SystemVerilog中的内置原语列在表1-1中： 表1-1:SystemVerilog门级原语 原语 描述 与and 具有2个或更多输入和1输出的与门 与非门nand 具有2个或更多输入和1输出的与非门...UDP以表格格式定义，表格中的每一行列出一组输入值和结果输出值。组合逻辑和顺序逻辑（如触发器）原语都可以定义。 图1-4显示了带进位的1位加法器的门级电路。...图1-4：带进位的1位加法器，用逻辑门表示示例1-1；带进位的1位加法器的SystemVerilog门级模型 `begin_keywords "1800-2012" module gate_adder...行为模型在两个方面与RTL有所不同。 •RTL程序块在单个时钟周期内执行其编程语句，如果是组合逻辑，则在零周期内执行。行为模型过程块可以使用任意数量的时钟周期来执行其语句。...事务模型通常用于验证代码中，并且通常使用SystemVerilog的面向对象编程结构进行建模。 RTL综合编译器无法综合抽象的行为和事务级别，本系列中也没有讨论.
实验内容与原理说明 本实验设计一个16位二进制的超前进位全加器模块，用来实现16位二进制的加法，超前进位加法器的结构如下图。下图为一个四位超前进位加法器的结构图。...印象较深的是在数据流描述中，通过层次化设计方法实现的结构，这个加法器是使用了16个全加器进行连接和信号传递组成的，而一位全加器是由两个半加器以及一个或门所构成，这个全加器的组成和描述频繁使用了元件例化语句...，制成了超前进位加法器，这是对全加器的一种创新。...这也正是超前进位二进制全加器的思想。 在16位的BCD码加法器的设计中，用4个数与4个数进行加和，通过BCD码输出结果。...通过此次设计对全加器的设计和实现，积累和总结了不少的经验，锻炼了我的独立工作和实际动手能力，加深了对计算机中的全加器工作原理的认识，提高了对复杂的综合性实践环节具有分析问题、解决问题、概括总结的实际工作能力
全加器是将三个输入相加并产生两个输出的加法器，前两个输入是 A 和 B，第三个输入是进位C-IN 的输入。输出进位指定为 C-OUT，正常输出指定为 S，即 SUM。...半加器产生两个输入的和。 全加器是一种组合逻辑电路，它对三个一位二进制数执行加法运算。全加器产生三个输入和进位值的总和。 2 上一次进位 不使用前一个进位。 使用前一个进位。...3 输入 在半加器中，有两个输入位（A，B）。 在全加器中，有三个输入位（A、B、C-in）。 4 输出 输出是两位和 和Carry 。 输出是 2 位的和和 3 位输入的Carry。...加法器将两个 3 位数字和一个进位相加产生一个 3 位和和进位。为了鼓励例化全加器，还要输出纹波进位加法器中每个全加器的进位。cout[2] 是最后一个全加器的最终进位，也是通常看到的进位。...最后我这边做题的代码也是个人理解使用，有错误欢迎大家批评指正，祝大家学习愉快~ 代码链接： https://github.com/suisuisi/SystemVerilog/tree/main/SystemVerilogHDLBits
---- 正文 超前进位加法器 超前加法器由许多级联在一起的全加法器组成。 它仅通过简单的逻辑门就可以将两个二进制数相加。 下图显示了连接在一起以产生4位超前进位加法器的4个全加器。...超前进位加法器类似于纹波提前加法器。 不同之处在于，超前进位加法器能够在完全加法器完成其运算之前计算进位。 这比起波纹加法器具有优势，因为它能够更快地将两个数字加在一起。 缺点是需要更多逻辑。...您会发现在设计FPGA和ASIC时，执行速度和使用的资源之间通常会达到平衡。 ? 4位超前进位加法器 所谓超前进位，就是在加法运算得到结果之前，得到进位，如何判断是否进位呢？...伪代码表示为：Gi = Ai & Bi; 第一步确定了一定进位的情况，这一步确定可能进位的情况，也就是Ai或Bi有一个1，可以使用或门判断，伪代码为：Pi = Ai | Bi; 这一步进一步确定第二部不确定的情况...逻辑设计 使用参数化的方式定义位宽为 WIDTH，且使用generate for循环语句来进行全加器例化以及进位产生，设计文件如下： `include "full_adder.v" module
大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。 一、串行（行波）进位加法器 进行两个4bit的二进制数相加，就要用到4个全加器。那么在进行加法运算时，首先准备好的是1号全加器的3个input。...二、超前进位加法器（Carry-Lookahead Adder，CLA） 用前一个全加器的参数来表示后面的进位输出（Cout），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...并不需要前一个全加器运算输出，由此我们得到了提前计算进位输出的方法， 用这样的方法实现了加法器就被称为 超前进位加法器（Carry-Lookahead Adder，CLA）。 ...根据上面的优化算法，我们重新绘制了CLA的布线方式： 那么使用CLA来进行加法运算的效率如何呢？...因此通常的实现方法， 是采用多个小规模的超前进位加法器拼接而成一个较大的加法器，例如，用4个8-bit的超前进位加法器连接成32-bit加法器。
