Устройство для умножения

2) Автор изобретен Ка а Ленина институт кибернетики АН Украиной-ССР-:Й) УСТРОЙСТВО УМНОЖЕНИ Изобретение оьной технике н ся к вычислим жет быть испольв часто зовано при умн операции Щ ,Известно такжножения, содержарегистр множителчастичных произв строиство для умрегистр множимого, блок формирования ний и блок сумминости в системах счисления с большими основаниями,Известны устройства, в которых выполнение арифметических и логическихопераций осуществляется путем обращения к матрице, представляющие собойпрограммируемый блок для выполненияарифметических и логических операций.Устройство содержит прямоугольную матрицу из М(8+1) логических ячеек и(И+1) управляющих ячеек - по одной накаждом из И+1) столбцов матрицы. Кадэя управляющая ячейка состоит издвух каскадов О и Ч и может находиться в состоянии "1" либо "0". ЯчейкиО и Ч служат для управления всеми операциями, выполняемыми соответствующимстолбцом. Каждая ячейка матрицы, также состоящая из двух каскадов Х и У,связана с соотве гствующей управляющейячейкой и выраба 1 ывает выходные сигналы О и Е в зависимости от входных сигналов А, В и С. Выходы 0 и Е каждой ячейки связаны со входами соседней ячейки, а выходы ячеек крайнего стол бца подключены ко входам следующей логической или дополнительной матрицы.Каждый столбец матрицы может быть выбран исходя из состояния каскада О управляющей ячейки, с целью выполнения соответствующей арифметической или логической операции, Кроме того, выбор соответствующего столбца может быть осуществлен, исходя из состояния каскада М: во-первых, в результате реализации каскада О и Ч логических функций И или ИЛИ в случае выполнения логической операции и, во-вторых, путем подачи двоичного сигнала на вход столбца в случае выполнения арифметических97"37рования частичных произведений. Входыблока Формирования частичных произведений соединены с выходами регистровмножимого и множителя. Выходы блокаформирования частичных произведенийподключены ко входам блока суммирования частичных произведений, выходыкоторого являются выходами устройства 12 3.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для умножения, которое содержит регистр множимого, регистр множителя, блок формированиячастичных произведений, блок суммирования частичных произведений, блок15поразрядного накопления переносов,сумматор с распространением переносови регистр результата. Входы регистрарезультата подключены к выходам,сумматора. Первая и вторая группы входовсумматора подключены к первой группевыходов блока суммирования частичныхпроизведений и к выходам блока поразрядного накопления переносов соответственно, Входы блока суммированиячастичных произведений подключены кпервой группе выходов блока формирования частичных произведений, втораяГруппа выходов которого подключена кпервой группе входов блока поразряд 30ного накопления переносов, втораягруппа входов которого подключена ковторой группе вьходов блока суммирования частичных произведений; Перваяи вторая группы входов блока формирования частичных произведений подключены к выходам регистров множимого имножителя соответственно3 1Недостатками известных устройствдля умножения являются большие затра-.ЯОты оборудования, значительную частькоторых составляет блок формированиячастичных произведений, содержащийпри умножении и - разрядных р-ичных2чисел (2 п-п)х 2 р двухвходовых элементов И, малая достоверность получаемого результата,Цель изобретения - уменьщение затрат оборудования за счет уменьщениячисла двухвходовых элементов И блокаформирования частичных произведений, Оа также повышение достоверности результата умножения.