Устройство для сложения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ по авт. св. № 911515, от л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения операции умножения, оно содержит матрицу умн.ожения и бло контроля, причем блок контроля содер жит два дешифратора, входы которялх соединены с третьими группами выходов первого и второго регистров опе ;рандов соответственно, выходы первой группы первого дешифратора объединен и подключены к первому контрольному выходу устройства, выходы первой группы второго дешифратора объедийенЬ и подключены к второму контрольному выходу устройства, матрица умножения выполнена в виде треугольной матрицы элементов И, имеющих два гальванически независимых выхода, причем ; первые входы элементов И каждой диагонали матрицы умножения соединены с соответствующими выходами матрицы сложения, первые выходы элементов И матрицы умножения соединены с первой группой дополнительных выходных шин , . устройства, вторые выходы элементоза И матрицы умножения соединены с вто-. рой группой дополнительных выходных . . шин устройства, соответствующие выходы вторых, групп первого и второго дешифраторов, гальванически незавцсимые от выходов первых групп первого г и второго дешифраторов, объединены . и соединены с вторыми входами элементов И соответствующих столбцов матрицы умножения.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
И %Ю
РЕСПУБЛИН
ЗСЮ С 06 F 7/49
ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
lgj
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 911515 (21) 3315869/18-24 (22 ) 17.07.81 (46) 30.04.83. Бюл. М 16 (72 ) В.A. Гуменюк (71 ) Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации (53) 681.325.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 911515, кл. G 06 F 7/49, 1979 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ по авт. св. М 911515, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения операции умножения, оно содержит матрицу умножения и блок контроля, причем блок контроля содержит два дешифратора, входы которых соединены с третьими группами выходов первого и второго регистров опе рандов соответственно, выходы первой группы первого дешифратора объединены и подключены к первому контрольному
„.SU„„1015372 А выходу устройства, выходы первой группы второго дешифратора объедииены и подключены к второму контрольному выходу устройства, матрица умножения выполнена в виде треугольной матрицы элементов И, имеющих два гальванически независимых выхода, причем первые входы элементов И каждой диагонали матрицы умножения соединены с соответствующими выходами матрицы сложения, первые выходы элементов И матрицы умножения соединены с первой. группой дополнительных выходных шин устройства, вторые выходы элементов
И матрицы умножения соединены с вто-. рой группой дополнительных выходных шин устройства, соответствующие вы- Е ходы вторых групп первого и второго дешифраторов, гальванически независимые от выходов первых групп первого:" и второго дейифуаторов, объединены и соединены с вторыми входами элементов И соответствующих столбцов 9 матрицы умножения.
1015372
Изобретение относится к устройствам для обработки цифровых данных.
По основному авт. св. Р 911515 известно устройство для сложения, содержащее регистры операндов и матрицу сложения, входы регистров операндов 5 соединены с соответствующими входными шинами устройства, первые группы выходов регистров операндов соединены с первой и второй группами входов матрицы сложения, выходы которой сое- )P динены с выходными шинами устройства, причем матрица сложения вынолнена в виде неполной треугольной матрицы элементов И, вторые группы выходов регистров операндов, идентичные соответствующим первым группам выходов, но гальванически независимые от них, соединены между собой, образуя проводные элементы ИЛИ, и подключены к третьей группе входов матрицы сложения, входы элементов И матрицы сложения, предназначенных для сложения равных операндов, соединены с соответствующими входами первой и второй групп входов матрицы сложения, входы элементов И матрицы
25 сложения, предназначенных для сложения операндов, имеющих взаимно обратные ходы, соединены с входами третьей группы матрицы сложения, входы остальных элементов И матрицы сложения соединены с соответствующими входами первой, второй и третьей групп входов матрицы сложения Г1 J.
Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональныа 35 возможности, поскольку оно может выполнять лишь операцию сложения.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет выполнения операции умножения. 4О
Для достижения поставленной цели устройство сложения по .авт. св.
Р 911515 содержит матрицу умножения и блок контроля, причем блок контроля содержит два дешифратора, входы которых соединены с третьими группами выходов первого и второго регистров операндов соответственно, выходы первой группы первого дешифратора объединены и подключены к первому контрольному выходу устройства, выходы первой группы второго дешифратора объединены и подключены к второму контрольному выходу устройства, матрица.умножения выполнена в виде тре,угольной матрицы элементов И, имею55 щих по два гальванически независимых выхода, причем первые входы элементов
И каждой диагонали матрицы умножения соединены с соответствующими выходами матрицы сложения, первые выходы эле-. 60 ментов И матрицы умножения соединены . о первой группой дополнительных выход- ных шин устройства, вторые выходы элементов И матрицы умножения соеди. нены с второй группой дополнительных 65 выхоцных шин устройства, соответствующие выходы вторых групп первого и второго дешифраторов, гальванически независимые от выходов первых групп первого и второго дешифраторов, объединены и соецинены с вторыми входами элементов И соответствующих столбцов матрицы умножения.