这种加法器的缺点是计算进位输出的延迟是相当慢的(最坏的情况下，来自于进位输入)。并且如果前一级加法器计算完成之前，后一级加法器不能开始计算。这又使得加法器的计算延迟变大。...牛刀小试 这次来实现一个改进型的加法器，如下图所示。第一级加法器保持不变，第二级加法器实现两个，一个假设进位为0，另一个假设进位为1。然后使用第一级结果和2选一选择器来选择哪一个结果是正确的。...具体使用哪个主要取决于使用哪个更方便。过程块内的代码与外部的assign代码不同。过程块中可以使用更丰富的语句(比如if-then,case)，但不能包含连续赋值*。但也引入了一些非直观的错误。...(在SystemVerilog中，使用always_comb) 牛刀小试 使用assign语句和组合always块来构建与门。...在组合always块中，使用阻塞性赋值。在时序always块中，使用非阻塞性赋值。
通常我们所使用的加法器一般是串行进位，将从输入的ci逐位进位地传递到最高位的进位输出co，由于电路是有延迟的，这样的长途旅行是需要时间的，所以为了加快加法器的运算，引入了超前进位全加器。...这两个公式的电路图看起来不一样，但其实是一样的，同一个功能的电路可以有不同的描述方式。而且把co这两个表达式展开，观察其最小项表达式（画卡诺图），最终的结果也是一样的和真值表完全相符。...不过实际中CPU采用的是超前进位和串行进位集合，并行设计占面积，串行设计速度慢，尽量做到面积与速度之间的权衡。 ...博主最近要学Verilog设计一个32位的简易CPU，其中ALU中想用上32位超前进位全加器。对于32位超前进位全加器，也是一样的方法。...我选择的是三级并行设计，即四个四位超前进位全加器组间并行实现16位超前进位全加器，两个16位超前进位全加器组间并行实现32位超前进位全加器，至于两级并行还是多级并行看自己选择了。
图片算术单元二进制中，1=true，0=false两个数字相加加法电路半加器（不可处理进位）两个bit（bit是0或1）相加。两个输入A B，一个输出为AB的和。...把输入的两个线接到专门用于处理进位的AND逻辑门中，这样一个一位的加法器（此时不能处理进位的输入，也叫做半加器）就做好了图片抽象封装为独立组件将其封装为一个单独的组件。...因此使用OR门连接到两个半加器的进位相连输出到全加器的CARRY输出中解释：注意这仍然是一个一位的加法器只不过是比半加器支持多输入一个进位，这种加法器叫做全加器。...第三位，第四位以此类推.....看图：第一位的计算使用半加器之后使用全加器(注意全加器的输入C是上一个加法器的进位输出)不断的进行计算，最后将sum0，sum1，各个位上的总和按顺序排列就是结果图片八位加法器意味着计算机是以...超前进位加法器现代计算机用的加法电路有点不同，使用的是超前进位加法器。它更快做的事情也是一样的，二进制数相加。
本文授权转发自知乎用户 橘子汽水 链接：https://www.zhihu.com/people/xing-qi-55-65/posts 一、前言 接触Synopsys 家的VCS工具有一段时间了.../simv [run_time_option] 三、示例 下面使用VCS labs里面lab1的verilog源码做一些示例，电路结构图如下： 图3 此电路为一位加法器 fa.v 组成4位加法器 add4....v，再组成一个8位加法器，使用资源换性能的思路，减小了行波进位加法器的进位延迟。...3) -sverilog 打开对Systemverilog的支持，编译Systemverilog文件时使用。...四、结束语 以上就是VCS入门的介绍啦，水平有限，若有错误，请批评指教。
而寄存器是 32 位，这就出现转换的问题。在手册中是使用 imm 的符号扩展，也就是将高 16 位采用低 16 位的最高位复制 16 次进行填充。(符号扩展不会改变原数值)。...溢出仅针对有符号数运算 两个正数相加，结果为负数 两个负数相加，结果为正数 注意区分进位和溢出 溢出的检查方法 最高位的进位输入，不等于最高位的进位输出。...加法器的改进 行波进位加法器 之前我们将全加器串联得到的加法器称为行波进位加法器(RCA) 结构特点 低位全加器 Cout连接到高一位的全加器 Cin。...优点 电路布局简单，设计方便 缺点 高位的运算必须等低位运算完成，延迟时间长 超前进位加法器 超前进位加法器(carry look ahead adder，CLA)是对普通的全加器进行改良而设计成的并行加法器...超前进位加法器是通过增加了一个不是十分复杂的逻辑电路来做到这点的。 结构特点 每一次的进位都和之前的进位无关，与之前的位输入以及第一个 Cin有关。而这些结果是可以通过一个时钟周期就计算出来的。
