Вычислительное устройство

1 12691Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено дляиспользования в системах цифровойобработки информации.Цель изобретения - уменьшение аппаратных затрат за счет обеспечениявозможности вычисления на одном сумматоре и умножителе двух сумм частичных произведений,На фиг,1 представлена структурная 10схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока синхронизации; нафиг. 3 и 4 - последовательность потактного вычисления значения у,,У для случаев 1 с = И и К ( И 151соответственно.Устройство содержит первый 1 ивторой 2 триггеры, первый 3 и второй 4 элементы ИЛИ, группу 5 элементов ИЛИ, первую б и вторую 7 груп-. 20пы элементов И, четыре элемента И8-11, первый 12, второй 13 и третий 14 счетчики, первый 15 и второй16 дешифраторы, регистр 17 числакоэффициентов, первый 18 и второй 19регистры коэффициента, регистры 20результата, умножители 21, сумматоры 22, мультиплексор 23, схему 24сравнения, элемент 25 задержки,третий элемент ИЛИ 26, блок 27 синхро- З 0низации, пятый элемент И 28, буферный регистр 29 и выходной регистр 30.Устройство имеет входы 31 пуска,32 конца массива, 33 сброса и 34 сопровождения данных, информационную З 5шину 35, выход 36 сопровождения данных, выход 37 сбоя и информационныевыходы 38.Блок 27 синхронизации содержитпять элементов 39-43 задержки, первый 44 и второй 45 элементы ИЛИ,первый 46, второй 47 и третий 48элементы И, трйггер 49, элементНЕ 50, тактовый вход 5 1, вход 52 начальной установки, первый 53, второй 4554, третий 55, четвертый 56 и пятый57 выходы.Устройство работает следующимобразом.Перед началом работы подачей сиг, нала на вход 33 сброса производитсяустановка в исходное состояние, Приэтом сигнал с входа 33 устанавливает .в нулевое состояние регистры 1-19и счетчики 12 и 13, а пройдя через 55элемент ИЛИ 4, устанавливает в нулевое состояние счетчик 14. Кроме того,пройдя через элемент ИЛИ 3, сигнал 24 Хсброса с входа 33 устанавливает ннулевое состояние триггеры 1 и 2,буферный регистр 29, выходной регистр 30, все 1 - е регистры 20 результата (Е = 2,4И), через вход52 триггер 49 блока синхронизации,а пройдя с выхода элемента ИЛИ 3 через элементы ИЛИ 5 группы, этот сигнал устанавливает в нулевое состояние все ш-е регистры 20 результата(ш = 1,3И),Затем производится ввод начальныхданных. При этом на вход 34 устройства поступает импульс, который проходит через открытый элемент И 8(так как триггер 1 установлен в нулевое состояние) на счетный вход счетчика 12 и по заднему фронту устанавливает этот счетчик в состояние,равное единице. В результате на первом выходе дешифратора 15 появляется единичный сигнал, который поступает на вход управления записьюрегистра 17, В следующем такте наинформационную шину 35 устройстваподается параллельным кодом значениечисла коэффициентов а; равное1 с (1 = ,+ 1д+1 с) и одновременно на вход 34 подается импульс, который проходит через открытый элемент И 8 на вход синхронизации регистра 17 и осуществляет зались в этот регистр .значения числа коэффициентов Ь), поступающего по шине 35 устройства на информационные входы этого регистра, а по заднему фронту этого импульса счетчик 12 устанавливается в состояние, равное 2. В результате на втором выходе дешифратора 15 появляется единичный сигнал, который поступает на вход управления записью регистра 18.В следующем такте на шину 35 устройства поступают положительные значения коэффициентов а; .(коэф" Фициенты а;,; представляются в тернарной системе кодирования, т.е. принимают значения +1, О, -1, поэтому различают положительные значения коэффициентов, когда а= +1, и отрицательные значения,когда а, =- -), Сопровождающий эти данные импульс, подающийся на вход 34, пройдя через открытый элемент И 8 и затем через элемент ИЛИ 26, поступает на вход синхронизации ре-, гистра 18 и осуществляет запись ввход 34 устройства, Причем в первом такте по шине 35 поступает параллельным кодом значение первой величины х , которое проходит через открытые элементы И группы 7 и посту. пает на входы множимого всех умножителей 21, на входы множителя которых поступают значения коэффициентов а . е (1,0,-1) из щ-х информационных выходов (щ = 2,4И) регистров 18 и 19,Таким образом, в первом такте при поступлении значения первой величины массива данных х на входы умножителей 21 происходит умножение этого значения на коэффициенты э и произведения х, а поступают на входы 1-х сумматоров 22, а так как на вторую группу входов сумматоров 22 с выходов щ-х регистров 20 (щ =2,4И) поступают нулевые значения ввиду того, что регистры 20 предварительно устанавливаются в нулевое состояние, то произведения х а проходят через сумматоры 22 без изменения за исключением случая, когда а, = -1 и в сумматоре к обратному коду произведения х а добавляется в младший разряд единица, переводящая это произведение вдополнителыый код) и поступают наинформационные входы К-х регистров20 Ь = 1,3М), выходы которыхподключены к информационным входам щ-х регистров 20.