Накапливающий двоичный сумматор

 

Союз Соввтскик

Социалист»час»»к

Ресттублни

<п>907811

1 т 1, 1

М (5I)NL. Кл.

К AQYO9 ÑКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ

{б! ) До»юли»тельное к авт. санд-ву }} 766017

{22)Заявлено 26.04.79 {21) 2759337/18-24 с арнсоел»неннеее за»вк» М

{23) Приоритет

Опубликовано 23.02.82 Ьтоллетень М 7

Дата ояублнковаиня описан»в 25.02.82

Н 03 К 23/00

6 11 С 11/14

Гееударстеекный кеиктет

СССР ко делеи изабретенке н открытей (53) УДК 681.

° 327.66 (088.8) { 72) Авторы изобретения

Г.Ф. Нестерук, B.Ô. Нестерук и B.È. Потапов

Омский политехнический институт

{7! ) Заявитель (54) НАКАПЛИВАЮЩИЙ ДВОИЧНЫЙ СУММАТОР

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти приме. нение при построении операционных устройств на базе пленок одноосных материалбв, содержащих цилиндрические магнитные домены (ЦМД).

По основному авт. св. М 766017 известен накапливающий двоичный сумматор (НДС), содержащий магнитоодноосную пленку с ЦМД, на поверхности которой расположены P (по числу разрядов операндов) логических элементов (ЛЭ) И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, соединенных с соответствующими динамическими ловушками (ДЛ) ЦМД, и аннигилятор ЦМД (1).

Недостатком известного НДС является незначительное быстродействие при суммировании массивов чисел, составляющее HP тактов, где Н - количество P-разрядных чисел, а тактвремя оборота вектора поля управления, Цель изобретения - повышение быс гродействия НДС.

Поставленная вель достигается тем, что сумматор содержит ЛЭ И-ИЛИ по числу разрядов операндов, дополнительные ДЛ и аннигиляторы ЦМД и дополнительные токовые аппликации, выходы ЛЭ И-ИЛИ связаны с соответ» ствующими дополнительными аннигиля" то торами и ДЛ ЦМД, а их входы - с первыми выходами соответствующих. ЛЭ

И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых магнитосвязаны с соответствующими дополнительными токовыми аппликациями, дополнительные ДЛ ЦМД соединены с входами соответствующих раэ. рядов сумматора, связанными с вто- рыми входами одноименных логических элементов И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Накапливающий двоичный сумматор содержит магнитоодноосную пленку 1

907811

8 известном НДС могут быть выполнены следующие поразрядные логические операции (ЛО): "Конъюнкция" (в лоэициях 7 и 7" ), "Неравноэначностьн (в позиции 4); а также "Инверсия" и "Запрет", причем ЛО "Инверсия" над одной из логических переменных реализуется в позиции 4 при равенстве друс ЦМД II, на поверхности которой расположены P ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ

ИЛИ III. соединенных с основным аннигилятором ЦИД 1Ч и соответствующими основными ДЛ V, магнитосвязан- 5 ными с основной токовой аппликацией

VI, P ЛЭ И-NJN VII; взаимосвязанных с соответствующими дополнительными аннигиляторами ЦМД VIII, дополнительными динамическими ловушками ЦИД IХ, каналами продвижения,ЦМД Х и с первыми выходами ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые выходы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ, дополнительные ДЛ ЦИД магнитосвязаны соответственно с первой XI u второй Xll дополнительными токовыми аппликациями.

Х, Х H У, У и У. " разк ряды первого и второго операндов соответственно, а С„,С,...СР - разряИ ды (Р-старший раз яд) результата суммирования, 1-8, 1 -8, 1 -6 " по" р эиции, занимаемые ЦМД во время перемещения по элементам НДС (см. чертеж).

Работа НДС в режиме суммирования двух операндов протекает следующим образом.

По параллельным входным каналам входные переме. ные Х,Х Д,., и У, У,У,... поступают в сумматор, приК чем их младние разряды продвигаются по каналам Х„ и У.. Через четверть

М такта с момента поступления операндов в позиции 5 и 5" оба слагаемых. сводятся разряд к разряду на расстояние, достаточное для взаимодействия

ЦИД в одноименных разрядах (поэиции 2 и 6 " ). 3 результате взаимодействия

40 доменов через О, 75 такта в позиции 4 основных .ДЛ образуется результат поразрядного суммирования по модулю 2, а в позициях 7 и 7 - конъюнкция содержимого одноименных разрядов, -причем в позициях 7 неиспользуемые ЦМД

45 переносов уничтожаются при возбуждении основного аннигилятора IV и не приходят на выходы сумматора С, С,...,Cp, а, иэ позиции 7 ЦИД переносов И-х разрядов НДС (1 Д И. р) по каналу распространения переносови н ее и

5 - 6 - 7 — 8 - поступают на первые входы (И+1)-х ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ

ИЛИ (дополнительная токовая аппликация (ТА} XI не возбуждена), где в, течение слеДующего такта сложения взаимодействуют с результатом первого поразрядного суммирования по моду-.,лю 2, находящимся в основных ДЛ V, и образуют в них результат второго суммирования по модулю 2, а в поэиII циях 7 и 7 — переносы в более старшие разряды. Процесс суммирования заканчивается в момент времени, когда в канале распространения переносов5" - б - 7" - 8" - не остается

ЦИД-переносов. При этом результат сложения хранится в основных ДЛ Ч, откуда он может быть считан из позиции 2 при возбуждении основной

TA Vf. ЦМД результата сложения продвигаются по выходным каналам 2-7 и поступают в каналы вывода результата

С„,С,,...,СР.