算术单元 二进制中，1=true，0=false 两个数字相加 加法电路半加器（不可处理进位） 两个bit（bit是0或1）相加。 两个输入A B，一个输出为AB的和。...把输入的两个线接到专门用于处理进位的AND逻辑门中，这样一个一位的加法器（此时不能处理进位的输入，也叫做半加器）就做好了 抽象封装为独立组件 将其封装为一个单独的组件。...因此使用OR门连接到两个半加器的进位相连输出到全加器的CARRY输出中 解释： 注意这仍然是一个一位的加法器只不过是比半加器支持多输入一个进位，这种加法器叫做全加器。...看图：第一位的计算使用半加器之后使用全加器(注意全加器的输入C是上一个加法器的进位输出) 不断的进行计算，最后将sum0，sum1，各个位上的总和按顺序排列就是结果 八位加法器意味着计算机是以...超前进位加法器 现代计算机用的加法电路有点不同，使用的是超前进位加法器。它更快做的事情也是一样的，二进制数相加。
在文章行波进位加/减法器的硬件开销和性能分析中我们仔细分析了行波进位加法器的硬件开销和性能问题。...可以发现当加法器位宽逐渐增大时进位的级联传播会成为加法器的性能瓶颈或者说关键路径（critical path） ?...针对这个问题的解决方案就是超前进位加法器，其原理就是让进位能够更快地计算出来，让进位传播不成为性能限制因素。 ?...但是使用多输入逻辑门也意味着增加了扇入和驱动能力要求，这也是一般标准单元库中不存在超过4输入逻辑门的原因之一。 当位宽超过4，就要使用级联的多输入逻辑门。...参照文章行波进位加/减法器的硬件开销和性能分析也可以做出随着位宽变化的硬件开销和关键路径延时图。 ? 昨天有人在后台询问“这种加法器和VerilogHDL中‘+’有什么区别？”
除输出加法结果外，还能够向下一位输出进位（cr）； 用逻辑框图表示这样的数字加法器，如下图： 图中，A和B是加法的两个输入，CR_IN是上一位的进位输入。...我们可以将若干个这样1bit的加法器进行级联，构成多位的加法器： 图中是一个4bit + 4bit的带进位加法器。可以看出，8个这样的带进位加法器级联扩展，可以得到32bit的带进位加法器。...在计算机中，我们也可以设法让数字电路提前预知到进位的发生，而无需等待低位计算完成以后再计算高位。这种加法器叫做超前进位加法器。...超前进位加法器的原理是这样的： 我们将低位的输入记为A(i)和B(i)，低位的进位输出记为C(i)，高位的进位输出记为C(i+1)，会发现： C(i+1) = (A(i) x B(i)) + (A(i...由于G(i)和P(i)是从两个被加数里面直接抽取得到的，无需经过一次加法运算，实际上，我们就可以在不计算第i位加法的情况下，算出i+1位的进位值！
，都统一用“与门”或者“或门”连起来，就是两个8位数的AND或者OR的运算了 最简单的8位的无符号整数的加法 “无符号”表示不需要使用补码来表示负数 无论高位是“0”还是“1”，这个整数都是一个正数...我们把两个半加器的进位输出，作为一个或门的输入连接起来，只要两次加法中任何一次需要进位，那么在二位上，我们就会向左侧的四位进一位。因为一共只有三个bit相加，即使3个bit都是1，也最多会进一位。...看到全加器的电路设计，相信你应该明白，在整个加法器的结果中，我们其实有一个电路的信号，会标识出加法的结果是否溢出。...4 补充阅读 出于性能考虑，实际CPU里面使用的加法器，比起我们今天讲解的电路还有些差别，会更复杂一些。真实的加法器，使用的是一种叫作超前进位加法器的东西。...你可以找到北京大学在Coursera上开设的《计算机组成》课程中的Video-306 “加法器优化”一节，了解一下超前进位加法器的实现原理，以及我们为什么要使用它。
[24] 用JK触发器实现D触发器 J=D，K=D' [25] 行波进位加法器和超前进位加法器的区别是？ 行波进位加法器： 结构类似于我们拿笔在纸上做加法的方法。...从最低位开始做加法，将进位结果送到下一级做和。由于本级的求和需要等待前一级的进位结果才可以得到，所以对于两个N-bit的求和。即使有N个一位的全加器，也需要N个延迟。...超前进位加法器： 事实上，在以下两种情况中，Ci=1： Ai和Bi都为1 Ai和Bi有一个为1，且Ci-1为1 其对应的表达式为 递归后 可以看出每一级的进位信号可以不通过上一级的结果产生，只与输入有关系...冯诺依曼结构中，指令和数据存储在同一个存储器中。CPU读取数据和指令使用同一条总线，具有存储数据和指令的统一缓存。...哈佛结构中，数据和指令是分开存储的，可以使用两条不同的总线同时访问数据和指令，指令和数据都具有单独的缓存。