Поступающий на вход 34 импульс сопровождения значения х проходит через открытый элемент И 9 на тактовый вход 51 блока 27 синхронизации и по переднему фронту перебрасывает триггер 49 в единичное состояние, сигнал с выхода 55 блока поступает на счетный вход счетчика 13 и по переднему фронту перебрасывает его в состояние, равное единице. В результате на соответствующем выходе4.дешифратора 16 появляется единичныйсигнал, который поступает на управляющий вход мультиплексора 23 и разрешает поступление на выход этого мультиплексора значения произведения х, а, получившегося на выходе первого сумматора 22. Кроме того, этот единичный сигнал с выхода дешифратора 10 открывает первый элемент И группы 6.Импульс сопровождения значения х проходит также с тактового входа 5 1 3 1269124 4 этот регистр положительных значенийкоэффициентов а,. а по заднемуфронту этого импульса счетчик 12устанавливается в состояние, равноетрем. В результате на третьем выходе дешифратора 15 появляется единичный сигнал, который поступает навход управления записью регистра 19.В следующем такте по шине 35устройства поступают отрицательные 1 Означения коэффициентов а;,.; , а сопровождающий эти значения импульссопровождения, подающийся на вход34, пройдя через открытый элеЭмент И 8 и затем через элемент ИЛИ 26,15поступает на вход синхронизации регистра 19 и осуществляет запись вэтот регистр отрицательных значенийкоэффициентов а;, а по заднемуфронту этого импульса счетчик 12 20устанавливается в состояние, равноечетырем. Если же на этапе ввода пошине 35 устройства поступают ещекакие-либо данные, сопровождаемыеимпульсом сопровождения, то этот импульс сопровождения проходит с входа34 на счетный вход счетчика 12 иперебрасывает его по заднему фронтув следующее состояние, равное пяти.В результате на четвертом выходе З 0дешифратора 15 появляется единичныйсигнал, который поступает на выход37 устройства как сигнал сбоя устройства при вводе, и процесс вводаначальных данных осуществляетсязаново.Если начальные данные введены безсбоя, то после их ввода начинаетсяпроцесс решения. Осуществляется этоследующим образом. На вход 31 устройства подается сигнал Пуск, который поступает на вход установкиединицы триггера 1 и перебрасываетего в единичное состояние. В результате на инверсном выходе этого триггера появляется нулевой сигнал, который закрывает элемент И 8, завершая тем самым процесс ввода начальных данных в устройстве, а на прямомвыходе триггера 1 появляется единичный сигнал, который открывает элементы И второй группы 7, элемент И 9и поступает на вход разрешения сдвига регистров 18 и 19. После этогона информационную шину 35 устройства 55начинает поступать массив данныхх, х; сопровождаемый импульсами сопровождения, поступающими на1269124 блока синхронизации на вход элемента 39 задержки, который осуществляет задержку сигнала на время с( г 4 1где Емакс максимальная 5Максчастота, на которой работает устройство).После задержки на элементе 39 импульс сопровождения через элемент ИЛИ 44 и через выход 54 блока синхронизации поступает на вход синхронизации регистров 20. По переднему Фронту этого импульса в ш-й регистр 20 (т = 2,4И) поступает содержимое -го регистра 20 Ь =1,3М), а в 1 с-й регистр 20 происходит запись произведений хаС выхода элемента 39 импульс сопровождения значения х, поступает на элемент 40 задержки, который осуществляет его задержку на с С выхода элемента 40 через выход 53 блока синхронизации и через элемент ИЛИ 26 импульс сопровождения проходит на входы синхронизации регистров 18 и 19, которые представляют собой кольцевые регистры сдвига, причем последний И-й разряд регистров 18 и 19 соединен с входом последовательной записи этих же регистров, а так как на вход разрешения сдвига этих регистров поступает разрешающий сигнал с выхода триггера 1, то по переднему фронту этого импульса происходит сдвиг на один разряд значения коэффициентов в этих регистрах 18 и 19, причем значение последнего коэффициента а в случае, если 1 с = Ы, с40 выхода последнего разряда перезаписывается в первый разряд регистров 18и 19.В результате во второй половине первого такта на входы множителя пер.45 вого умножителя 21 группы поступает значение коэффициента а г на входы множителя второго блока 21 - значение а, на входы множителя третьего блока 21 - значения а и т.