行波进位（Ripple Carry）与超前进位（Loodahead Carry)

本来是想研究CPU硬件设计中的中断控制器，找到了magic1的电路图，在分析ALU部分时发现以下电路：

 

查了一下74F382的芯片资料，比较简单，就是进行4位算术/逻辑运算，并输出进位标志C和溢出标志V：

  

74F381也是ALU，S0~S2所选择的功能跟74F382一样，但它的输出就复杂了一点，多了P和G信号。

    

原来，它是为了构建“超前进位”运算单元：

与之相比，使用74F382只能构建“行波进位”：

 

那么，为什么要使用381配合182来产生“超前进位”呢？74F182又是什么呢？它叫“Carry Lookahead Generator”

   

超前进位有什么好处呢？就是为了减少传输延时。不再需要等到低位的计算结果出来后才知道是否进位，才能计算高位的结果。

具体原理为：计算某一位的进位标志 C为输入（A、B、Cin）的三选二表决结果。即：

由此来表示4个全加器的进位输出为：

最终我们需要得到的是C4，经过换算，C4=G3+P3·G2+P3·P2·G1+P3·P2·P1·G0+P3·P2·P1·P0·C0

具体请参考附录的文献1.

 

再回过头来看magic1的电路。

如果只是需要计算16位的结果，只需要三个74381（U1，U2，U3）加一个74382（U5），再配合74182（U6）即可。而U4（74382）的作用是，为了得到低8位的结果标志C和V。

U6右边的一堆或非门和与非门是为了得到低8位和全16位的零标志Z。

 

 

 

参考文献：

1- 加法器的优化——超前进位加法器（Carry-Lookahead Adder，CLA）

https://www.jianshu.com/p/6ce9cad8b467

 

2-Magic1 Homebrew CPU电路原理图

http://www.homebrewcpu.com/Magic1.pdf