Поставленная цель достигается тем,что устройство для умножения, содержащее регистр множимого, регистр мно- Ижителя, блок формирования частичныхпроизведений, блок суммирования частичных произведений, блок накопления переносов, сумматор с распространением переноса и регистр результата, причЕм входы регистров множимого и множителя подключены соответственно ко входам множимого и множителя устройства, выходы реГистров множимого и множителя подключены соответственно к первому и второму входам блока формирования частичных произведений, первый выход которого подключен ко входу блока суммирования частичных произведений, а второйк первому входу, блока накопления переносов, второй вход которого подключен к первому выходу блока суммирования частичных произведений, второй выход которого подключен ко входу первого слагаемого сумматора с распространением переноса, выход которого подключен ко входу регистра результата, выход последнего подключен к выходу результата устройства, содержит блок накопления коэффициентов и блок суммирования коэффициентов и переносов, причем вход блока накопления коэффициентов соединен с третьим выходом блока суммирования частичных произведений, выход блока накопления коэффициентов подключен к первому входу блока суммирования коэффициентов и переносов, второй вход которого подключен к выходу блока накопления переносов, а выход блока суммирования коэффициентов и переносов подключен ко входу второго слагаемого сумматора с распространением переноса.На Фиг, 1 представлена блок-схема устройства для умножения;(на фиг. 223 показана реализация устройства дляслучая и =3), на фиг. 2 - структурнаясхема блока Формирования частичныхпроизведений; на фиг. 3 - функциональная схема матрицы умножения; на фиг. 4, 5 - Функциональные схемы матриц, сложения для. р=10; на фиг. 6 - структурная схема блока суммирования частичных произведений; на фиг, 7 - функциональная схема матрицы сложения двух однородных Р-ичных чисел; на фиг. 8 - структурная схема блока накопления коэффициентов; на фиг, 9, 10 и 11функциональные схемы матриц двухвходовых элементов И и матриц многовходовых элементов И; на фиг, 12 - структурная схема блока накопления переносов на Фиг, 13 - функциональные схемы матриц элементов И, реализующих блок накопления переносов; на фиг. 14 . структурная схема блока суммирования коэффициентов и переносов, на Фиг, 15.974370 аэ 8705/6 Филиал ППП "Патент Ужгород, ул. Проектна ВНИИПе раж 731 Подписно23 - функциональные схемы матриц элементов И, реализующих блок суммирования коэффициентов и переносов, выполненные для примера на диодных сборках.Устройство содержит регистр 1 мно-жимого, регистр 2 множителя, блок 3 формирования частичных произведений, блок 4 суммирования частичных произведений, блок 5 накопления коэффициентов, блок б накопления переносов, 1 ф блок 7 суммирования коэффициентов и переносов, сумматор 8 с распространением переноса, регистр 9 результата.Входы регистров 1 и 2 подключены соответственно ко входам множимого 1 О 1 и множителя 1 устройСтва, а их выходы соединены с первым и вторым входами блока 3 соответственно. Первый выход блока 3 подключен ко входу блокавторой - к первому входу блока б, рр третий выход блока 3 - ко входу блока 5. Первый выход блока 4 соединен со вторым входом блока б, второй выход блока 4 подключен квходу перво: го слагаемого сумматора 8, Выход бло з ка 5 соединен с первым входом блока суммирования 7, второй вход которого подключен к выходу блока б, а выход - ко входу второго слагаемого сумматора 8. Выход сумматора 8 соединен со вхо- зе дом регистра 9, выход последнего подклюцен к выходу 12 результата устройства. Блок 3 представляет собой схему (см. Фиг. 2), включающую матрицы 14 умножения и матрицы 15 и 6 сложения двух одноразрядных чисел, причем входы 1 и 2 каждой матрицы 14 подключены к соответствующим ей входным шинам группы 1 и 2 блока 3 соответственно. Входы 1 и 2 матриц .15, а также входы матриц 16 подключены к выходам 3 и выходам 4 матриц 14, Выходы 1 матриц 14 и 15 объединены е группу 1 выходов4 .блока 3. Выходы 2 матриц 15 и выходы матриц 16 объединены в группу 2 входов блока 3. Выходы 2 матриц 14 и выходы 3 матриц 15 объединены е группу 3 выходов блока 3, Функциональные схемы матриц 14, 15 и 16 представлены наЮ фиг. 3, 4 и 5 соответственно для примера в счислении с основанием р=10,Блок 4 представляет собой многоуровневую схему (см. Фиг. 6), включающую матрицу 17 сложения двух одноразрядИ ных р-ицных чисел, Функциональная схема матрицы 17 представлена на фиг. 7 для примера для р=10. 70. бБлок 5 представляет собой многоуровневую схему (см. Фиг. 8), включающуюматрицы 18 и 19 двухвходовых элементов И, а также матрицы 20-22 многЬвходоеых элементов И. функциональные схемы матриц 18-22 представлены на фиг. 91. При этом матрицы 20-22 выполненыгля примера на диодных сборках.