д, На входах множимого всех блоков 21 сох 50 раняется значение х., которое умно" жается на соответствующий коэффициент а (ш = 2,4И), а поступая на входы сумматоров 22, новые произведения х а, суммируются с55 содержимым ш-го регистра 20 (гп =2,4Я), которое в данном случае будет нулевым. ьИмпульс сопровождения значения х с выхода элемента 40 поступает на вход элемента 4 1 задержки, осуществляющего задержку на время . С выхода элемента 41 импульс сопровождения через элемент ИЛИ 44 и выход 54 блока синхронизации поступает на вход синхронизации регистров 20. По переднему фронту этого импульса в т-й регистр 20 (тп = 2,4И) с информационных выходов 1 с-го регистра 20 Ь = 1,3И) записывается значение предыдущей промежуточной суммы произведений, в данном случае х, а , а в Е-й регистр 20 с выходов сумматоров 22 записывается новое произведение х а , (гп = - 2,4. И), Так, в первый регистр 20 записывается произведение х а а во второй регистр 20 - произведеаТак как триггер 49 находится в единичном состоянии, с выхода элемента 4 1 задержки импульс сопровождения, пройдя через открытый элемент И 47 и затем через элемент ИЛИ 45, формирует на элементе 42 .задержки, элементе НЕ 50, элементе И 48 короткий импульс сброса, который после задержки на время. на элементе 43 задержки, пройдя с выхода 56 блока синхронизации через открытый первый элемент И группы 6 и затем через первый элемент ИЛИ группы 5, осуществляет сброс первого регистра 20 в нулевое состояние. На этом заканчивается первый такт работы устройства. Во втором такте на устройство поступает второе значение хд , которое умножается на соответствующий коэффициент аа поступая на входы сумматоров 22 новые произведения х, аг суммируются с произведениями х, .а которые с выходов ш-х регистров 20 (п = 2,43) поступают на вторые входы сумматоров 22.Импульс сопровождения значения х , пройдя через открытый элемент И 9 и тактовый вход 51 блока син,хронизации, поступает на вход элемента 39 задержки и тактовый вход триггера 49. По этому импульсу триггер 49 устанавливается в нулевое состояние, в результате открывается элемент И 46 и закрывается элемент И 47.Импупьс сопровождения,пройдя через элемент 39 задержки, элемент ИЛИ 44 и через выход 54 блока синхронизации, поступает на вход синхронизации регистров 20. По переднему фронту этого импульса в ш-й регистр 20 (т = 2,4И) с информационных выходов -го регистра 20 Ь = 1,3И) записывается значение предыдущей промежуточной 1 О суммы произведений, а в 1-й регистр 20 с выходов .сумматоров 22 записывается получившаяся сумма произведений. Так, в первый регистр 20 записывается х,.а + х а во вто рой регистр 20 - О, в третий - х а + х а , в четвертый - х а1г ьфи т.д.Одновременно с выхода элемента 39 задержки импульс сопровождения зна чения х пройдя через открытый элемент И 46 и элемент ИЛИ 45, формирует на элементах 42, 50 и 48 короткий импульс сброса, который, пройдя через элемент 43 задержки, с выхода 56 блока синхронизации поступает через открытый первый элемент И группы 6 и через первый элемент ИЛИ . группы 5 на вход сброса первого регистра 20. 30 С выхода элемента 39 задержки импульс сопровождения поступает на вход элемента 40 задержки, с выхода которого через выход 53 блока син хронизации и через элемент ИЛИ 26 этот импульс проходит на входы синхронизации регистров 18 и 19 и по переднему фронту этого импульса происходит сдвиг на один разряд значе ния коэффициентов в этих регистрах причем значение последнего коэффициента а, в случае если 1=И, с выхода последнего разряда перезаписывается в первый разряд регистров 18 и 19. В результате во второй половине первого такта на входы множителя умножителя 21 группы поступает значение коэффициентов а, на входы множителя второго блока 21 - 50 значение а, и т.д, На входах множимого всех, блоков 21 сохраняется значение х которое умножается насоответствующий коэффициент а(ш = 2,4Х), а поступая на вхо ды сумматора 22, новые произведения хг а , суммируются с содержимым ш-го регистра 20. Импульс сопровождения значения х,с выхода элемента 40, пройдя элемент41 задержки, элемент 44,с выхода 54блока синхронизации поступает навход синхронизации регистров 20.По переднему фронту этого импульса вт-й регистр 20 (т=2,4И) записывается содержимое 1-го регистра 20Ь = 1,3И), а в 1 с-й регистр -значение промежуточной суммы произведений с выходов сумматоров 22.На этом заканчивается второй циклработы устройства.Дальнейшие операции над поступающими значениями величин массивах ,,х производится аналогичноописанному, последовательность потактного вычисления значения у у.11 1для случая 1 с=И представлена нафиг.3, а для случая 1И - на фиг.4.