Kogge Stone Adder sau KSA este un agregator foarte rapid utilizat în diferite procesări de semnal procesoare (SPP) pentru a efectua cea mai bună funcție aritmetică. Deci viteza de funcționare a acestui sumator poate fi restricționată prin transmiterea de la intrare la ieșire. În general, KSA este un agregator de prefix paralel care are specialitatea celei mai bune adaosuri în funcție de timpul de proiectare, care este utilizat pentru circuite aritmetice bazate pe performanțe înalte din industrie.

Schema de circuit a sumătorului de piatră Kogge

Diagrama Kogge-Stone Adder este prezentată mai jos.  Acest tip de adaos este considerat pur și simplu cel mai rapid și cel mai comun design de adaos de arhitectură, în special pentru adaosele de înaltă performanță din industrie. În acest tip de adaos, purtătorii sunt generați foarte rapid prin calculul lor în paralel la costul de suprafață crescut.

Structurile arbore ale semnalelor de propagare și generare de transport sunt prezentate în diagrama de mai jos. În acest agregator, rețeaua de generare Carry este un bloc foarte semnificativ care include trei blocuri; Celulă neagră, celulă gri și tampon. Deci, celulele de culoare neagră sunt utilizate în principal în calcularea semnalelor de generare și propagare, celulele gri sunt utilizate în principal la calcularea semnalelor de generare care sunt necesare în calculul sumei în etapa de post-procesare, iar tampoanele sunt utilizate în principal pentru echilibrarea efect de încărcare.

Cum funcționează Kogge Stone Adder?

Adder-ul Kogge-Stone urmărește biții de „generare” și „propagare” în interior pentru intervale de biți similare cu toate sumatoarele de tip carry-lookahead. Începem cu intervale de 1 bit, oriunde o singură coloană din adăugare produce un bit de transport când ambele intrări sunt 1 (ȘI logic) și un bit de transport se va propaga dacă exact o intrare este 1 (XOR logic). Astfel, Kogge-Stone Adder include în principal trei etape de procesare pentru calcularea sumei biților; etapa de pre-procesare, rețeaua de generare Carry și etapa de post-procesare. Deci, acești trei pași sunt implicați în principal în această operație de adunare. Aceste trei etape sunt discutate mai jos.

Etapa de preprocesare

Această etapă de preprocesare implică calculul atât a semnalelor generate, cât și a celor propagate, echivalente fiecărei perechi de biți din A și B.

Pi = Ai x Bi
Gi = Ai și Bi

Carry Generation Network

În etapa de generare a transportului, calculăm transporturi echivalente pentru fiecare bit. Deci executarea acestor operațiuni poate fi efectuată în paralel. După calculul transportului în paralel, acestea sunt segmentate în bucăți minore. Ca semnale intermediare, utilizează semnale de transport propagare și generare care sunt specificate de ecuațiile logice de mai jos.

CPi:j = Pi:k + 1 și Pk:j
CGi:j = Gi:k + 1 sau (Pi:k + 1 și Gk:j)

Postprocesare

Această etapă de post-procesare este foarte comună pentru toți adaugătorii de familie cu anticipare și implică calcularea sumei biților.

Ci – 1 = (Pi și Cin) sau Gi
Si = Pi = x sau Ci – 1

Adder Kogge-Stone pe 4 biți

În sumatorul Kogge-Stone pe 4 biți, fiecare etapă verticală generează un bit de „propagare” și un bit de „generare”. Transporturile sunt generate în etapa finală în care acești biți sunt XOR prin prima propagare după intrarea în casetele pătrate pentru a genera suma biților.

De exemplu; dacă propagarea este calculată de XOR când A=1 & B=0, atunci generează propagarea o/p ca 1. Aici, valoarea generată poate fi calculată cu AND când A = 1, B = 0 și generarea Valoarea o/p este 0. În mod similar, toți biții de sumă sunt calculați pentru intrări: A = 1011 & B = 1100 Ieșiri apoi suma = 0111 și poartă Cout = 1. În acest sumator continuați cu cele cinci ieșiri din expansiunea de mai jos.

