بخشی از مقاله
چکیده
از آنجا که مدار جمع کننده به عنوان یکی از مدارات پایه ای و پر کاربرد بوده و تمام اعمال اصلی مانند جمع ،ضرب ، تفریق و تقسیم را در پردازنده عهده دار می باشد، لذا در صورت بهینه سازی این مدار ، تاثیر قابل توجهی در سرعت کل پردازنده ایجاد می گردد. در همین راستا در این پژوهش سعی در بهینه سازی طراحی جمع کننده با استفاده از روشی مبتکرانه گردیده است که اساس این روش توسط شیخ بهایی در قرن پنجم هجری پایه گذاری شده است و به این صورت است که در آن بجای آنکه از راست به چپ عملیات جمع انجام گیرد از چپ به راست این عمل صورت می پدیرد و نکته قابل توجه آن این است که در این روش عددی به عنوان رقم نقلی وجود نداشته و به وجود نمی آید .
.1 مقدمه
جمع دودویی بیشترین عملیات را در ریز پردازنده ها، پردازنده های دیجیتالی و سایر تراشه ها انجام می دهد و به این دلیل مدار های جمع کننده بخش عمده ای از واحد محاسبه و منطق ،پردازنده های اعداد اعشاری و یا یک تراشه خاص منظوره را تشکیل می دهند، لذا بخش بسیار مهمی از معماری هر کامپیوتر هستند و از طرفی سرعت جمع کننده ها را اغلب برای کمترین چرخه زمانی تصمیم گیری می کنند.
لذا هرچقدر سرعت این نوع جمع کننده ها زیاد باشد باعث افزایش سرعت کل مدار می شود. - - Bhattacharyya et al ,2014 - Shoba et al,2015 - از آنجا که جمع دودویی یکی از مهمترین عملیات واحد حساب و منطق می باشد و جمع کننده های دودویی اساسی ترین ماژول برای طراحی معماری کامپیوتر هستند لذا موضوع مناسبی برای تحقیق ها و بررسی ها هستند .
.2 معرفی جمع به روش شیخ بهایی
یکی از روشهای ابتکاری جمع اعداد که شیخ بهایی در کتاب خلاصه الحساب بیان نموده است روش جمع کردن اعداد بر خلاف روش متعارف امروزی است. در این روش، در جمع چند عدد چند رقمی که زیر هم نوشته شده به جای آنکه اعداد از سمت راست جمع زده شوند از سمت چپ جمع بسته می شوند، در این روش لازم نیست که به عدد دهگان یا صدگان یا... قرض داد و فقط جمع اعداد از سمت چپ زیر هم نوشته می شود. - شیخ بهایی ، قرن پنجم هجری - .
.3 معرفی تکنیک GDI
تکنیک های مختلفی برای بهینه سازی طراحی تمام جمع کننده در مقالات ارائه گردیده است.یکی از تکنیکهای پرکاربرد، GDI است. GDI تکنیکی است با طراحی کمترین توان که باعث بهبود نوسان منطقی و کمترین اتلاف توان استاتیک می شود. - Uma et al .,2012 - بررسی های انجام شده نشان می دهد که تغییرات پیکربندی ساده در ورودی G ، P، N در سلول پایه GDI می تواند به توابع بولی بسیار متفاوت در خروجی منجر شود.
- - Morgenshtein et al ,2002 در CMOS بسیاری از این توابع پیچیده هستند - معمولا مصرف 12/6 ترانزیستور - ، در حالی که در روش های طراحی توابع GDI بسیار ساده - تنها 2 ترانزیستور در هر تابع - استفاده می گردد. در همین حال، دروازه های متعدد ورودی را می توان با ترکیب چند سلول GDI اجرا نمود. . - Wang et al ,2009 - همانطور که در شکل - - 1 نشان داده شده است روش GDI در استفاده از یک سلول ساده در نگاه اول یاد آور سلول پایه یکی از استاندارد های استاندارد CMOS است.که دارای تفاوت های زیر است:
- 1 سلول GDI شامل سه ورودی: G - ورودی دروازه مشترک NMOS و PMOS - ، P - ورودی به منبع / تخلیه دفاتر مدیریت پروژه - ، و N - ورودی به منبع / تخلیه از . - NMOS
- 2 قسمت عمده ای از هر دو NMOS و PMOS به N یا P - به ترتیب - متصل است، بنابراین می تواند به صورت دلخواه در تضاد با اینورتر CMOS باشد. مزایای استفاده از GDI از لحاظ تاخیر، تعداد ترانزیستورها، و فضای اشغال شده و مصرف انرژی می باشد.جدول - 1 - . - Morgenshtein,2002 -
.4 پیاده سازی جمع کننده پیشنهادی
در این بخش ما ابتدا برای ارزیابی مدل طراحی شده در عمل جهت سهولت آن را با نرم افزار Proteus پیاده سازی می کنیم - شکل - 2 و در صورت رسیدن به جواب، آن را در نرم افزار تخصصی cadence نسخه تحت لینوکس که یک نرم افزار مناسب و با قدرت در حوزه شبیه سازی مدار می باشد استفاده می گردد - شکل . - 3 همچنین برای طراحی بهتر، مدار را به صورت جزء به جزء طراحی می کنیم.از آنجا که در روش جمع به روش شیخ بهایی نیاز به تبدیل مبنا از 2 به ده داریم لذا ابتدا با استفاده از مبدل BCD عدد را به مبنای 10 برده - شکل - 4 و بعد از آن با استفاده از الگوریتم شیخ بهایی عملیات جمع را انجام می دهیم - شکل . - 5