Причем в начале каждого нечетногоцикла по переднему фронту импульса,поступающего с выхода 55 блока синхронизации на счетный вход счетчика 13, содержимое этого счетчикаувеличивается на единицу, а на соответствующем выходе дешифратора 16появляется единичный сигнал, которыйоткрывает один из элементов И группы 6 и, поступая на управляющийвход мультиплексора 23, обеспечивает подключение к выходу последнеговыходов соответствующего сумматора22 группы,Сдвиг регистров 18 и 19 по переднему фронту импульса, поступающегос выхода 53 блока синхронизации через элемент ИЛИ 26, происходит между двумя подциклами каждого цикла.Сброс 3-го регистра 20 происходитв конце каждого второго подцикланечетного цикла и в конце каждогопервого подцикла четного цикла поимпульсу сброса, поступающему с выхода 56 блока синхронизации черезоткрытый 1-й элемент И группы 6и 3-й элемент ИЛИ группы 5 на входсброса -го регистра 20.В течение первых Ь) тактовникаких значений на выходы устройства не выдается, так как на входысинхронизации буферного регистра 29и выходного регистра 30 через закрытые элементы И 28 и 10 не проходятимпульсы записи, и содержимое этихрегистров 29 и 30 будет нулевым.Таким образом, в первых Ь)тактах производится загрузка уст1269124 два раза, сократив общие затраты10 оборудования на 307. 15 Вычислительное устройство, содержащее два триггера, два элемеы 9ройства, и лишь в 1-и такте значение счетчика 14, подсчитывающего количество импульсов сопровождения,поступающих с выхода элемента И 9через элемент И 11, совпацает созначением числа коэффициентов, записанных в регистр 17, и в результате на выходе блока 24 сравнения ловявляется единичный сигнал, которыйперебрасывает триггер 2 в единичноесостояние, а задерживаясь на тактна элементе 25 задержки, проходитчерез элемент ИЛИ 4 и сбрасываетсчетчик 14 в нулевое состояние. Врезультате триггер 2 закрывает элемент И 11 и открывает элементы И 28и 10, разрешая прохождение импульсов через элементы И 28 и 10 навходы синхронизации соответственнобуферного регистра 29 и выходногорегистра 30,Запись в буферный регистр 29 происходит в конце первого подциклакаждого четного такта и в конце второго подцикла каждого нечетного такта по переднему фронту импульса,поступающего с пятого выхода 57 блока синхронизации через открытый элемент И 28 на вход синхронизации буферного регистра 29.Запись в выходной регистр 30происходит импульсом сопровождения свыхода элемента И 9 через открытыйэлемент И 10 на вход синхронизациивыходного регистра 30.В результате в начале В+1)-гоцикла с выходов выходного регистра30 на выходы 38 устройства поступает значение у = а х + ах21++ а х а с выхода элемента И 10 на выход Зб устройства поступает импульс сопровождения вычисленного значения у . В следующемнтакте на выход 38 устройства поступает значение у и т.д,После того, как по шине 35 устройства пройдет последнее значение массива переменных х, на вход 32 поступает сигнал конца массива., который проходит через элемент ИЛИ 3 и сбрасывает в нулевое состояние триггеры 1 и 2, регистры 20, буферный регистр 29, выходной регистр 30, устанавливает в нулевое состояние через вход 52 триггер 49 блока синхронизации, заканчивая тем самым процесс вычислений в устройстве,20 25 30 35 40 45 50 55 10Таким образом, предлагаемое устройство позволит в сравнении с известным за счет обеспечения возможности вычисления на одном сумматореи умножителе двух сумм частичныхпроизведений при сохранении функциональных возможностей уменьшить количество сумматоров и умножителей Формула изобретения та ИЛИ, группу элементов ИЛИ, две группы элементов И, четыре элемента И, три счетчика, два дешифратора, регистр числа коэффициентов, два регистра коэффициента, И регистров результата, где И - разрядность коэффициентов, четное число И/2 умножителей, И/2 сумматоров, мультиплексор, схему сравнения и элемент задержки, причем вход установки в ноль первого триггера соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а инверсный выход первого триггера подключен к первому входу первсго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, прямые выходы разрядов которого соединены с соответствующими информационными входами первого дешифратора, первый выход которого соединен с входом управления записью регистра числа коэффициентов, второй и третий выходы первого дешифратора соединены соответственно с входами управления записью первого и второго регистров коэффициента, выход к-го разряда первого регистра коэффициента Й =2,4И) подключен к входу положительного значения множителя, соответственно 1-го умножителя (11,23/2), выходы которого соединены с соответствующими входами первого слагаемого 1-го сумматора, выходы суммы которого подключены к соответствующим информационным входам г-го регистра результата (г = - 1,3М) выход 1 с-го разряда второго регистра коэффициента соединен с входом отрицательного значения множителя 1-го умножителя и с входом переноса 1.