Устройство для сложения и вычитания

 

ОПИC@НИE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

4" 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09,1178 (21) 2681276/18-24 (5 ) +. K>

G 06 F 7/50 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делан изобретений и открытий

Опубликовано 300681 Бк ллетень № 24

Дата опубликования описания 300681 (5З) УДК 681. 325. 5 (088.8) (72) Автор изобретения

В,В. Мымриков (7() Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ И ВЫЧИТАНИЯ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствах цифровых вычислительных машин для сложения и вычитания чисел, пред— ставленных параллельными кодами.

Известны устройства для сложения и вычитания, в которых операция вычитание осуществляется без перевода отрицательного числа в дополнительный код (1) и (2).

Недостаток таких устройств состоит в том, что при разных знаках слагаемых необходимо обеспечивать коммутацию слагаемых перед подачей их на вход сумматора, что усложняет устройство в целом.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для сложения и вычитания, содержащее регистры операндов, один из которых способен производить инверсию кода, сумматор и блок управления, анализирующий знаки операндов и перенос из старшего разряда сумматора и выдающий управляющий сигнал для инвертирования кода (3).

Недостаток такого устройства низкое быстродействие и сложность ко:-.струкци - в связи с тем, что выдача кода суммы с сумматора осуществляется через регистр одного из операндов, вследствие чего появляется необходимость вспомогательных средств для задержки параллельного кода. поэтому время от момента появления операндов на входах сумматора до момента появления кода результата на выходе регистра соот-. ветствующего операнда будет складываться из времени на завершение переходных процессов в сумматоре, времени задержки на вспомогательных элементах и времени завершения переходных процессов в выходном регистре с учетом схем приема, инвертирования и выдачи кодов. Использование одного регистра для одного из операндов и для кода результата приводит также к необходимости введения в это устройство элементов для управления приемом в регистр и выдачей из него кодов операнда и результата.

Цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение устройства.

Для достижения поставленной цели устройство для сложения и вычитания, содержащее сумматор и блок управления, причем первый и второй входы блока управления соединены с шинами знаковых разрядов операндов, выход переноса старшего разряда сумматора соединен с третьим входом блока управле- 5 ния, вход переноса младшего разряда сумматора соединен с выходом циклического переноса блока управления, содержит блоки инвертирова иия первого и второго операндов и выходной. блок инвертирования, а блок управления содержит узел анализа соотношения знаков операндов и узел формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса, причем информационные входы блоков инвертирования первого и второго операндов соединены с со— ответствующими входами устройства, выходы блоков инвертирования первого и второго операндов соединены 2О соответственно с первым и вторым информационными входами сумматора, выход которого подключен к информационному входу выходного блока ин- вертирования, выход которого явля-. ется выходом результата устройства, входы узла анализа соотиошения знаков операндов соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, первый и второй выхоцы признака наличия только одного отрицательного знака операнда узла анализа соотношения знаков, являющиеся соответствующими выходами блока управления, соединены с управляющими входами соответственно блоков инвертирования первого и второго операндов, первый, второй, третий и четвертый входы узла формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса соеди- 46 иены соответственно с третьим входом блока управления и выходами признака наличия двух отрицательных знаков операндов, совпадения знаков операндов и несовпадения знаков операндов узла анализа соотношения знаков, выходы знака результата и признака переполнения узла формирования знака результата, прцрнака переполнения и циклического переноса являются соответствующими выходами блока управления и устройства, выход циклического переноса узла формирования знака результата, признака переполнений и циклического переноса явля ртся соответствующим выходом

55 блока управления, выход знака разности узла формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса, являющийся соответствуюшим выходом блока уп- бО равления, соединен с первым входом коррекции суюсатора и управляю— щим входом выходного блока инвертирования, второй вход коррекции сумматора подключен к выходу приз- я нака совпадения знаков узла анализа соотношения знаков; узел анализа соотношения знаков содержит элементы И, HJIVi, НЕ, причем входы узла соединены со входами первого элемента И и со входами первого и второго элементов НЕ соответственно, выходы первого и второго элементов