S0 = (A0 ^ B0) ^ 𝐶𝐼𝑁.
S1 = (A1 ^ B1) ^ (A0 & B0).
S2 = (A2 ^B2) ^ (((A1 ^ B1) și (A0 și B0)) | (A1 și B1)).
S3 = (A3 ^ B3) ^ ((((A2 ^ B2) și (A1 ^ B1)) și (A0 și B0)) | (((A2 ^ B2) și (A1 și B1)) | (A2 și B0)) |
B2))).
S4 = (A4 ^ B4) ^ ((((A3 ^ B3) și (A2 ^ B2)) și (A1 și B1)) | (((A3 ^ B3) și (A2 și B2)) | (A3 și B3) ))).

Avantaje și dezavantaje

The avantajele viperului Kogge Stone  includ următoarele.

• Adderul de piatră Kogge este un adăugător foarte rapid
• Aceasta este o versiune avansată pentru sumatori de prefixuri paralele
• Acest adunator ajută la reducerea consumului de energie, precum și a întârzierii, în comparație cu alte tipuri de logică convențională.
• Se concentrează pe timpul de proiectare și este cel mai bun pentru aplicații de înaltă performanță.
• Acest agregator este foarte eficient pe filtrul FIR în comparație cu alte tipuri de adaosuri printr-o reducere uriașă a puterii de calcul, suprafeței și timpului.

The dezavantajele viperului Kogge-stone  includ următoarele.

• Acest agregator folosește mai multă zonă pentru implementare în comparație cu sumatorul Brent-Kung, deși are mai puțină ventilație în fiecare etapă, ceea ce îmbunătățește caracteristica tipică. CMOS performanța nodului de proces.
• Pentru viperele Kogge–Stone, congestia cablurilor este adesea o problemă.

Aplicații

Aplicațiile agregatorului Kogge–Stone includ următoarele.

• Adderul Kogge Stone este utilizat în diferite procesoare de procesare a semnalului pentru a efectua funcții aritmetice foarte rapide.
• Aceasta este o extensie pentru adăugarea de anticipare a transportului, folosită pentru a efectua adăugare foarte rapidă în sistemele de calcul de înaltă performanță.
• Acest tip de adaos este utilizat în aplicațiile de procesare a semnalului.
• Acest adunator este utilizat pe scară largă în industrie, în principal pentru circuite aritmetice de înaltă performanță.
• Acest tip de adaos este folosit în mod normal pentru viperele largi, deoarece demonstrează cea mai mică întârziere între alte structuri.
• KSA ajută la adăugarea de numere mai mari utilizând mai puțină suprafață, putere și timp.
• Este utilizat pe scară largă în diferite sisteme VLSI, cum ar fi microprocesor arhitectură și arhitectură DSP specifică aplicației.

Ce este un sumător de prefix paralel?

Adunatorul de prefix paralel este un tip de adunator care utilizează operația de prefix pentru a efectua adăugarea eficientă. Aceste adaosuri sunt derivate din adaosul carry look-ahead și sunt potrivite pentru adăugarea binară prin cuvânt larg.

Care sumator este potrivit pentru adăugare rapidă?

Un adunator cu anticipare de transport este potrivit pentru adăugarea rapidă în logica digitală, deoarece acest adunator pur și simplu îmbunătățește viteza prin scăderea timpului necesar pentru a decide transportarea biților.

Ce este algoritmul de adunare Kogge-Stone?

Algoritmul de adunare Kogge-Stone este o structură a unui prefix paralel CLA care are un fan-out scăzut în fiecare etapă pentru a-l face mai eficient în nodurile normale de proces CMOS.

Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra viperului Kogge-Stone care este cea mai cunoscută versiune de adăugare de look-ahead. Acest adunator pur și simplu produce semnalele de transport într-un timp O (log2N) și este în general considerat cel mai bun design de adunator. Așadar, acest agregator are cea mai frecventă arhitectură, în principal pentru agregatorii de înaltă performanță din industrie. Astfel, acest KSA include un aspect obișnuit și este sumatorul special datorită celei mai mici ventilații sau adâncimii logice cele mai mici. Așadar, acest adăugător devine un adăugător foarte rapid, cu o suprafață mare. Iată o întrebare pentru dvs., ce este un adaugăr de anticipare de transport?