把 "半加器" 封装成一个单独组件，两个输入 A 和 B 都是 1 位， 两个输出 "总和" 与 "进位"。这进入了另一层抽象，我好像说了很多次，说不定会变成一个梗。...然后，把这个全加器的进位，连到下个全加器的输入，处理 A2 和 B2。以此类推，把 8 个 bit 都搞定。注意每个进位是怎么连到下一个全加器的，所以叫 "8位行波进位加法器"。...溢出 注意最后一个全加器有 "进位" 的输出，如果第 9 位有进位，代表着 2 个数字的和太大了，超过了 8 位，这叫 "溢出" (overflow)，一般来说 "溢出" 的意思是, 两个数字的和太大了...，超过了用来表示的位数，这会导致错误和不可预期的结果。...另外一个缺点是，每次进位都要一点时间，当然时间不久，因为电子移动的很快。但如今的量级是每秒几十亿次运算，所以会造成影响，叫 "超前进位加法器"。
为了将更大的数字加在一起，可以使用全加器。一个半加法器具有两个一位输入，一个求和输出和一个进位输出。请参考下面的真值表以了解这些位的工作方式。...但这仍然是一个很好的练习，这就是为什么要在这里进行介绍。 单个全加器具有两个一位输入，一个进位输入，一个求和输出和一个进位输出。...它们中的许多可以一起使用以创建纹波进位加法器，该纹波进位加法器可以用于将大数相加。单个全加器如下图所示。 ?...❖ ❖ ❖ 纹波进位加法器 纹波进位加法器由许多级联在一起的全加法器组成。它仅通过简单的逻辑门就可以将两个二进制数相加。下图显示了连接在一起以产生4位纹波进位加法器的4个全加器。 ?...参数化的使用 ---- 今天就到这里吧，还没有结束，下一篇文章专门讲解超前进位加法器。
你可能会说：“有行波加法器和超前进位加法器，他们的工作机制不同”。 “聪明！不过加法器一般能计算多bit的加法，那么1bit的加法器是怎么工作的呢？”...上述定律虽然很简单, 但使用起来变化无穷。 根据电路是否具有数据存储功能, 可将数字逻辑电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。 组合逻辑电路，其实就是上面我们提到的与或非门。...(1) 并行进位逻辑 假设两个N 位数A 和B 相加。 定义第i 位的进位输入为ci , 进位输出为ci+1, 且将加法器的输入Cin 记作c0 以方便后面描述的统一。...实现更多位的加法器时通常采用分块的进位方法, 将加法器分为若干个相同位数的块, 块内通过先行进位的方法计算进位, 块间通过行波进位的方法传递进位。下图给出了16 位加法器中采用该方式构建的进位逻辑。..., 而之前两个公式中位于方括号内部的加法为算术加法。
这与前面示例1.3所示的电路相同。 示例1-4：带有输入和输出端口的设计模型（32位加法器/减法器） 在本例中，请注意模型具有输入端口和输出端口。...在SystemVerilog中有许多方法可以对测试台进行建模，测试台中的代码可以是简单的编程语句，也可以是复杂的面向对象、事务级编程，示例1-5说明了32位加法器/减法器设计的简单testbench。...示例1-5：32位加法器/减法器模型的testbench 例1-5中的主要代码块是一个初始化过程，它是一种过程块，过程块包含编程语句和时序信息，用于指示仿真器做什么以及什么时候做。...使用设计时钟的相对边缘来驱动激励是测试台避免设计仿真竞争条件的一种简单方法，例如满足设计设置和保持时间要求。 测试台被建模为具有输入和输出端口的模块，类似于正在验证的设计。...一些仿真器可能在编译阶段捕获源代码中某些类型的错误，而其他仿真器在精化阶段捕获这些错误。
状态机设计状态机是FPGA设计中的重要组成部分。...以下是一个简单的Moore型状态机示例，用于控制两个LED的交替闪烁：module state_machine ( input wire clk, reset, output reg led1...低功耗设计：使用低功耗门电路，优化电源管理，减少静态和动态功耗。7. 高级仿真与验证技术SystemVerilog UVM：使用统一验证方法论进行系统级验证。...硬件描述语言扩展SystemVerilog：除了基础的Verilog，学习SystemVerilog的高级特性，如类、接口、覆盖等。VHDL-AMS：用于混合信号设计，结合模拟和数字电路。9....仿真工具ModelSim/QuestaSim：常用的Verilog/VHDL仿真器，用于验证设计功能。
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