-го сумматора, выходы суммы которого соединены с со 11 1269 ответствующими информационными входами 1-й группы мультиплексора, адресные входы которого подключены к соответствующим выходам второго дешифратора, информационные входы которого подключены к соответствующим прямым выходам разрядов второгосчетчика, 1-й выход второго дешифратора соединен с первым входом 1-го элемента И первой группы, выход ко О торого соединен с первым входом Е-го элемента ИЛИ группы, выход которого соединен с входом сброса г-го регистра результата, выход второго элемента И соединен с первыми входами 15 третьего и четвертого элементов И, выход четвертого элемента И соединен со счетным входом третьего счетчика, прямые выходы разрядов которого подключены к первой группе информацион О ных входов схемы сравнения, вторая группы информационных входов которой соединена с соответствующими выходами регистра числа коэФфициентов, выход "Равно" схемы сравнения под ключен к входу установки в единицу второго триггера и к входу элемента задержки, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом ЗО сброса третьего счетчика, прямой выход первого триггера соединен с входами управления сдвигом первого и второго регистров коэффициента, с первым входом второго элемента И и с первыми входами элементов И второй группы, выходы которых соединены с соответствующими входами множимого умножителей, выход первого элемента ИЛИ подключен к вторым входам 4 О элементов ИЛИ группы и к входу установки в ноль второго триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с входом 45 синхронизации регистра числа коэффициентов, инверсный выход второго триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И, вход установки в единицу первого триггера соединен с входом пуска устройства, первый вход первого элемента ИЛИ подключен к входу признака конца массива устройства, вход сброса которого соединен с вторым входами первоо и второго элементов ИЛИ, с входами сброса первого и второго счетчиков, регистра числа коэффициентов, первого 124 2и второго регистров коэффициента, вторые входы первого и второго элементов И подключены к входу сопровождения данных устройства,информационный вход которого соединен с информационными входами регистра числа коэффициентов, первого и второго регистров коэффициента и вторыми входами элементов И второй группы, выход третьего элемента И подключен к выходу сопровождения данныхустройства, четвертый выход первого дешифратора соединен с выходом признака сбоя устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью снижения аппаратных затрат за счет обес- печения возможности вычисления двух сумм частичных произведений на одномсумматоре и умножителе, устройство содержит третий элемент ИЛИ, блок синхронизации, пятый элемент И, буферный регистр и выходной регистр, причем выход первого элемента И соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключенк входам синхронизации первого и второго регистров коэффициента, выходвторого элемента И подключен к тактовому входу блока синхронизации, первый выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ, второй выход блока синхронизациисоединен с входами синхронизации регистров результата, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу начальной установки блока синхронизации, к входам сброса Е-х регистров результата и к входам сброса буферного и выходного регистров, третий выход блока синхронизации соединен со счетным входом второго счетчика, четвертый выход блока счнхронизации соединен с вторыми входами элементов И первой группы, а пятый выходс первым входом пятого элемента И, выход которого подключен к входу синхронизации буферного регистра, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом пято" го элемента И, выход третьего элемента И соединен с входом синхронизации выходного регистра, информационные входы которого подключены ксоответствую 1 цим выходам буферного регистра, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами мультиплексора, входы второго слагаемого 1-го сумматора под 13кнюцены к соответствующим выходам 1-го регистра результата, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами (1 с)-го12691 М 1 регин"гра результата Выходы выходного регистра подключены к соответствующим информационным выходам устройства.