Блок 6 представляет собой многоуровневую схему (см. Фиг. 12), включающую матрицы 23-27 двухвходовых элементов И, причем входы 1 и 2 матриц 23подключены к входным шинам группы 1входов блока 6. Один из входов матрицы 24 подключен к входной шине группыили группы 2 входов блока 6, адругой - к выходам матрицы 23. Входыматрицы 25 - к выходам соответствующих матриц 23. Входы матрицы 26 - квыходам соответствующих матриц 23 и24, а входы матриц 27 - к выходам соответствующей матрицы 24 и входнойшине группы 2 входов блока 6. Функци-ональные схемы матриц 23-27 представлены на фиг. 13,- Блок 7 представляет собой группу(см, фиг. 14) матриц 27 и 30 двухвходовых элементов И, а также .матриц 28и 29 многовходовых элементов И. Входы 1 и 2 матрицы 27 блока 7 подключены к входным шинам О группы 1 и 2 входов этого блока соответственно. Входы 1, 2 и 3 матрицы 28 подключены квходным шинам 1, 2 и 3. (4, 5 и 6) группы входов блока 7, а входы 4 и 5 этойматрицы подключены к входам 1 и 2(3 и 4) группы 2 его входов. Входы 1матрицы 29 подключены к входной шине7 группы 1 входов блока 7, а входы 2и 3 матрицы 29 подключены к входнымшинам 5 и 6 группы 2 входов этогоблока, Входы 1 и 2 матрицы 26 подключены к входной шине 8 группы 1 входовблока 7 и входной шине 7 группы 2 еговходов соответственно.функциональные схемы матриц 28, 29и 30 представлены на фиг. 15-23. Приэтом матрицы 29 и 28 выполнены дляприменения на диодных сборках.Устройство работает следующим образом,С выходов регистрови 2 множимоеи множитель поступают на входы 1 и 2блока 3, в котором все цифры множимого умножаются на все цифры множителяодновременно. При этом на входы каждой матрицы 14 сигналы, соответствующие цифре множимого (множителя), поступают следующим образом, 7 9743На вход с номером 1, 2, ,-1Рили - сигнал поступает в том случае,еСли цифра множимого (множителя) равРна 7,+1,; ., рили р- , соответственно, На вход с номером+1, - + 5+2, , р или р сигнал поступает втум случае, если она равна О, 1,1 р- 2 или- 1 соответственно. Навход с номером р+1 сигнал поступает,ели цифра находится в диапазоне 0 - 1 е- 1 включительно, а на вход с номе 1ром р+2 - если рна находится в диапазоне значений - - рвключительно.На вход с номером р+3, р+4 и т. д.сигнал, соответствующий цифре множимо 1 Юго (множителя), поступает в том случае, если она принимает одрно из двухзначений 0 или г, 1 или - +1 и т. д.соответственно. Например, для р=1 О приумножении цифр множимого и множителя 208 и 9 сигналы, соответствующие этимцифрам, приходят на входы с номерами,4, 12 и 16 группы входов 1 и входы сномерами 5, 12.и 17 группы входов 2.Выходные сигналы в отмеченном примере 2 Зпоявляются на следующих выходах блока 14; на выходной шине 1 группы выходов 1, выходной шине 0 группы выходов2, выходной шине 1 и выходной шине 6группы выходов 3, выходной шине 2 и 30выходной шине 5 группы выходов 4 и од.нозначно соответствует результату умножения 8 х 9=72,С выходов матриц 14 сигналы, соответствующие правым и левым составляю-Зщим результата умножения, поступаютна входы матриц 15 и 16 и на выходыгрупп выходов 1, 2 и 3 блока 3На выходах матриц 15 и 16 каждаяцифра представлена двумя сигналами: щПервый из ух поступает на ши; у с номером 0 - - - 1 а второй на шину сР 2 р 1номеромили +1,Результат сложения двух цифр наматрице 15 появляется на трех ее выходах, При этом известно, что на .выходах групп 1 и 3 сигналы, соответствующие значению переноса 1. и значениюкоэффициента 5, появиться одновременно не могут. ЯС выходов 2 блока 3 сигналы, соответствующие значениям частичных произведений в данном разряде, поступают йа входы блока 4, в котором происходит их сложение на многоуровневой. Исхеме, причем на входы матриц 17 этойсхемы каждая цифра поступает в коде 1из р (например, цифре О, 1, 2,9 соответствув 1 наличие сигнала на4 70 8входе с номером 0, 1, , 9), а результат появляется на двух группах выходов, С выходов 1 блоков 3 и 4 сигналы, соответствующие единицам переносое из каждого разряда в соседний старший разряд, поступают на входы 1 и 2 блока 6 соответственно. С выходов 3 блока 3 сигналы, соответствующие коэффициентам 0 илиданного разряда поступают на входы блока 5. Сложение частичных произведений в блоке 4, накопление коэффициентов в блоке 5 и накопление переносов в блоке 6 осуществляется практически одновременно.