Конвейерный накапливающий сумматор

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения конвейерных средств обработки Целью изобретения является упрощение конструкции Конвейерный накапливающий сумматор содержит параллельный сумма тор 1, элемент 2 задержки переноса, эле мент 3 задержки синхронного перекоса группу 4 элементов 5 задержки суммы элемент ИЛИ 14 2 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (сл Ñ (21) 4848533/24 (22) 09.07.80 (46) 15.07.92. Бюл. М 26 (71) Институт прикладной физики AH СССР (72) А.И.Зимнович (53) 681,325.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

I4 603991, кл. G 06 F 7/50, 1976, Авторское свидетельство СССР

М 849205, кл. G 06 F 7/38, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N . 1190380, кл. G 06 F 7/50, 1984, „„Я.l „„1748151 А1 (5!)5 6 06 F 7/50

" i 7л92 (54) КОНВЕЙЕРНЫЙ НАКАПЛИВАЮЩИЙ

СУММАТОР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения конвейерных средств обработки. Целью изобретения является упрощение конструкции. Конвейерный накапливающий сумматор содержит параллельный сумматор 1, элемент 2 задержки переноса, элемент 3 задержки синхронного перекоса, группу 4 элементов 5 задержки суммы, элемент ИЛИ 14, 2 ил.

174815 1

25

35

45

50 входом элемента задержки переноса, такто- н вый вход которого соединен с тактовыми з входами элементов задержки суммы группы в и с первым тактовым входом конвейерного э накапливающего сумматора, выход синх- 55 т ронного переноса которого соединен с вы- ю ходом элемента задержки синхронного в переноса, выход суммы параллельного сум- в матора соединен с информационным вхо- с дом первого элемента задержки суммы и

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения конвейерных средств обработки, Изобретение направлено на упрощение конструкции устройства за счет сокращения аппаратных затрат при решении задач конвейерного накопления цифровой информации. Конвейерная организация процесса обработки позволяет повысить производительность системы либо при той же производительности сократить аппаратурные затраты за счет совмещения во времени выполнения операции суммирования над многоразрядными слагаемыми, представленными в последовательно-параллельном коде по отношению к параллельному способу суммирования.

Известен N-разрядный параллельный сумматор накапливающего типа, содержащий Nодноразрядных сумматоров,,элементы задержки, соединенные в структуру, которая позволяет осуществлять суммирование множества N-разрядных чисел.

Недостатком такого сумматора являются значительные аппаратурные затраты, . Известо конвейерное устройство для выполнения арифметических операций над множеством чисел, содержащее п каскадов (n — разрядность чисел), каждый из которых содержит первый регистр частичного результата, первый регистр сомножителя, первый сумматор, первый управляющий триггер, первый триггер, при этом выходы первого регистра частичного результата соединены с входами первого сумматора, первая шина тактовых импульсов устройства соединена с тактовыми входами триггеров и регистров.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции из-за значительных аппаратурных затрат.

Прототипом изобретения является конвейерный накапливающий сумматор, каждый каскад которого содержит параллельный сумматор, элемент задержки переноса, элемент задержки синхронного переноса и группу элементов задержки сум. мы, причем выход переноса параллельного сумматора соединен с информационным группы, выход которого (К равно от 1 до п-1, n — количество слов в слагаемом) элемента задержки суммы группы соединен с информационным входом (К+1)-го элемента задержки суммы группы, выход и-го элемента задержки суммы группы является и-ым выходом суммы группы конвейерного накапливающего сумматора, Недостатком прототипа является сложность конструкции из-за значительных аппататурных затрат, обусловленных тем, что в этом сумматоре необходимы несколько каскадов при суммировании многоразрядных чисел и элемент задержки переноса между соседними каскадами.