Проведенные исследования показали, что построение треугольной матрицы умножения с непосредственными связями ее входов с выходами регистров операндов невозможно без недопустимо большого ограничения числа разрешенных кодовых комбинаций, приводящих
K большим аппаратурным затратам.
Построение прямоугольных матриц умножения с указанными выше непосредственными связями нерационально, так как приводит к значительному увеличению аппаратурных затрат и уменьшению быстродействия самой матрицы из-за увеличения паразитных емкостей. Таким образом, использование в устройстве неполной треугольной матрицы сложения, выполняющей при умножении также функции коммутатора, и треугольной матрицы умножения, позволяют значительно сократить аппаратурные затраты на реализацию устройства с такими, относительно широкими функциональными воэможностями.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для сложения; на фиг. 2 матрица умножения, общий вид; на фиг. 3 — матрица сложения при использовании кода "2" из "4" и основании системы счисления р=б (входы элементов И матрицы не показаны); на фиг. 4 — блок контроля для того же кода„ причем алфавит выбран следующий!0-0011;1-0101;2-1001„..- 0110;4-1010 5-1100; на фиг. 5 — матрица умножения для того же кода.
Устройство для сложения содержит (фиг.1) регистры 1 и 2 операндов, матрицу 3 сложения, блок 4 контроля и матрицу 5 умножения.
Входы блоков 1 и 2 подключены к шинам 6 и 7 первого и второго операндов устройства соответственно, первые группы, выходов блоков 1 и 2 соединены с первой и второй группами входов блока 3„ выходы блока 3 соединены с выходами суьпчы 8 устройства и с первой группой входов блока 5, вторые группы выходов блоков 1 и 2 соединены с третьей группой входов блока 3, третьи группы выходов блоков 1 и 2 соединены с двумя группами входов блока 4, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым контрольными выходами 9 и 10 устройства, третья группа выходов блока 4 соединена с второй группой входов блока 5, первая и вторая группы выходов которого соедине1015372 ны с выходами произведения и переноса Блок 5 устройства представляет
11 и 12 устройства соответственно. собой (фиг. 2 ) треугольную матрицу
Блоки 1 и 2 устройства представ- элементов И. Каждый из этих элементов ляют собой группы из N триггеров каж- имеет по два входа и по два идентичдый. Триггер, входящий в состав этого ных, но гальванически независимых блока, имеет два идентичных, но галь- 5 выхода. Общее количество элементов И ванически независимых единичных вы- матрицы .-умножения равно р(р+1)/2. хода и один нулевой выход. Первые Первые входы элементов И матрицы умноединичные выходы триггеров образуют жения соединены с соответствующими первую группу выходов блока, вторые входами первой группы входов данного единичные выходы — вторую группу вы- ð блока, вторые входы элементов И матходов блока и нулевые выходы — третью рицы умножения соединены с соответстгруппу выходов блока. вующими, входами второй группы входов
Блок 3 устройства представляет блока 5. Первые выходы элементов И собой неполную треугольную матрицу матрицы умножения, представляющих элементов И, каждый иэ которых имеет 1 одинаковые результаты умножения в по 2М входов. Входы элементов И мат- данном разряде (без учета переноса), рицы 3 сложения, пердназначенных для соединены с соответствующими выходасложения равных операндов, соединены ми первой группы выходов данного с. соответствующими входами первой и блока, вторые выходы элементов И матвторой групп входов матрицы 3 сложе- . рицы умножения, идентичные соответния, входы элементов И матрицы 3 сло-2О ствующим первым выходам, но гальванижения, предназначенных для сложения чески независимые от них, представоперандов, имеющих взаимно обратные; ляющих одинакОвые переносы в старший коды соединены с входами третьей разряд, соединены с соответствующими группы входов матрицы 3 сложения, выходами вторфй группы выходов данвходы остальных элементов -И матрицы 325 ного блока. На фиг. 2 обозначены: соединены с соответствующими входами П ; — сигналы с выхбдов матрицы 3 первой, второй и третьей rpyrm сложения, где 0 < i <. 2р-2; входов этой матрицы. сигналы е выходов блока .4 конт.i
Выходы элементов И этой матрицы, роля, уф 0 («(р-1. котфрые соответствуют одинаковым резу- 30 На фиг 5 приведен пример построения льтатам сложения с учетомпереноса в матрицы 5 умножения для кода "2 иэ 4" старший разряд, соединены с соответст- и основания системы счисления р=б, вующими выходами матрицы 3 сложения. отдельно вынесен элемент И матрицы
Блок 4 устройства построен по.схе- умножения. ме контроля для када "М из N" (пол- 35 На фиг. 5 йспользуются следующие ный дешифратор), на входы элементов условные обозначения: ПХ-сигналы переИ блока подаются обратные коды опе- носа в старший разряд, где 0 < Х < р-2; рандов. Блок 4 состоит из двух групп в квадратных Скобках приведены эначеэлементов И, по р элементов в каждой. ния результатов умножения в данном