Значения коэффициентов каждого разряда, образование на выходах блока 5,и переносов в соседний старший разряд,накопленных в блоке 6, суммируются вблоке 7. При этом максимально возможная сумма в одном из разрядов для рассотренного примера (и =3) составляет+8, т. е. для р=10 - число 13. Поскольку максимально возможная цифра одного р-ичного разряда составляет р, то этот факт говорит о том, что предложенное устройство целесообразно использовать для значений р 16 (так, при р=16 и и =3 максимально возможная сумма коэффициентов и переносов составляет 8+8=16). Кроме того; число выходов блока 7 превышает максимально возможное знаРчение в одном разряде и составляет+9, поэтому появление сигнала на выходе блока 7 с максимальным номером может быть использовано как признак ошибки результата. Эта шина на вход сумматора 8 не заводится и самостоятельной группой 2 выходов подается на выход устройства, Значения сумм каждого разряда, образованные на выходах 2 блока 4, а также значения сумм коэффициентов этого разряда с переносами из соседнего младшего разряда суммируются на сумматоре 8, с выходов которого результат поступает на регистр 9 результата.Общие аппаратурные затраты на реализацию предлагаемого устройства для умножения составляютА=пРр - + (пР-пР)(р +8) 01+0 + Оэгде О, О и О- число элементарных компонентов, необходимых для поСтроения блоков накопления переносов, накопления коэффициентов и суммирования коэффициентов и переносов соответственно.9 9743Общие аппаратурные затраты на реализацию устройства-прототипа составляют:А - - (ЗппР)2 р +ОЭкономию от внедрения предлагаемо го устройства для умноженыя можно определить из следующего выражения:Э=д, -дПоскольку для рассмотренного в описании случая (пР=3) значения 0, 0 и 16 ОЭ определены как 0=71, 0=348, О = =1820, то для этого случая положительный эффект от внедрения предлагаемого устройства по сравнению с устройством- прототипом при р=32 и. р=64 составляет 1 ф Э=10840 и Э=50008 элементарных компонентов соответственно,Таким образом, в предлагаемом устройстве затраты оборудования меньше, М чем в устройстве-прототипе и, кроме, того, достоверность его функционирования выше за счет наличия признака достоверности получаемого решения.ИФормула изобретенияУстройство для умножения, содержащее регистр множимого, регистр множи- Зф теля,блок формирования частичных про.- изведений, блок суммирования частичных произведений, блок накопления переносов, сумматор с распространением переноса и регистр результата, причем 35 входы регистров множимого и множителя подключены соответственно ко входам множимого и множителя устройства, выходы регистров множимого и множителя подключены соответственно к первому 46 и второму входам блока Формирования частичных произведений, первый выход 70 10которого подключен ко входу блока суммирования частичных произведений, авторой - к первому входу блока накопления переносов, второй вход которогоподключен к первому выходу блока суммирования частичных произведений, второй выход которого подключен ко входу первого слагаемого сумматора с распространением переноса, выход которого подключен ко входу регистра результата, выход которого подключен к выходу результата устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуменьшения затрат оборудования и повышения достоверности результата умножения, устройство содержит блок накопления коэффициентов и блок суммирования коэффициентов и переносов,причем вход блока накопления коэффициентов соединен с третьим выходомблока суммирования частичных произведений, выход блока накопления коэффициентов подключен к первому входу блока суммирования коэффициентов и переносов, второй вход которого подключенк выходу блока накопления переносов,выход блока суммирования коэффициентов и переносов подключен ко входувторого слагаемого сумматора с распространением переноса.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. ПЬтент США Ю 3584205,кл, 6 06 Г 7/39 опублик. 1977.2. Прангишвили И. В. и др. Микроэлектроника и однородные структурыдля построения логических и вычислительных устройств. И., "Наука", 1967,с. 180.3, Авторское свидетельство СССРИ 739531, кл, б 06 Г 7/52 1979 (прототип).