Целью изобретения является упрощение конструкции, Поставленная цель достигается тем, что конвейерный накапливающий сумматор, сОдержащий параллельный сумматор, элемент задержки переноса, элемент задержки синхронного переноса и группу элементов задержки суммы, причем выход переноса параллельного сумматора соединен с. информационным входом элемента задержки переноса, тактовый вход которого соединен. с тактовыми входами элементов задержки суммы группы и с первым тактовым входом конвейерного накапливающего сумматора, выход синхронного переноса которого соединен с выходом элемента задержки синхронного переноса, выход суммы параллельного сумматора соединен с информационным входом первого элемента задержки суммы группы, выход К-го(К равно от 1 до п-1, n — количество слов в слагаемом) элемента задержки суммы группы соединен, с информационным входом (К+1)-го элемента задержки суммы группы, выход n-ro элемента задержки,.:;суммы группы является и-ым выходом суммы группы конвейерного накапливающего сумматора. содержит элемент ИЛИ, причем входы слагаемого и син хронного переноса конвейерного накапливающего сумматора соединены соответственно с входом первого слагаемого параллельного сумматора и с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом переноса параллельного сумматора, выход переноса которого соедиен с информационным входом элемента адержки синхронного перенос,э, тактовый ход которого соединен с входом сброса лемента задержкй переноса и с вторым. актовым входом конвейерного накапливащего сумматора, третий тактовый вход и ход сброса которого соедйнены соответстенно с входом сброса элемента задержки инхронного переноса и с входом сброса ервого элемента задержки суммы группы, 1748151 выход К-го элемента задержки суммы груп- элементов5 задержки суммы, причем вых д пы является К-ым выходом суммы группы 6 переноса параллельного сумматора"1 соеконв йерного накапливающего сумматора, динен с информационным входом элемента выход n-ro элемента задержки суммы груп- 5 2задержки переноса,тактовыйвходкоторопы соединен со входом второго слагаемого го соединен с тактовыми входами элеменпараллельного сумматора, выход элемента тов 5 задержки суммы группы 4 с первым задержки переноса соединен с вторым вхо- тактовым входом 7 конвейерного накаплидом элемента ИЛИ. 10 вающего сумматора, выход 8 синхронного

На фиг,1 представлена структурная схе- переноса которого соединен с выходом элема четырехтактного конвейерного накапли- мента 3 задержки синхронного переноса. вающего сумматора; на фиг,2 — временные Выход 9 суммы параллельного сумматора 1 диаграммы, поясняющие процесс конвей-, соединен с информационным входом перерного суммирования, где 15 ваго элемента 5 задержки суммы группы 4, а — последовательность импульсов, по- выход К-го (К равно от 1 до n — 1, n — количеступающих на первый тактовый вход кон- ство слов в слагаемом) элемента 5 задержки вейерного накапливающего сумматора; суммы группы 4 соединен с информационб — последовательность слов на входе ным входом (К+1)-го элемента 5 задержки слагаемого конвейернорго накапливающе- 20 суммы группы 4. Выход К-го элемента 4 за- го сумматора; держки суммы группы является К-ым выхов — импульс сброса накапливающей дом (выходы 10, 11,12) суммы группы 4 суммы, конвейерного накапливающего сумматора, г-ж-последовательности слоев на К-х Выход и-го элемента 5 задержки суммы и и ом выходах суммы группы конвейерного 25 группы 4 соединен со входом второго слага-,. накапливающего сумматора; * емого параллельного сумматора 1. Выход з — последовательность импульсов на п-го элемента 5 задержки суммы группы 4 втором тактовом входе конвейерного на- является и-м выходом 13 суммы группы 4 . капливающего сумматора; конвейерного накапливающего сумматора. и — последовательность переносов на 30 Конвейерный накапливающий сумматор:. выходепараллельногосумматора; . содержит такЖе элемент ИЛИ 14, причем к — последовательность импульсов на, входы 15 и 16 слагаемого и синхронного третьем тактовом входе конвейерного на- переноса конвейерного накапливающего капливающего сумматора; сумматора соединены соответственно с вхол — последовательность переносов на 35 дом первого слагаемого параллельного сумвыходе синхронного переноса конвейерно- матора 1 и с первым входом элемента ИЛИ го накапливающего сумматора; 14, выход которого соединен с входом перем — последовательность слов на выходе носа параллельного суМматора 1, выход. 6 суммы параллельного сумматора, переноса которого соединен с информациСущность изобретения заключается в 40 онным входом элемента 3 задержки синхиной, чем у прототипа организации перено- ронного переноса, тактовый вхбд которого са; данный конвейерный накапливающий соединенсвходомсбросаэлемента2задерсумматор организует переноса, подавая на . жки переноса и с вторым тактовым входом вход переноса параллельного сумматора . 17 конвейерного накапливающего сумматосигнал с выхода переноса того же самого 45 ра, третий тактовый вход 18 и вход 19 сброса сумматора с задержкой на один такт, т,е. которого соединены соответственно с вхоорганизует перенос синхронно с поступле- дом сброса элемента 3 задержки синхроннием новой информации, что и позволяет ного переноса и с входом сброса первого значительно упростить по сравнению с про- элемента 5 задержки суммы группы 4. Вытотипом конструкцию конвейерного накап- 50 ход элемента 2 задержки переноса соедиливающего сумматора, поскольку для иенс вторым входом элементас ИЛИ 14. Если построения конвейерного суммирования.в разрядность слов, поступающих на вход15, заявленном конвейерном накапливающем отлична от единицы, то элементы 5 предстсумматоре используется и элементов эадер- авляют собой тактируемые регистры, а элежки встр,,время как в прототипе и каскадов, 55 менты 2 и 3 — триггеры. это позволяет сократить количество элемен- Элемент ИЛИ 14 служит для организа П вЂ” 1} П ции синхронного переноса при конееиер- . ном соединении заявляемых устройств, Конвейерный накапливающий сумма- необходимом при складывании слагаемых, тор содержит параллельный сумматор 1, когда число их больше двух. элемент 2 задержки переноса, элемент 3 В конкретном примере выполнения тазадержки синхронного переноса и группу 4 кого конвейерного накапливающего сумма1748151 тора в качестве параллельного сумматора 1 используется микросхема У155ИМЗ, в качестве логического элемента ИЛИ 14 — микросхема К531ЛЕ1, в качестве элементов 2 и 3 задержки переноса и элементов 5 задержки суммы, число п которых равно 4, — триггеры

