專利名稱：用于快速乘法部件的多進(jìn)位保留矢量加法器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及到一種用于快速乘法部件的多進(jìn)位保留矢量的加法器鏈的構(gòu)成。
乘法器部件，是計(jì)算密集型的高性能數(shù)字計(jì)算機(jī)中的一個(gè)極為關(guān)鍵的單元，為了提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，乘法部件通常要用復(fù)雜的電路構(gòu)成，這種構(gòu)成又限制了運(yùn)算速度的進(jìn)一步提高。因此，乘法器性能的選取，就直接影響到進(jìn)行計(jì)算密集型應(yīng)用的計(jì)算機(jī)的整體性能。對(duì)于典型的二進(jìn)制乘法器，目前較多使用的是一種稱之為Wallace CSA樹(shù)的結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)單元為進(jìn)位保留加法器(CSA)，按照Wallace樹(shù)構(gòu)造法，兩個(gè)k位數(shù)A，B之積P=A×B=Σi=0k-1Pi]]>部分積Pi有(k＋i)位長(zhǎng)，尾部有i個(gè)零，其余k位為ABi。Pi由部分積再編碼邏輯電路產(chǎn)生，然后是若干個(gè)CSA構(gòu)成的Wallace CSA樹(shù)，末端由進(jìn)位傳送加法器(CPA)完成。此種結(jié)構(gòu)，當(dāng)輸入位數(shù)k很大時(shí)，是相當(dāng)龐大冗長(zhǎng)的，由于鏈路數(shù)的增加，致使速度降低而無(wú)法滿足越來(lái)越需要的高速度要求。這就有待進(jìn)一步提高，去尋求一種具有更快速度、更合適規(guī)模的結(jié)構(gòu)方案問(wèn)世。
本發(fā)明的目的，是為了克服現(xiàn)有的乘法部件運(yùn)算速度不夠快的缺陷，需要重新設(shè)計(jì)一種加快乘法部件運(yùn)算速度的加法器結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是依靠下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種用于快速乘法部件的多進(jìn)位保留矢量加法器，為m個(gè)n位輸入數(shù)X1，X2，Λ，Xm之和的邏輯網(wǎng)絡(luò)，將產(chǎn)生[log2m]+1個(gè)[log2m]+n位輸出數(shù)Y1，Y2，Λ， ，簡(jiǎn)記為MCSA(m)，設(shè)Xi=(xn-1ixn-2iΛx1ix0i)]]>，其中i＝1，2，3，Λ，m，任一第j數(shù)位列中m個(gè)數(shù)執(zhí)行按位加操作，結(jié)果為按位和Σi=1mxji=(yj+p-1pΛyj+12yj1)]]>，其中j＝0，1，2，3，Λ，n－1，p=[log2]+1 」表示截?cái)嗳≌\(yùn)算。按位和的每一個(gè)數(shù)位yji上標(biāo)為不同輸出數(shù)的標(biāo)號(hào)，有p個(gè)；下標(biāo)為每個(gè)輸出數(shù)內(nèi)數(shù)位的標(biāo)號(hào)，有n個(gè)，其余的補(bǔ)零；將其按權(quán)重分配在不同的輸出數(shù)y1，Y2，Λ，YP中，具體表示如下Y1=(0ΛΛΛΛΛ0yn-11ΛΛΛΛΛyi1ΛΛy11y01)]]>Y2=(0ΛΛΛΛ0yn2ΛΛΛΛΛyi+12ΛΛy22y120)]]>MN N N N MYj=(0Λ0yn+1-2jΛΛΛy1+j-1jΛΛyjjyj-1j0Λ0)----(1)]]>MN N N N MYP=(yn+p-2pΛΛyi+p-1pΛΛyppyp-1p0ΛΛΛΛ0)]]>上式中，Y1為本位和。與CSA所不同的是，進(jìn)位矢量有p-1個(gè)Y2，Y3，Λ，Yp，通常所謂的CSA不過(guò)是MCSA的特例，即MCSA(3)，其輸入輸出關(guān)系為yi1=yi1(xi1,xi2,Λ,xim)=S(A1|m)]]>yi2=yi2(xi1,xi2,Λ,xim)=S(A2|m)]]>MM M (2)yip=yip(xi1,xi2,Λ,xim)=S(Ap|m)]]>i＝1，2，Λ，n－1其中，S(Ai|m)為m個(gè)變量，特征集為Ai的對(duì)稱函數(shù)，Ai＝{2ik＋2i-1，2ik＋2i－1＋1，Λ，2ik＋2i－1}(3)
且i＝1，2，Λ，p；k＝0，1，2，Λ；max(Ai)≤m由(2)，(3)結(jié)合對(duì)稱邏輯函數(shù)的有關(guān)定理公式可直接得到MCSA(m)的具體邏輯表達(dá)式，而勿需采用繁雜的真值表法。
按照以上MCSA(m)的定義，現(xiàn)在，我們用MCSA(m)構(gòu)造一個(gè)鏈狀結(jié)構(gòu)的乘法器，鏈中節(jié)點(diǎn)為MCSA(m)，首端仍為部分積再編碼邏輯電路，中間為MCSA(m)鏈，鏈接規(guī)則為上一節(jié)點(diǎn)的出度等于下一節(jié)點(diǎn)的入度，末端為CPA。
