Арифметическое устройство

(72) С.А (53) 681 (56) 1. 21.2Авторское св 703905, кл. Ь 06 рототип). тельство ССС7/38, 1976вв,в та И, вход третьего с вторым входом вто выходы первого, вто элементов НЕ соедин входами третьего, ч го элементов И соот входы третьего, чет элементов И - с вхо элемента Н ого элемен ого и трет ны с первым твертого и етственно ертого и и ом второго а И,егои пятовторыетогоэлеГОСУДАРСТВЕКН)Й КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) АРИФМЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО,содержащее матрицу ячеек из К строки Э столбцов(М,Э -разрядность операндов ), причем каждая ячейка содержитмноговходовый сумматор и первый ивторой элементы И, при этом входыразрядов первого операнда устройстваподключены к первым входам первыхэлементов И ячеек матрицы соответствующих столбцов, входы разрядоввторого операнда устройства с первогопо (Э) -й подключены к первым входамвторых элементов И ячеек матрицы соответствующих столбцов, вход Э-горазряда второго операнда устройстваподключен к первым входам вторыхэлементов И ячеек матрицы Э -гостолбца с первой по (И) -ю, входыразрядов третьего операнда устройства подключены к вторым входам элементов И ячеек матрицы соответствующихстрок, входы разрядов четвертогооперанда устройства с первого по(н-й подключены к вторым входамвторых элементов И ячеек матрицысоответствующих строк, вход )к)-горазряда четвертого операнда устройства подключен к вторым входам вторыхэлементов И ячеек матриць. К -йстроки с первой по (Э -1)-ю, в каждойячейке матрицы выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к первому и второму входаммноговходового сумматора, выходысуммы многовходового сумматора ячеекпервого столбца с первой по Мр-ю соеди иены с выходами соответствующих разрядов результата, выход суммы многов 1 одового сумматора р-й ячейки с);йстроки матрицы (р =2.Э; =1,Иподключен к третьему входу многовходового сумматора(р)-й ячейки(+1 - й строки матрицы, первыйвыход переноса многовходового сумматора 1 -й ячейки каждой строки матрицы И =1 Э -2)подключен к четвертому входу многовходового сумматора( +2) -й ячейки той же строки матрицы, первый выход переноса многовходового сумматора (Э)-й ячейки с-истроки подключен к третьему входумноговходового сумматора Э-й ячейки(с+1) -й строки матрицы, о т л и ч а- Яю щ е .е с я тем, что, с целью расщирения функциональных возможностейза счет перемножения в дополнительныхкодак, в устрсиствс введевайь 1)-встрока ячеек матрицы, каждая из которых содержит многовходовои сумматор и два элемента И, выходы кото рых подключены к первому и второму входам многовходового сумматора соответственно, третьи входь. многовходовых сумматоров ячеек(8+1) -й строки матрицы с первой по (Э) -юсоединены с выходами суммы многовходовых сумматоров ячеек соответственно со второй по Э-ю )ч-й строки матрицы, в каждую ячейку матриць; введены третий, четвертый и пятый элементы И и три элемента НЕ, причем в каждой ячейке матрицы вход первого элемента НЕ соединен с первым входом первого элемента И, вход второго элемента НЕ - с вторым входом первого элеменмента НЕ входом первого элемента НЕ и первым входом второго элемента И соответственно, выходы третьего, четвертого. и пятого элементов И подключены к пятому, ьестому и седьмому входам многовходового сумматора, выходы суммы многовходовых сумматоров ячеек(М+1) -й строки матри цы с первой по Э-ю соединены с выходами разрядов результата устройства с (И+1) -го по(НЭ)-й, второй выход переноса многовходового сумматора-й ячейки -й строки матрицы(= =1, М)= 13) соединен с восьмым входом многовходового сумматора )-й ячейки (+1)-й строки матрицы, входы первого элемента И первой ячейки (8+1) -й строки матри- . цы подключены к входу знакового разряда второго операнда устройства, входы второго элемента Б первой ячейки (И+1) -й строки матрицы - к входу знакового разряда первого операнда устройства, четвертые входы многовходовых сумматоров пер- вой и второй ячеек М-й строки.матрицы - к входам знаковых разрядов соответственно третьего и четвертого операндов устройства, четвертый вход многовходового сумматора второй ячейки (М-й строки матрицы - к входу знакового разряда третьего операнда устройства, входы второго элемента И 7-й ячейки М-й строки матрицы соединены с первым выходом переноса многовходового сумматораЭ -й ячейки (М) -й строки матрицы, первый выход переноса многовходового сумматора 1-й ячейки(8+1) -й строкич 1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных и быстродействующих ЭВМ для вычисления выражения вида Р = =АВ + СД.