Такой элемент имеет N-N входов и два 40 разряде (без учета переноса в старидентичных, но гальванически незави- ший разряд). симых выхода (реализован может быть, устройство работает следующим обнапример, с помощью двух многозмиттер- разом. ных транзисторов). Первые выходы Операнды в коде "м из N" поступаэлементов И одной группы соединены с 45 ют на регистры 1 и 2 операндов. С соответствующим выходом (первым или первых двух групп выходов регистров вторым) блока 4. Аналогичное соедине- 1 и 2 операндов прямые коды операндов ние имеет другая группа элементов И поступают на входы, матрицы 3 сложения, блока 4. Вторые выходы элементов И а с третьей группы выходов регистров обеих групп, соответствующих равным 1 и 2 операндов обратные коды операноперандам соединены (попарно с соо- дов поступают на входы блока 4.конт
1 50 тветствующими выходами третьей группы роля. Появление иескомпенсированной выходов блока 4. На фиг. 4 представ- ошибки:приводит или к появлению лена схема блока 4 для кода "2 иэ 4", сиГналов на выходах, сразу нескольких основания системы счисления р=б и элементов. И матрицы 3 сложения, или (как указывалось выше) следующего 55 к отсутствию сигналов на их выходах. алфавита: 0-0011; 1-0101, 2-1001; В первом случае отсутствуют сигнал
3-0110; 4-1010; 5-1100, где 0-й раз- контроля на выходе блока 4 контроля ряд кодового слова — крайний справа. (на первом выходе, на втором выходе
Н фиг 4 обозначены: U и или на обоих выходах одновременно) .а
КочтР, Х
О „„- сигналы на первом и втором60 и раэрещакщий оигнал на третьей груп ходах блока 4.0 . и 0 пе выходоВ этого блока, Таким образом, сигналы на входах первой и второй неправильный результат сложения в групп входов блока 4, где 0 < 1 « N-1; этом случае может быть затем заблоки
П вЂ” сигналы на выходах третьей группы рован. Сигналы на выходах матрицы вйходов блока 4, где 0 < j (p-1. 65 умножения отсутствуют в обоих случаях.
1015372
Если в кодовых словах операндов длиной N будет точно И единиц, с выхода матрицы 3 сложения сигнал поступит на выход суммы 8 устройства и на соответствующий вход первой группы входов матрицы 5 умножения. Одновременно 5 сигналы с выходов блока 4 контроля поступят на контрольные выходы 9 и 10 устройства (через первый и второй входы блока 4 ) и на соответствующие один (в случае равенства 30 операндов ) или два (в случае неравенства операндов ) входы второй группы входов матрицы 5 умножения (через третью группу выходов .блоКа 4). После срабатывания одного из элементов И матрицы 5 умножения, на оба входа которого поступят разрешающие сигналы, с первого выхода этого элемента сигнал, представляющий результат умножения в данном разряде (без учета переноса в старший разряд) поступит на выход произведения устройства 11 через первую группу выходов блока 5), с второго выхода— сигнал, представляющий перенос в 25 старший разряд, поступит на выход переноса устройства (через вторую группу выходов блока 5).
Рассмотрим теперь работу устрой-. ства на конкретном примере, при использовании кода "2 из 4". Некоторые блоки устройства для этого случая изображены на фиг. 3 — 5.
При поступлении на входы матрицы 3 сложения сигналов, представляющих кодовые слова 1001 (число 2) и 1010 (число 4), срабатывает элемент И 13 и на выходе этого блока появляется сигнал О д . Одновременно срабатывают элементы И 15 и 16, или элементы И 17 и 18 блока 4 контроля, поскольку на входы этого блока поступили с регистров 1 и 2 операндов сигналы )поз. 1хi йx " )поз,омiav налМ О„, „„, „иОпоэ.13,23 B результате срабатывания, указ анных выше, элементов на соответствующих выходах появятсагНаае О контр, х, Оконтр..4
04. Первые два сигнала поступают на контрольные выходы устройства, а вторые два — на вертикальные входные шины матрицы 5 умножения. На диагональные входные шины этой же матрицы поступит сигнал U с выхода матрицы 3 сложения, соответствующий следующему результату: "0" в данном разряде и перенос "1" в старший разряд.
Этот же сигнал поступит и на выход суммы устройства. В матрице 5 умножения сработает тот элемент И 19, на первом выходе которого появится сигнал, соответствующий. результату умножения чисел 2 и 4 (при р=б) в данном разряде, без учета переноса в старший разряд — числу 2, а на втором выходе - переносу в старший разряд— числу 1. Оба этих сигнала поступят на соответствующие выходы устройства.
Эффективность предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных воэможностей устройства при минимально возможном увеличении аппаратурных затрат, так как матрица сложения выполняет дополнительно Функции коммутатора для матрицы умножения, что позволяет, примерно в два раза уменьшить количество элементов в ней сделать ее треугольной.
1015.372
Исла иг.
1015372
Un ЯХ
nos.2x
Ьпх !л
genoa. og Ьох tg Ьщ.zg Мюя.gj ВНИИПИ Заказ 3216/45 Тираж 706 Подписное Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектная,4