本方案的積極效果是，由多進(jìn)位保留矢量加法器MCSA鏈構(gòu)成的硬件乘法器，具有速度快，規(guī)模適中的優(yōu)點(diǎn)。與目前最廣泛使用的最佳方案Wallace CSA樹(shù)方法比較，具有更快的速度和更合適的規(guī)模。以一個(gè)16×16的Wallace CSA樹(shù)的構(gòu)成為例，其鏈路數(shù)為8，節(jié)點(diǎn)數(shù)為16；而用本發(fā)明方案構(gòu)造同樣一個(gè)16×16的MCSA鏈乘法器的結(jié)構(gòu)，其鏈路數(shù)為5，節(jié)點(diǎn)數(shù)為5，因而本發(fā)明的后一種結(jié)構(gòu)方案比之前一種結(jié)構(gòu)方案，鏈路數(shù)減少3層，節(jié)點(diǎn)數(shù)減少11個(gè)。根據(jù)鏈路數(shù)越小速度越快；節(jié)點(diǎn)數(shù)越少結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單的道理，可知，采用MCSA方法比原有的Wallace CSA樹(shù)方法更具有快速性及簡(jiǎn)潔性。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例。


圖1為一個(gè)16×16的Wallace CSA樹(shù)乘法部件；圖2為采用本發(fā)明的一個(gè)16×16的MCSA鏈乘法部件；圖中CSA1、CSA2、CSA3、CSA4、CSA5、CSA6、CSA7、CSA8、CSA9、CSA10、CSA11、CSA12、CSA13、CSA14為進(jìn)位保留加法器；MCSA(3)、MCSA(5)、MCSA(16)為多進(jìn)位保留矢量加法器；CPA為進(jìn)位傳送加法器。
具體實(shí)施例，給出了計(jì)算機(jī)運(yùn)算器中不同規(guī)模乘法部件的兩種結(jié)構(gòu)方案的實(shí)際比較，即MCSA鏈乘法部件結(jié)構(gòu)與Wallace CSA樹(shù)乘法部件結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)與復(fù)雜度指標(biāo)的對(duì)比，其中，性能用鏈路數(shù)表示，復(fù)雜度用節(jié)點(diǎn)數(shù)表示。從下列表中我們看到，隨著乘法規(guī)模的增大，MCSA鏈乘法部件的鏈路數(shù)變化不大，而Wallace CSA樹(shù)乘法部件的鏈路數(shù)卻接近于線性增加，對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)，MCSA鏈乘法部件的變化也不大，而Wallace CSA樹(shù)乘法部件的卻呈指數(shù)增加。
表MCSA鏈乘法部件與CSA樹(shù)乘法部件之性能復(fù)雜度比較

由此體現(xiàn)了本發(fā)明的MCSA鏈結(jié)構(gòu)具有更快捷的速度及更簡(jiǎn)練的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于快速乘法部件的多進(jìn)位保留矢量加法器，其特征在于，設(shè)定有m個(gè)n位輸入數(shù)X1，X2，Λ，Xm之和的邏輯網(wǎng)絡(luò)，將產(chǎn)生 位輸出數(shù)Y1，Y2，Λ， ，簡(jiǎn)記為MCSA(m)，設(shè)Xi=(xn-1ixn-2iΛx1ix0i)]]>，其中i＝1，2，3，Λ，m，任一第j數(shù)位列中m個(gè)數(shù)執(zhí)行按位加操作，結(jié)果為按位和Σi=1mxji=(yj+p-1pΛyj+12yj1),]]>其中j＝0，1，2，3，Λ，n-1，p=[log2m]＋1， 」表示截?cái)嗳≌\(yùn)算；按位和的每一個(gè)數(shù)位yji上標(biāo)為不同輸出數(shù)的標(biāo)號(hào)，有p個(gè)；下標(biāo)為每個(gè)輸出數(shù)內(nèi)數(shù)位的標(biāo)號(hào)，有n個(gè)，其余的補(bǔ)零；將其按權(quán)重分配在不同的輸出數(shù)Y1，Y2，Λ，YP中，具體表示如下Y1=(0ΛΛΛΛΛ0yn-11ΛΛΛΛΛyi1ΛΛy11y01)]]>Y2=(0ΛΛΛΛ0yn2ΛΛΛΛΛyi+12ΛΛy22y12)]]>M N N N NMYj=(0Λyn+j-2jΛΛΛyi+j-1jΛΛyjjyj-1j0Λ0)]]>M N N N NMYP=(yn+p-2pΛΛyi+p-1pΛΛyppyp-1pΛΛΛΛ0)]]>上式中，Y1為本位和；與CSA所不同的是，進(jìn)位矢量有p-1個(gè)Y2，Y3，Λ，YP。
2.按照權(quán)利要求1所述的加法器，其特征在于，用MCSA(m)構(gòu)造一個(gè)鏈狀結(jié)構(gòu)的乘法器，鏈中節(jié)點(diǎn)為MCSA(m)，首端仍為部分積再編碼邏輯電路，中間為MCSA(m)鏈，鏈接規(guī)則為上一節(jié)點(diǎn)的出度等于下一節(jié)點(diǎn)的入度，末端為CPA。
全文摘要
用于快速乘法部件的多進(jìn)位保留矢量的加法器,為m個(gè)n位輸入數(shù)之和的邏輯網(wǎng)絡(luò),將產(chǎn)生[log
文檔編號(hào)G06F7/544GK1334508SQ00121069
公開(kāi)日2002年2月6日 申請(qǐng)日期2000年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月18日
發(fā)明者柳士俊 申請(qǐng)人:柳士俊