К531ТМ8, Для простоты объяснения работы предлагаемого устройства рассмотрим случай, когда указанное устройство стоит первым при конвейерном соединении заявленных устройств, т.е. вход 16 синхронного переноса конвейерного накапливающего сумматора подключен к шине нулевого потенциала.

Данный сумматор работает следующим образом.

На первый тактовый вход 7 поступают тактовые импульсы (фиг,2а), на вход 15 слагаемого поступают слагаемые в последовательно-параллельном дополнительном коде (фиг.2б), начиная с младших разрядов. Результирующая сумма снимается с выходов

10-13 (фиг.2г-ж) в параллельном коде в моменты. времени t1, t2, сз и т.д. по переднему фронту тактового импульса на входе 17 (фиг,2з). При этом младшее слово снимается с выхода 13, а старшее.— с выхода 10. Перед началом нового цикла накопления на вход . 19 поступает импульс сброса (установки в нуль) первого элемента 5 (фиг.2в). Длительность импульса соответствует времени прохождения всех слов в слагаемом. Число и слов, последовательно поступающих на. N вход 15, определяется как n= —, где N—

m максимальное число разрядов слагаемого, m — разрядность слова. Элементы 5 задержки суммы осуществляют задержку поступления информации на второй вход сумматора

1 на и тактов (по.числу и слов в слагаемом).

В примере конкретного выполнения заявляемого сумматора n=4, поэтому с поступлением со входа 15 первого слова а1 на втором входе сумматора 1 имеется логический нуль, присутствующий там в теченйе четырех тактов. т.е. все время поступления на вход 15 слагаемого А(фиг,2б), Поскольку на входе 16 синхронного переноса конвейерного.накап.ливающего сумматора имеется логический нуль, а триггер 2 к моменту времени t2 сброшен тактовым импульсом Ilo входу 17 (фиг.2з), то на выход 9 суммы сумматора 1 (фиг.2м) последовательно поступают слова а1, аг, аз, а4, которые передаются на выход

13, а значит, и на второй вход сумматора 1, с задержкой на четыре такта. В момент времени t3 на 1 — fl выходах 10 — 13 присутствует слагаемое А в параллельном коде, Процесс суммирования слагаемых А и В осуществляется следующим образом, 10