Процесс образования результата суммирования по модулю 2 и переноса в старший разряд рассмотрим более подробно на примере суммирования двух разрядов операндов. В момент времени, когда ЦМД, соответствующий второму разряду первого операнда, поступает на первый вход 2-го разряда НДС (позиция 5), ЦМД, соответствующий 2-му разряду второго операнда, поступает в позицию 5 на + - аппликации. ск

Отслеживая полюса аппликаций, возникающие под действием поля управления, упомянутые ЦИД перемещаются по входным каналам 5" - 6 и 5-2 и доЦ

/1 стигают позиций 6 и 2 соответственно, из которых за счет взаимного отталкивания переходят в выходные каналы 6 7 и 2-7, реализуя тем у(е самым единицу переноса в старший разряд и ноль в основной ДЛ 1-2-3-4.

Если в одном иэ двух разрядов операндов ЦИД отсутствует, то присутствующий во 2-ом разряде другого операнда ЦМД, не испытывая отталкивающего воздействия, из позиции 2 (или

6." ) через половину такта поступит в позицию 4 основной динамической ловушки, реализуя тем самым единицу поразрядной суммы по модулю 2 и ноль переноса в старший разряд. Случай с двумя нулями в двух разрядах операндов тривиален, вследствие чего не рассматривается.

90781

5 гой переменной единице, а ЛО "Запрет" - в позиции 4 при возбуждении в момент логического взаимодействия

ЦМД одноименных разрядов слов основ-. ной ТА Vl, инициирующей вывод ЦИД первого слоя иэ позиции 2 в выходные каналы 2-7.

8ведение в структуру НДС Р по числу разрядов слов ЛЭ И-ИЛИ, взаимосвязанных по выходу с соответствую- 1В щими дополнительными аннигиляторами доменов и дополнительными ДЛ, а по входу - с первыми выходами соответствующих ЛЭ И-ИСКЛОЧАЮЦЕЕ ИЛИ, причем первые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1З и дополнительные ДЛ магнитно связаны с соответствующими дополнительными TA XI и Xll, что позволяет существенно расширить его функциональные возможности.. 26

Наличие в предлагаемом сумматоре

ЛЭ И-ИЛИ дает возможность дополнительно реализовать в НДС поразрядную

ЛО "Дизьюнкция" над информационным .содержанием дополнительных ДЛ 1Х и 2З поступающей по каналам продвижения

ЦИД Х информацией, что совместно с существованием обратной сввэи с функ ционального выхода "Конъюнкция" каждого ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через со- ЗЗ ответствующие каналы продвижения доменов Х, ЛЭ И-ИЛИ и 1, дополнительную ДЛ IX на его первый вход позволяет реализовать всевозможные переключательные функции от двух логичес-35 ких переменных, а также выполнять упомянутые логические преобразования над сложными логическими выражениями.

Процесс ускоренного суммирования массива двоичных чисел в предлагаемом НДС осуществляется следующим образом.

Основным недостатком известного

НДС при суммировании массива двоич43 ных чисел является значительный разрыв во времени реализации ЛО и опера

1ции суммирования (1 такт на выполне1

we ЛО против Р тактов на операцию суммирования), который особенно flo является при выполнении длинных арифметических операций. Известно, что, фиксируя значения слов частичных суммH переносов, можно избежать многократного повторения длительного процесса распространения переносов в НДС при суммировании массивов чисел. С этой целью при поступлении каждого после-. дующего элемента массива чисел, на1 6 пример, К-го (У ), (К 3,4,..., Нколичество элементов массива чисел), происходит образование нового слова частичных сумм С и слова переносов

П в соответствии с выражением

СК Ск- Пк-<+ Ук

П" - С"-" ПК-" (С"-" П" ")V"

Процесс заканчивается образованием слов С и П, которые суммируются обычным образом.