Известно арифметическое устройство матричного типа, содержащее матрицу ячеек из К строк и Э столбцов, каждая ячейка которой содержит сумматор и элемент И 13.Недостатком укаэанного устройства является то, что оно не вычисляет функцию Р=АВ + СД, необходимую для реализации быстрого преобразования Фурье.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является арифметическое устройство матричного типа, содержащее матрицу ячеек из М строк и 7 столбцов М,Э- разрядность операндов ), причем каждая ячейка матрицы соединен с входами второгоэлемента И(1+2) - й ячейки той жестроки матрицы, второй выход переноса многовходового сумматора каждойячейки(8+1) -й строки матрицы - счетвертым входом многовходовогосумматора последующей ячейки тойже строки матрицы, первый выходпереноса многовходового сумматора3 -й ячейки первой строки матрицыподключен к входам первого элементаИ второй ячейки(й +1) -й строки матрицы, первый выход переноса многовходового сумматора 7-й ячейки (М) -йстроки матрицы - к входам первогоэлемента И 7-й ячейки(8+1) -й строкиматрицы входы первого элемента И(3-1)-й ячейки(,8+1)-й строки матрицысоединены с входами Э-го разрядавторого операнда и Н-го разрядачетвертого операнда устройства,третьи входы третьих элементов ИЭ -й ячейки Й-й строки и(3-1)-йячейки(И+1)-й строки матрицы соединены с входом сигнала логическойединицы устройства, третьи входытретьих элементов И остальных ячеекматрицы соединены с Входом сигналалогического нуля устройства, третьивходы четвертых и пятых элементовИ ячеек 7 -го столбца с первой по М-юячеек И-й строки и (3-1)-й ячейки(И+1) -йстроки матрицы подключенык входу сигнала логической единицыустройства, третьи входы четвертыхи пятых элементов И остальных ячеекматрицы к входу сигнала логическогонуля устройства. 2содержит многовходовой сумматор ипервый и второй элементы И, вкотором операнды и результат представлены в прямых кодах (23,Недостатком известного устройстваявляется ограниченность функциональных воэможностей, так как нельзя,например, вычислить функции Р = АВ ++ СД для всех возможных комбинацийзнаков ее операндов.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейза счет перемножения в дополнительных кодах.Поставленная цель достигаетсятем, что в арифметическое устройство, содержащее матрицу ячеек из Мстрок и 3 столбцов(где М,З - разрядность операндов ), причем каждаяячейка содержит многовходовый сумматор и первый и второй элементы И,при этом входы разрядов, первогооперанда устройства подключены к первым входам первых элементов И ячеек матрицы соответствующих столбцов, входы разрядов второго операнда устройства с первого по(3-1) -й подключены к первым входам вторых эле ментов И ячеек матрицы сЬответствующих столбцов, вход 3-го разряда второго операнда устройства подключен к первым входам вторых элементовИ ячеек матрицы 3-го столбца с )О первой по (М) -ю, входы разрядов третьего операнда устройства подклюЪчены ко вторым входам первых элементов И ячеек матрицы соответствующих строк, входы разрядов четвертого операнда устройства с первого по М)-й подключены ко вторым входам вторых элементов И ячеек матрицы соответствующих строк, вход М -го разряда четвертого операнда устройства подключен ко вторым входам вторых 20 элементов И ячеек матрицы М-й строки с первой по (3-1)-ю, в каждой ячейке матрицы выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к первому и второму входам многовхо дового сумматора,выходы суммы многовходового сумматора ячеек первого столбца матрицы с первой по М-ю соединены с выходами соответствующих разрядов результата, выход суммы 30 многовходового сумматора р-й ячейкис). -й строки матрицы ( р=2А =1 М -1 ) подключен к третьему входу многовходового сумматора (р- -1)-й ячейки,+1) -й строки матрицы, первый выход переноса многовходового сумматора 1-й ячейки каждой строки матрицы (1=1 3 -2)подключен к четвертому входу многовходового сумматора В+2)-й ячейки той же строки матрицы, первый выход переноса много-.40 входового сумматора(Э) -й ячейки),-й строки подключен к третьему входу многовходового сумматора Э-й ячейки,+1)-й строки матрицы, введена (М+1)-я строка ячеек матрицы, каждая 45 из которых содержит многовходовой сумматор и два элемента И, выходы которых подключены к первому и второму входам многовходового сумматора соответственно, третьи входы многовходовых сумматоров ячеек(М+1) -й строки матрицы с первой по(,3-1) -ю соединены с выходами суммы многовхо-. довых сумматоров ячеек соответственно со второй по 3-ю й-й строки матрицы, в каждую ячейку матрицы введены третий, четвертый и пятый элементы И и три элемента НЕ, причем в каждой ячейке матрицы вход первого элемента НЕ соединен с первым входом первого элемента И, вход второго элемента 60 НЕ - со вторым входом первого элемента И, вход третьего элемента НЕ со вторым входом второго элемента И, выходы первого, второго и третьего элементов НЕ. - с первыми входами 65 третьего, четвертого и пятого элементов И соответственно, вторые входы третьего, четвертого и пятогоэлементов И соединены со входомвторого элемента НЕ, входом первогоэлемента .