15 присутствовать перенос Р1, так как первый

30 нос Р4 и сумма S4, Перенос Р4 поступает на выход 8 синхронного переноса конвейерно35 го накопительного сумматора (фиг.2л), по40

В момент времени tz нэ входе 15 появляется слово Ь1 второго слагаемого В. В это же время на выходе 13 присутствует слово а1 первого слагаемого А. Триггер 2 переноса сброшен тактовым импульсом на выходе 17, поэтому на выходе сумматора 1 присутствует сумма слов a>+bi=S> и перенос Р1, если он имеется (фиг.2и), Сумма S> заносится в первый иэ последовательно соединенных элементов 5 (фиг.2г), а перенос Р1 — в триггер 2 (фиг,2и) по переднему фронту импульса на первом тактовом входе 7, В результате на выходе триггера 2, а значит, и на входе переноса параллельного сумматора 1 будет вход элемента ИЛИ 14 подключен к шине нулевого потенциала, С появлением на входе 15 слова bz на втором входе сумматора 1 присутствует слово а . а на входе переноса сумматора 1 — перенос Р1{фиг.2и). В резуль- тате на выходах 6 и 9 сумматора 1 присутствуют перенос Р2 и сумма Sz соответственно.

Эта информация записывается в триггер 2 и в первый из послеЯЬвательно соединенных элементов 5 по переднему фронту импульса с первого тактового входа 7. Аналогичным образом осуществляется сложение слов Ьз и аз, результат (Яз, Рз) сложения записывается в триггер 2 и в первый элемент иэ последовательно соединенных. элементов 5, С появлением на входе 15 слова Ь4 на выходах 6 и 9 сумматора 1 формируются перескольку Р4 запоминается триггером 3 в момент появления заднего фронта импульса на вторЬм тактовом входе 17, триггер 2 при этом сбрасывается, а сумма S4 записывается так же, как и раньше, в первый элемент 5 задержки суммы, В следующем такте накопления триггер 3 сбрасывается импульсом с третьего тактового входа 18 (фиг.2к). а процесс накопления повторяется.

Формула изобретения

Конвейерный накапливающий сумматор, содержащий параллельный сумматор, элемент задержки переноса. элемент задержки синхронного переноса и группу элементов задержки суммы, причем выход переноса параллельного сумматора соединен с информационным входом элемента задержки переноса, тактовый вход. которогос соединен с тактовыми входами элементов задержки суммы группы и первым тактовым входом конвейерного накапливающего сумматора, выход синхронного переноса которого соединен с выходом элемента задержки синхронного переноса, выход суммы параллельного сумматора соединен

1748151

Составитель А.Зимнович

Техред M.Mîðãåíòàë

Редактор Н.Швыдкая

Корректор А Осауленко

Заказ 2505 Тираж. Подписное

ВНИИПИ.Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

} с информационным входом первого элемен та задержки суммы группы, выход К-ro (К =

1-n — 1, n — количество слов в слагаемом) элемента задержки суммы группы соединен с информационным входом (К+1)-го элемента задержки суммы группы, выход и-го элемента задержки суммы группы является п-и выходом суммы группы конвейерного накапливающего сумматора, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью упрощения конструкцйи, он содержит элемент ИЛИ, причем входы слагаемого и синхронного переноса конвейерного накапливающего сумматора соединены соответственнд с входом первого слагаемого параллельного сумматора и первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом переноса параллельного сумматора, выход переноса которого соединен с информационньв1 входом элемента задержки синхронного переноса, тактовый вход которого соединен с входом сброса элемента задержки перено5 са и вторым тактовым входом конвейерного накапливающего сумматора, третий тактовый вход и вход сброса которого соединены соответственно с входом сброса элемента задержки синхронного переноса и входом

10 сброса первого элемента задержки суммы группы, выход К-го элемента задержки суммы группы является К-м выходом суммы группы конвейерного накапливающего сумматора, выход и-То элемента задержки сум15 мы группы соединен с входом второго слагаемого параллельного сумматора, выход элемента задержки переноса соединен с вторым входом элемента ИЛИ.