НЕ соединены со входами второго элемента И, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно со вхоцами элемента ИЛИ, выход которого через третий элемент НЕ подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами -узла, выход первого элемента И соединен с выходом признака наличия двух отрицательных знаков операндов узла, выход элемента ИЛИ соединен с выходом признака совпадения знаков операндов узла, выход третьего элемента НЕ соединен с выходом признака несовпадения знаков операндов узла, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с первым и вторым входами признака наличия только одного отрицательного знака операнда. Кроме того, узел формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса содержит элементы И, ИЛИ, НЕ, причем выход элемента ИЛИ соединен с выходом знака результата узла, выходы первого„ второго и третьего элементов И. соединены соответственно с выходами признака переполнения, циклического переноса и знака разности узла, первый вход элемента ИЛИ соединен со вторым входом узла, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами узла, первый вход которого соединен со вторыми входами первого и второго элементов И и входом элемента НЕ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с четвертым входом узла, а выход — со вторым входом элемента ИЛИ.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит блок 1 управления, (комбинационный) сумматор 2, блок 3 инвертирования первого операнда, блок 4 инвертирования второго операнда, выходной блок 5 инвертирования. Блок 1 управления выполнен на элементах И 6 — 12, ИЛИ 13 и 14, НЕ 15 — 18, при этом элементы И б

9, ИЛИ 13, НЕ 15 — 17 образуют узел

19 анализа .соотношения знаков операндов, а элементы И 10 — 12, ИЛИ 14, НЕ 18 — узел 20 формирования знака результата, признака переполнения (ПП) и циклического переноса.

842798 (коррекция кодом 6 в разрядах, где возник межтетрадный перенос или сумма больше 9 (1001); перенос от коррекции игнорируется) .

0100.0000.,011

4 О 7

Знаковые разряды операндов Зн А и Зн В поступают на входы блока 1 управления, а коды операндов A и В поступают на входы соответствующих блоков 3 и 4 инвертирования.

В зависимости от необходимости выполнения операций сложения или вычитания операнды поступают на входы устройства для сложения с одинаковыми знаками (положительными или ютрицательными), для вычитания — c разными знаками, причем вычитаемое со знаком минус может поступать на любой из двух входов устройства.

Сложение осуществляется в прямых кодах, при вычитании отрицательное число инвертируется соответствующим блоком 3 или 4 инвертирования, а результат с выхода сумматора 2 при этом инвертируется выходным блоком 5 инвертирования перед выдачей его на выход устройства только при отрицательном знаке результата вычитания.

На выходе элемента И 8 появляется сигнал Отрицателен только операнд A на выходе элемента И 9 сигнал Отрицателен только операнд

В, которые используются для управления входными блоками 3 и 4 инвертирования. На выходе элемента ИЛИ

13 появляется сигнал Знаки операндов одинаковые, поступающий также на один из управляющих входов сумматора 2 для осуществления коррекции.

На выходе элемента ИЛИ 14 появляется знак результата Зн С. На выходе элемента И 10 при сложении появляется ПП. На выходе элемента И 11 при вычитании появляется сигнал циклического (кругового) переноса. На выходе элемента И 12 появляется при вычитании знак результата, который используется для осуществления каррек ции сумматора 2 и управления выходным блоком 5 инвертирования.

Ниже приведены числовые примеры выполнения устройством операций сложения и вычитания десятичных чисел.)

