Сумматоры групповой структуры (групповой сумматор с цепным переносом, сумматор с условным переносом, сумматор с параллельным и межгрупповым переносом).
1.. Сумматоры групповой структуры
Для ускорения переноса в сумматорах с большим числом разрядов применяют принцип группового переноса. В сумматорах групповой структуры схема с разрядностью n делится на l групп по m разрядов (n = l * m). В группах и между ними возможны различные виды переносов, что порождает множество вариантов групповых сумматоров. Наиболее распространены сумматоры групповой структуры с цепным (последовательным) и параллельным переносом между группами. В самих группах перенос может быть при этом организован любым образом.
Групповой сумматор с цепным переносом при l группах имеет l-1 блок переноса. Блоки переноса включаются последовательно и образуют тракт передачи переноса. Структурная схема группового сумматора с цепным переносом приведена на рис. 5.30. Слагаемые разбиты на m–разрядные поля, суммируемые в группах. Результат также составляется их m–разрядных полей. Блоки переноса
[i=1...(l–1)] анализируют слагаемые в пределах группы, и если из группы должен быть перенос, то он появляется на выходе блока для подачи на вход следующей группы в цепочку распространения переноса от младших групп к старшим.
Переносы определяются формулами, полученными выше для сумматоров с параллельным переносом, но в целом многоразрядный сумматор благодаря объединению из групп существенно упрощается. Все блоки переноса анализируют m – разрядные операнды, т.е. имеют одинаковую сложность, тогда как в сумматоре с параллельными переносами сложность схем переноса постоянно возрастает.
Максимальная длительность суммирования для варианта с цепным =tsm=(l-1)tБП+tГР, где tБП– время задержки в блоке переноса, tГР – время задержки в группе.
В сериях ИС выпускаются сумматоры, которые непосредственно пригодны для составления из них группового сумматора с цепным переносом. В качестве примера можно привести ИС К555ИМ3, содержащие четырехразрядный сумматор с последовательным переносом и блок переноса. Структура микросхемы приведена на рис. 5.31.
Сумматор с параллельными межгрупповыми переносами строится по структуре, сходной со структурой сумматора с параллельным переносом, в котором роль одноразрядных сумматоров играют группы.
Параллельный перенос между группами в сочетании с параллельным переносом, внутри группы дает самые быстрые сумматоры в диапазоне разрядности от 24 до 64. Задержка таких параллельно-параллельных сумматоров не зависит от разрядности и составляет 9-10 задержек элемента используемого базиса. За быстродействие приходится платить и аппаратурные затраты таких сумматоров заметно превышают затраты сумматоров с другими типами переносов. Микросхемы
сумматоров можно объединить в сумматор групповой структуры с помощью специальных блоков ускоренного переноса, рассмотренных далее в 5.5.
Идея построения сумматора с условным переносом такова. При построении сумматора с n разрядами его делят на две равные группы с разрядностями m=n/2. Старшую группу дублируют, так что в схему входят три сумматора с разрядностью m. Схема сумматора с условным переносом приведена на рис. 5.32. На одном суммируется младшие группы разрядов АМЛ и ВМЛ, на втором – старшая группа разрядов операндов при условии сСТвх=1, на третьем – старшая группа разрядов операндов при условии сСТвх=0. После получения результата в младшем сумматоре становится известным физическое значение переноса в старший сумматор, и из двух заготовленных заранее результатов выбирается тот, который нужен в данном случае. Цепь последовательного переноса здесь как бы укорачивается вдвое, так как обе половины сумматора работают параллельно во времени. Структура сумматоров с условным переносом известна давно, со временем вышла из широкого применения, но сейчас вновь используется в СБИС программируемой логики FLEX 8000 фирмы Altera Corp.
В ряде серий микросхем сумматоры отсутствуют. Причиной этого является наличие арифметико-логического устройства, для которого режим суммирования есть один из возможных режимов.