Python Ripple 携带 Adder？

Question

我目前正在离散数学课上做一个项目，我们必须编码:

1.) RippleCarryAdder:它是一个用于添加固定大小的 5 位整数的电路。参数:

x_array: operand 1, i.e. an array of 5 wires
y_array: operand 2, i.e. an array of 5 wires
s_array: sum, i.e. an array of 6 wires

2.) RippleCarryAdder:它是一个用于添加n位整数的电路。参数:

x_array: operand 1, i.e. an array of n wires
y_array: operand 2, i.e. an array of n wires
s_array: sum, i.e. an array of (n+1) wires

我已经编写了半加法器和全加器的代码。

我了解 Ripple Carry 的基本概念。我只是很难把它写成代码。任何帮助将不胜感激!

代码:

#!/usr/bin/python3

import unittest
from digital_circuit_core import *

class InputLengthException( Exception ): pass

class MyPrettySimulator( Simulator ):

def HalfAdder(self, a, b, s, c):
    # internal wires
    d = self.Wire('d-wire')
    e = self.Wire('e-wire')

    self.OrGate(a, b, d)
    self.AndGate(a, b, c)
    self.Inverter(c, e)
    self.AndGate(d, e, s)

    return 'ok'


def FullAdder(self, a, b, c_in, s, c_out):
    # internal wires
    d = self.Wire()
    c1 = self.Wire()
    c2 = self.Wire()

    self.HalfAdder(b, c_in, d, c1)
    self.HalfAdder(a, d, s, c2)
    self.OrGate(c1, c2, c_out)      

    return 'ok'

def RippleCarryAdder_5_bits(self, x_array, y_array, s_array ):

    ############# YOUR CODE HERE ###############

    return 'ok'  

def RippleCarryAdder(self, x_arr, y_arr, s_arr):

    ############ YOUR CODE HERE ############

    return 'ok'  

Answer 1

五位加法器应该非常简单，只需将 1 个半加法器和 4 个全加器组合在一起即可:

def RippleCarryAdder_5_bits(self, x_array, y_array, s_array ):
    # internal wires
    c0 = self.Wire()
    c1 = self.Wire()
    c2 = self.Wire()
    c3 = self.Wire()

    self.HalfAdder(x_array[0], y_array[0], s_array[0], c0)
    self.FullAdder(x_array[1], y_array[1], c0, s_array[1], c1)
    self.FullAdder(x_array[2], y_array[2], c1, s_array[2], c2)
    self.FullAdder(x_array[3], y_array[3], c2, s_array[3], c3)
    self.FullAdder(x_array[4], y_array[4], c3, s_array[4], s_array[5])

    return 'ok'

无限大小版本本质上是相同的，您只需使用循环来让您处理无限数量的位，而不是硬编码特定的数字:

def RippleCarryAdder(self, x_arr, y_arr, s_arr):
    # handle first bit manually
    carry_out = self.Wire()
    self.HalfAdder(x_array[0], y_array[0], s_array[0], carry_out)

    # handle all middle bits with a loop
    for x, y, s in zip(x_arr[1:-1], y_arr[1:-1], s_arr[1:-2]):
        carry_in = carry_out
        carry_out = self.Wire()
        self.FullAdder(x, y, carry_in, s, carry_out)

    # handle last bit manually too
    self.FullAdder(x_array[-1], y_array[-1], carry_out, s_array[-2], s_array[-1])

    return 'ok'

如果您也愿意，您可以使逻辑更简单。如果您可以传入始终为零的 carry_in，则可以对所有位使用循环。连接到第一个，是否有一种简单的方法来连接最后一个 carry_out连接到s_array[-1] (我猜 OrGate 两次相同的输入可能适用于后者)。