Ripple-Carry-Addierer:Alles, was Sie wissen müssen

Logikschaltungen können sich auf einen Ripple-Carry-Addierer verlassen, um n-Bit-Werte miteinander zu addieren. Als Ergebnis stellt diese digitale Schaltungsimplementierung nützliche Merkmale in vielen Anwendungen bereit. Aufgrund des langsamen Berechnungsprozesses zeigt es jedoch auch eine verzögerte Leistung. Das beinhaltet typischerweise das Warten auf jede Volladdiererstufe, um die Bits in die nächste Volladdiererstufe zu rippen. Ein solcher Prozess wiederholt sich, bis er das Ende erreicht und die Ergebnisse liefert.

Das Verständnis eines Ripple-Carry-Addierers kann etwas verwirrend erscheinen. Vor diesem Hintergrund haben wir diesen Artikel zusammengestellt, um Ihnen zu helfen, mehr Wissen zu diesem Thema zu erlangen. Fangen wir also an!

Was ist Ripple Carry Adder?

Ein Ripple-Carry-Addierer dient als digitale Schaltung, die zwei binäre n-Bit-Zahlen addiert und die Ergebnisse liefert. Seine Struktur besteht aus mehreren Volladdierern, die jeweils kaskadiert verbunden sind. Auf diese Weise wird der Übertragsausgang eines Volladdierers mit dem nächsten Volladdierereingang verbunden.

Ein Diagramm eines 4-Bit-Ripple-Carry-Addierers.

Quelle:Wikimedia Commons

Ein Volladdierer stellt eine Logikschaltung dar, die so ausgelegt ist, dass sie drei Eingänge addiert, während sie zwei Ausgänge erzeugt. Genauer gesagt dienen zwei Eingänge als A und B, während der dritte ein Carry-In-Bit darstellt. (C-IN) Währenddessen repräsentiert ein Ausgang ein Carry-Out-Bit (C-OUT) und der andere repräsentiert ein Summenbit (S). Letztendlich kann eine Volladdiererschaltung mit acht Eingängen verbunden werden, um einen bytebreiten Addierer zu bilden. Dadurch wird ein Übertragsbit von einem Addierer zum nächsten kaskadiert. Das Zusammenfügen von zwei Halbaddiererschaltungen bildet einen Volladdierer.

Ein vollständiges Addierer-Logikdiagramm

Quelle:Wikimedia Commons

Arbeitsprinzipien des Ripple-Carry-Addierers

Jeder Übertrag wird durch eine Volladdiererstufe erzeugt, die dann über ihren Eingang zum nächsten Volladdierer weitergeht. Der gesamte Prozess schreitet fort, bis er den letzten Volladdierer erreicht. Als Ergebnis wird jedes Übertragsausgangsbit zur nächsten Volladdiererstufe gewellt. Insgesamt besteht die wichtigste Operation darin, jede Eingangsbitsequenz zusammenzufügen, wie z. B. 4-Bit-Addierer, 8-Bit-Addierer, 16-Bit-Addierer usw.

Aufgrund der Ausbreitungsverzögerungen der Logikschaltung bleiben die Summen- und Carry-Out-Bits ungültig, bis die Carry-In-Phase abgelaufen ist. Ausbreitungsverzögerungen treten normalerweise aufgrund der Zeit auf, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang vergeht. Wenn zum Beispiel ein NICHT-Gate-Eingang auf 0 gesetzt wird, wird der Ausgang auf 1 konfiguriert usw. Die Ausbreitungsverzögerung definiert, wie viel Zeit zwischen der Ausgangseinstellung auf Null und der Eingangskonfiguration auf Eins vergangen ist. Außerdem definiert die Carry-Fortpflanzungsverzögerung, wie viel Zeit zwischen dem Empfang des Carry-In-Signals und der Carry-Out-Signalimplementierung vergangen ist.

Ripple-Carry-Adder-Wahrheitstabelle

Die Wahrheitstabelle, wie unten gezeigt, bestimmt jeden Ausgabewert für alle Eingaben in einem Ripple-Carry-Addierer.

Eine Welle trägt eine Addierer-Wahrheitstabelle.

Ripple Carry Adder VHDL-Code und Verilog-Code

Um einen Ripple-Carry-Addierer zu implementieren, benötigen Sie den VHDL-Code und den Verilog-Code. Es werden zwei Beispiele bereitgestellt. Der erste beinhaltet einen Zwei-Bit-Ripple-Carry-Addierer. Währenddessen erzeugt das andere Beispiel einen Ripple-Carry-Addierer, der jede Eingabebreite als Parameter erfasst.

Ripple-Carry-Addierer-Anwendungen

Uhren enthalten Ripple-Carry-Addierer

• Führen Sie Additionen für zwei N-Bit-Werte durch
• Digitale Signalverarbeitung und Mikroprozessoren
• Timer
• Rechner
• Uhren
  

Vor- und Nachteile des Ripple-Carries-Addierers

Vorteile

Ein Ripple-Carry-Addierer ist kostengünstig.

Quelle:Wikimedia Commons

• Liefert genaue Ergebnisse durch n-Bit-Addition
• Einfacher Design- und Entwicklungsprozess
• Preiswert

Nachteile

Verzögerungen verursachen eine Unannehmlichkeit für die Gesamtfunktionalität

• Es kann nur ein Volladdierer gleichzeitig arbeiten
• Carry-Bit-Verzögerungen führen dazu, dass es langsam läuft

Trägt Look-Ahead-Addierer

Eine Carry-Look-Ahead-Logik berechnet die Carry-In-Bits, bevor die Summe erreicht wird, wodurch die Zeitverzögerung effektiv reduziert wird. Dies tritt auf, nachdem das Übertragssignal durch zwei Verfahren erzeugt wurde. Der erste beinhaltet sowohl a- als auch b-Bits, die eins entsprechen. Unterdessen beinhaltet der zweite Ansatz entweder den Übertrag und a- oder b-Bits gleich eins. Diese Bits werden in der vorherigen Stufe implementiert, während ein Übertrag am Anfang des Addierers beginnt.

Carry-Look-Ahead-Addierer-Schema.

Quelle:Wikimedia Commons

In einem Ripple-Carry-Addierer verarbeitet jeder Volladdierer das Carry-in-Bit zum nächsten Addierer, bevor er die Summe berechnet. Daher führt dieser Vorgang zu einer langen Verzögerung.

Zusammenfassung

Insgesamt bietet ein Carry-Ripple-Addierer die Möglichkeit, zwei n-Bit-Zahlen in einer digitalen Schaltung zu addieren. Obwohl es sich um einen langsamen Prozess handelt, gibt es dennoch nützliche Anwendungen, die im Wesentlichen bei der digitalen Signalverarbeitung helfen. Auf diese Weise leitet ein Ripple-Carry-Addierer ein Carry-in-Bit zu jeder Volladdiererstufe, bis es den letzten Volladdierer erreicht. An diesem Punkt führt es dann die erforderlichen Berechnungen durch. Carry-Lookahead-Addierer erreichen diese Berechnung jedoch schneller, da sie eine andere Technik verwenden. Dadurch wird die Verzögerungszeit reduziert.

Haben Sie Fragen zu einem Ripple-Carry-Addierer? Sprechen Sie uns gerne an!