Пример 1. Знаки слагаемых одинаковые: 148+259=407 (знак результата + запоминается) или — 148259= 407 (знак результата — запоминается) а) Операция сложения

0001.0100.1000

0010.0101.1001

0100.1010.0001

6)+

0110.0110

Пример 2. Знаки слагаемых разные, отрицательное число по абсолютной величине больше положительного: 273-471 "198. а) Инвертирование кода отриЯательного числа 471 (1011.1000.1110), б) Операция сложения

ОО1О.О111.ОО11

+aoaa.1ооо.ааа0

1110.0000.0001 (циклический перенос отсутствует, значит знак результата минус); (коррекция кодом числа 6 в разрядах, где возник межтетрадный перенос) в) 0110.0110

1110.0110 ° 0111 г) 000 . 001. 000

Щ 1 9 8 (и нвертиров ание кода результата сложения)

Пример 3. Знаки слагаемых разные, отрицательное Мисло по абсолютной величине меньше положитель25 ного:

-273+471=198 а) Инвертирование кода отрицательного числа 273(1101.1000.1100);

6) Операция сложения

1101.1000.1100

0100.0111.0001

0001.1001,1000

40 (возник цикличес1.0001.1111.1101 кий перенос, знацикл перенос чит знак результата плюс) в) 1010.1010 (коррекция кодом

0001.1001.1000 числа 10 в разрядах, где не возник межтетрадный перенос; перенос ат коррекции игнорируется).

Код результата на выходе устройства появляется после поступления кодов операндов на его входы спустя некоторое время, необходимое для завершения переходных процессов в блоке 1 управления, сумматоре 2 и блоках 3 — 5 инвертирования. При всех прочих равных условиях это время как минимум на величину задержки вспомогательных элементов меньше, чем в известном устройстве.

Объем оборудования устройства меньше, чем известного, так как по сравнению с тремя п-разрядными блоками инвертирования кодов предлагаемого устройства в известном устройстве имеется схема обращения кода в составе регистра операнда и дополнительно предусмотрены для нормаль40 ного функционирования при выполнении операций сложения-вычитания: и элементов между выходом сумматора и входом регистра операнда для задержки кодов; и управляемых элемен 5 ртов на входе регистра операнда для

842798 приема кодов со входных шин устройства или с выходов вспомогательных элементов задержки; и управляемых элементов для выдачи кодов с выхода регистра операнда на Вход сумматора или на выход устройства; схема формирования управляющих сигналов для указанных выше дополнительных элементов.

Формирование в предлагаемом устройстве признака ПП, кроме исключения случаев выдачи неправильного результата при сложении, позволяет производить сложение операндов с учетом возможного появления ПП, что, в свою очередь, например при сложении двоично-десятичных чисел, позВоляет сократить объем сумматора на один разряд при обеспечении той же точности. Например, сложение любых четырехразрядных десятичных чисел мо}кно производить на четырехразрядном сумматОре и испОльзОВать признаlf

;ереполнения для отображения возникающей от переноса единицы в пятом десятичном разряце.

Кроме того, в устройстве предусмотрены связи, Обеспечивающие управление коррекцией кодов В сумматоре

;:p» сложении-вычитании чисел в си-.e:"ëàõ счисления, при которых возикают случаи нарушения кода данной, тем }

Формулà и3сбретения

1. устроиство для сложения вычитания, содержащее сумматор и блок управ}}ения, пр.- .чем первый и

="-оро", Входы блока у равления сое.— динены с шинами знаковых разрядов

-}пера}}дов „выход пере Iocà старшего .,I àçðÿäà сумматора соединен с третьим входом блока управления, Вход переоса младшего разряца сумматора соеинен с выходом циклического nepel оса блока управления, о т л и ч ащ е е " я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устр "=;ства, OHO содержит блоки ин зртирования первого и второго опе;.Вндов и Выходной бло; инвертиро:;ния, а бт}ок управления содержит

;."-ел анаг г:-за ссотнсшения знаков î-}е-Оа};дев }I уз ел;1iopf}ировани H. > íà„ ;d резугьтата, признака переполнения циклического }еренocа причем

