加法器工作原理

　　加法器是產(chǎn)生數(shù)的和的裝置。加數(shù)和被加數(shù)為輸入，和數(shù)與進位為輸出的裝置為半加器。若加數(shù)、被加數(shù)與低位的進位數(shù)為輸入，而和數(shù)與進位為輸出則為全加器。常用作計算機算術邏輯部件，執(zhí)行邏輯操作、移位與指令調(diào)用。在電子學中，加法器是一種數(shù)位電路，其可進行數(shù)字的加法計算。三碼，主要的加法器是以二進制作運算。由于負數(shù)可用二的補數(shù)來表示，所以加減器也就不那么必要。

　　設一個n位的加法器的第i位輸入為ai、bi、ci，輸出si和ci+1，其中ci是低位來的進位，ci+1（i=n-1，n-2，…，1，0）是向高位的進位，c0是整個加法器的進位輸入，而cn是整個加法器的進位輸出。則和

　　si=aiii+ibii+iici+aibici ，（1）進位ci+1=aibi+aici+bici ，（2）

　　令 gi=aibi， （3）

　　pi=ai+bi， （4）

　　則 ci+1= gi+pici， （5）

　　只要aibi=1，就會產(chǎn)生向i+1位的進位，稱g為進位產(chǎn)生函數(shù)；同樣，只要ai+bi=1，就會把ci傳遞到i+1位，所以稱p為進位傳遞函數(shù)。把式（5）展開，得到：ci+1= gi+ pigi-1+pipi-1gi-2+…+ pipi-1…p1g0+ pipi-1…p0c0（6） 。

　　隨著位數(shù)的增加式（6）會加長，但總保持三個邏輯級的深度，因此形成進位的延遲是與位數(shù)無關的常數(shù)。一旦進位（c1~cn-1）算出以后，和也就可由式（1）得出。

　　使用上述公式來并行產(chǎn)生所有進位的加法器就是超前進位加法器。產(chǎn)生gi和pi需要一級門延遲，ci 需要兩級，si需要兩級，總共需要五級門延遲。與串聯(lián)加法器（一般要2n級門延遲）相比，（特別是n比較大的時候）超前進位加法器的延遲時間大大縮短了。

　　加法器邏輯電路圖

　　計算機內(nèi)部兩個二進制之間的加、減、乘、除算術運算都將轉化成若干步的加法運算進行。因此，在數(shù)字系統(tǒng)中，尤其在計算機的數(shù)字系統(tǒng)中，二進制加法器是其基本部件。

　　實現(xiàn)1位二進制數(shù)之間加法運算的電路稱為1位加法器。根據(jù)加數(shù)的不同，1位加法器又分為半加器和全加器兩種電路類型。

　　如果不考慮來自低位的進位而是只將兩個1位二進制數(shù)相加，即只有加數(shù)和被加數(shù)相加，這種加法運算稱為半加運算。實現(xiàn)半加運算的電路叫做半加器。

　　按照二進制加法運算的規(guī)則，列出半加器的邏輯真值表如表1所示。其中A、B是加數(shù)和被加數(shù)，S是相加的和（本位和）輸出，CO是向相鄰高位的進位輸出。

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　　根據(jù)真值表寫出邏輯函數(shù)式并化簡：

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　　畫出半加器的邏輯圖如圖1（a）所示。圖5-4-1（b）所示為半加器的邏輯圖形符號。

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