尽现于笔端RTL级并行前缀加法器设计
一、加法器简介
算术逻辑部件主要处理算术运算指令和逻辑运算指令，它的核心单元是加法器。这个加法器是影响算术逻辑部件整体性能的关键部分，因为几乎所有的算术运算和逻辑运算，都要通过它来完成。
加法器结构包括串行进位加法器(Carry Ripple Adder，CRA)、进位跳跃加法器(Cany Skip Adder，CKA)，以及较高速度的进位选择加法器(carry select Adder，CSA)、超前进位加法器(Carry Look ahead Adder，CLA)和并行前缀加法器(Parallel Prefix Adder)等。
除上述五种加法器结构外，还有采取多加法器并联的流水线加法器和专用的加法器，如支持向量的快速加法器等等，本设计主要是用VHDL描述一个RTL级并行前缀加法器。
二、原理及设计思路
并行前缀加法器是超前进位的一种改进结构，它将n位加法器的进位传播信号层次化地分解为m位子组合，并将进位产生和进位传播组织成递归的树型结构。并行前缀加法器使用一种特殊的方式产生各位的进位输出，这种方式称为“前缀运算(Prefix Compution)”。所有进位产生和传播信号并行地通过前缀运算单元进行运算，同时输出进位信号。各个前缀运算单元通过递归的方式连接起来，即可形成整个加法器。
对于并行前缀加法器，有以下定义：
两个操作数：A a0a1...ai...an 1，B b0b1...bj...bn 1。其中0 i,j n 1。同时有操作：gi aibi，pi ai bi，称gi为进位产生位，pi为进位传输位。 这两个操作很好理解：不计进位输入，当ai，bi同时为1时，gi为1，此时会产生进位；如果有进位输入，则ai，bi有一个为1的时候就会产生进位。
由此定义前缀操作“˙”：
gout gi (p1 p0)
(g1,p1)，则 令(gout,pout) (g0,p0)·
p p p10 out
定义前缀操作后，不难发现，前缀只涉及到操作数固定的两对位，而不是整
个操作数，这样就可以将每个进位简单的以某系位表示，而不用整个操作数。虽然从上面看前缀加法器做成一个级联进位加法器更容易，但是由于定义的前缀运算具有结合律，幂等性等优秀性质，所以可将以上串行加法操作转换成并行加法操作。其中，结合律允许前缀等式中的每一个子项进行预计算，这也就意味着上面提到的串行计算可以被分解为多个并行计算的过程。同时，幂等律允许这些并行计算的子项相互之间可以重叠，这样就使并行计算具有很大的灵活性，从而达到快速做加法运算的目的。