ЧнфоРМаВИ " ВЫс ВХО д C}}ОКСВ H(;! Qj )" тирования первого:, втссоого операндов соединены с соо;",=етствую-. щими входами устрой" ò: —â à:,,выходы бло-ков инвертирования первого и второго операндов соединены соответственно с первым и вторым информацио}Iными входами сумматора, выход которого подключен к информационному входу выходного бло .а инвертирования, Выход которого является Выходом ре-зультата устройства, входи узла анализа соотношения з}}акоз 0}1ерандов соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, первый и второй Выходы признака наличия только одного отрицательного знака операнда узла анализа соотиошс:-}ия знаков операндов, являющиеся соответствующими выходами блока уп— равления, соединены с управляющими входами соо †ве-..венно блоков инвертирования первого и второго операндов, первый, второй, третий и четвертый входы узла формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса соединены соответственно с третьим входом блока управления и Ei}}õî}}àìè признака нали ия двух отрицательных знаков операндов„ сов }аЕения знаков опе— рандов и несовпадения знаков операндов узла анализа соотношения знаков операнцов, выходы — í-ка результата и призна.<а переполнения узла формирования знака результата„ признака переполнения и циклического переноса являются соответствующими Выходами блока управления и ус— тройства, Выход циклического переноса узла формирования знака результата, признака перепол«ения и цик— цического переноса является соответ— ствующим вь}ходом блока управления, Выход знака разности узла 1}срмирования Знака результата, признака пе— ре — ñлнения H,.ièêël} Iåc oão:ереноса,. являющийся со;тве }с твующим выходом блока управления, соединен с перВым Входом коррек}}ии сумматора и упраВл}".ÛÙèм ВХОдом Выход}f0 i 0 блОка инверти рова}-:ия, в орсй Вхосц коррекЦИИ СУММатОРа Îr}::тщ-}ЕН HЫХОДУ

:,{3 признака совпадения з;-. аков узла анализа соотношения :-:Haêî ., 2. Уствойствс по и. с;: л и— ч в }о ш е е с я тем ч 0 узел àнализ,. соотношения озера дов содержит эле— менты И,„ ИЛИ, .31:, при ем в;;.Оды узла

СОЕДИНЕНЫ СО = :. O,-,=МИ:}ЕРВОГО ЭЛЕМЕНта И и со Вхсдамк} пэрвсго }} второго элементов НЕ сеот-==TOT}.}3}-: Выходы

}} еОВОг0 H в } o 0 LО этi cf i}HH I ÎB HL соединены:-0 виолами Второгс элеменcI И z Выхсды . = рвого и ВTОрогО зле— ментов И ссс; ":не-сы соответственно c0 ВхОдам ., з. . емен та. ИЛИ Выход кО тсрого "«cpc = тоетий зле..:=-; —:т НЕ подiI..IK IQH },: - -i l В -одам ПC ьс 0 И }етзертог; =-.в:.л,.:ентов И . Вторые в -оды которы. с: †.единены с:сосве=clвенно с первым .: В .срым Входами узла, выход -!epHC! злеиен.-a H соединен с выходом признака аличия двух отрицательных знаков 0-}ерандов узла, Выход элемента ИЛИ соединен выходом признака совпадения з-,акоз операндов узла,, выхс", третье:.о элемента НЕ соединен с в; . о}пом признака несовпадения знаков операндов ;з.}а, выходы

842798

Составитель В. Березкин

Редактор И. Ковальчук Техред И, Асталош Корректор Н Мвыдкая

Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5102/60

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 третьего и четвертого элементов И соединены с первым и вторым выходами признака наличия только одного отрицательного знака операнда.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что узел формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса содержит элементы И,ИЛИ, НЕ, причем выход элемента ИЛИ соединен с выходом знака результата узла, выходы первого, второго и третьего элементов И соединены соответственно с выходами признака переполнения, циклического переноса и знака разности узла, первый вход элемента ИЛИ соединен со вторым входом узла, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами узла, первый вход которого соединен со вторыми входами первого и второго элементов

И и входом .элемента НЕ, выход которого подключен к первому входу третьеro элемента И, второй вход которого соединен с четвертым входом узла, а выход — co вторым входом элемента

ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 332459, кл. С 06 F 7/50, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 393740, кл. G 06 F 7/50, 1970.

15 3. Карцев N.A. Арифметика цифровых машин. М., Наука, 1969, с . 234, 299-305, рис . 1(прототип) .