Че„еэ 0,5 такта с момента поступления ЦИД одноименных разрядов двух первых элементов массива Х и У в .

t позиции 5 и 5" (при описании работы

НДС упомянутый момент принят за начало отсчета времени) в позициях 7 и 7" формируется слово переносов П а через 0,75 такта в позиции 4 - сло-, во частичных сумм С, причем слово С фиксируется в основных ДЛ У, а слово

Il поступает в канал распространения

1 переносов. Подавая импульсный сигнал в первую дополнительную TA Xl, переводим ЦИД слова П из позиции 7 " каI нала распространения переносов по каналам продвижения ЦИД Х на первые входы ЛЗ И-ИЛИ (позиции 8) и далее в дополнительные ДЛ 1Х, откуда no„ входным каналам НДС 1 - 2 - 3 - 4к и я Н

5 - на вторые входы (позиции 6 ). одноименных ЛЭ И-ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Одновременно с распространением ЦИД

t и л в слова П по позициям 3, 4, 5 как налов ввода операндов У на входы

НДС У,У,Уэ",... поступают ЦИД очередного, третьегс элемента массива чи- сел - У которые последовательно а

t занимают позиции 6, 1 входных каналов. Через 3,25 такта слово П по/ ступает на вторые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (позиции 6 ), а слово У к занимает позиции 2 входных каналов. 8 результате сближения ЦИД слов С и В в ЛЗ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через 3,5 такта в позициях 7" каналов распространения переносов обраI y зуется слово С R,,ЦИД которого при возбуждении первой дополнительной

TA X I вновь поступают по каналам Х на первые входы ЛЭ И-ИЛИ (позиции 8), а через 3,75 такта.в позициях 4 осмовмык ДЛ Ч формируется слово С +ll

Через 4,25 такта ЦПЛ слоев С П поI I ступают в позиции 2 допопиительмык

ДЛ 1Х, а ЦИД слов У и С + П сбли- . жаются для взаимодействия в ЛЭ И-ИСКЛОЧАЮЩЕЕ, ИЛИ; в результате которого я через 4,5 такта в позициях 7 кана7 9078 ла распространения переносов формируется слово (С + П )У = (С v П )У,. которое при возбуждении ТА XI через каналы Х поступает на первый вход

ЛЭ И-ИЛИ (позиция 8), а через 4,75 такта в позициях 4 основных ДЛ Чслово С С + П + У . В этот мо/ мент времени на первом входе ЛЗ И-ИЛИ в позиции 8 находятся ЦИД слова (С v П )У, а на втором входе в пози- IÎ

I / ции 4 - ЦИД слова С П, сблизившиеся на расстояние, достаточное для логического взаимодействия в одноименных разрядах..В результате взаимодействия через 5 тактов в позициях 5 15 образуется слово С П У (С v Ï ), ЦИД которого уничтожаются в дополнительных аннигиляторах доменов VIII, :и подается импульсный сигнал во вторую дополнительную TA XII, препятст- 2î вующий выводу ЦМД из позиции 1 до-! полнительных ДЛ 1Х в позиции 2 входных каналов, в силу чего через

5,25 такта в позициях 2 дополнительных ДЛ фикси уется слово П + 2З

= С Il V (С uá П У, которое, о слежи1 вая полюса 2, 3, 4, 1, 2, 3"

4 Я выводится во входные каналы НДС.

И так далее до момента формирования слов С и П ", которые суммируются 30 в течение последующих P тактов, причем на протяжении всего процесса суммирования первая дополнительная

ТА XI не возбуждается, что обеспечивает последовательное распространение ЦИД переносов между ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ НДС, Из приведенного описания работы

НДС следует, что для суммирования элементов массива из HP-разрядных gg двоичных чисел требуется Р + 7Н8,5 тактов (2,5 тактов - ввод слова

У на вторые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮ8 ,ЩЕЕ ИЛИ; 3 такта - формирование

4 слов С, П на вторые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ; по 7 тактов на образование очередных пар слов С, П и P тактов на заключительное суммирование с последовательным распространением переносов, что в рН/(Р + 7Н - 8,5) раз меньше аналогичного показателя известного НДС.

Формула .изобретения

Накапливающий двоичный сумматор по авт. св У 766017 отличаю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия сумматора, он содержит логические элементы И-ИЛИ по числу разрядов операндов, дополнительные динамические ловушки и аннигиляторы цилиндрических магнитных доменов и дополнительные токовые аппликации, выходы логических элементов

И-ИЛИ связаны с соответствующими дополнительными аннигиляторами и динамическими ловушками цилиндрических магнитных доменов, а их входы - с первыми выходами-соответствующих логических элементов И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых магнитосвязаны с соответствующими дополнительными токовыми аппликациями, дополнительные динамические ловушки цилиндрических магнитных доменов соединены с вхсдами соответствующих разрядов сумматора, связанными с вторыми входами одноименных логических элементов И-ИСКЛ!ОЧАОЦЕЕ ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

К 766017 заявка К 2658298/18-24, 1978, кл. Н 03 К 23/00 (прототип), 907811

Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ бl7/71

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 <,Ïàòåÿò Зак. 3

Составитель Ю. Розенталь

Редактор Н. Данкулич Техред А. Ач Корректор B. Бутяга