НЕ и первым входом второгоэлемента И соответственно, выходытретьего, четвертого и пятого элементов И подключены к пятому, шестомуи седьмому входам многовходовогосумматора, выходы суммы многовходовых сумматоров ячеек(М+1) -й строкиматрицы с первого по Э-ю соединеныс выходами разрядов результатаустройства с(М+1) -го по(МЭ)-й,второй выход переноса многовходовогосумматора )-й ячейки )-й строкиматрицы (=1М; 3=13)соединен с восьмым входом многовходового сумматора ) - й ячейки( +1) -йстроки матрицы. Входы первогоэлемента И первой ячейки(М+1) -йстроки матрицы подключены ко входузнакового разряда второго операндаустройства, входы второго элементаИ первой ячейки(М 1) -й строки матрицы - ко входу знакового разрядапервого операнда устройства, четвертые входы многойходовых сумматоровпервой и второй ячеек М -й строкиматрицы подключены к входам знаковых разрядов соответственно третьегои четвертого операндов устройства,четвертый вход многовходового сумматора второй ячейки(М) -й строкиматрицы подключен ко входу знаковогоразряда третьего операнда устройства 7входы второго элемента И 3 -й ячейки М-й строки матрицы соединены спервым выходом переноса многовходового сумматора Л-й ячейки(М)-йстроки матрицы, первый выход переноса многовходового сумматора 1 -йячейки(М+1) -й строки матрицы соединенсо входами элемента И(1+2) -й ячейкитой же строки матрицы, второй выходпереноса многовходового сумматоракаждой ячейки(М+1)-й строки матрицыс четвертым входом многовходовсгосумматора последующей ячейки той жестроки матрицы, первый выход переноса многовходового сумматора Э-йячейки первой строки матрицы подключен ко входам первого элемента Ивторой ячейки(М+1) -й строки матрицы,первый выход переноса многовхадовогосумматора Э-й ячейки(М-) -й строкиматрицы - ко входам первого элементаИ 3-й ячейки(М +1) -й строки матрицы,входы первого элемента И(Э) -йячейки(М+1) -й строки матрицы соединены со входами Э-го разряда второгооперанда и М-го разряда четвертогооперанда устройства, третьи входытретьих элементов И Э-й ячейки М-йстроки и(Э) -й ячейки (М+1 -й строкиматрицы соединены со входом СНгналалогической единицы устройства, третьивходы третьих элементов И остальныхразрядный лополнитель - 45 ный код результата знаковые разряды кодов операндов;коды операндов с поразрядной инверсией; 5 О знаки коныснкции, суммы и умножения.ции Формулы (1) в устзуется ячейка 1, закон где Г - (+ Э) -Азн Ън зн ънА,В,С и Д;Для реализа ройстве испольячеек матрицы соединены со входомсигнала логического нуля устройства,третьи входы четвертых и пятых элемен -тов И ячеек Э-го столбца с первойпо -ю, ячеек М - й строки и (3-1) -йячейки(+1) -й строки матрицы подключены ко входу сигнала логическойединицы устройства, третьи входы четвертых и пятых элементов И остальныхячеек матрицы подключены ко входусигнала логического нуля устройства. 1 ОНа фиг. 1 представлена структурная схема арифметического устройства;на фиг. 2 - функциональная схемаячейки.Устройство содержит ячейки 1(фиг. 1). Входы 2 и 3,4 и 5,6 и 7,8и 9 являются входами разрядов соответственно первого, второго, третьего и четвертого операндов, из которых входы 2,4,6. и 8 - знаковыевходы соответствующих операндов,2 Овход 10 сигнала логического нуля,вход 11 сигнала логической единицы,выходы 12 и 13 разрядов результата( выход 12 знаковый),Каждая ячейка 1(фиг. 2)содержитмноговходовой сумматор 14, элементыИ 15 - 19, элементы НЕ 20 - 22, атакже имеет входы 23 - 31 и, выходы32 - 34.Дополнительные входы 3 -разрядных 30операндов А и С поступают соответственно на входы 2 и 3, входы 4 и 5,Дополнительные коды М в разрядноперандов В и Д поступают соответственно на входы 6 и 7, входы 8 и 9.Дополнительный код результата операции Р =АВ + СД, разрядностью Э + Мформируется на выходах 12 и 13,Общая расчетная Формула, реализуемая в устройстве, имеет видГ=АЮ СЭ (А н Ь+С 8 Ъ 2 +(8 нЬА ЗзнАС)2Функционирования которой описываетсяследующим выражением:где РЭ, Р , Р - значения первогоЪ 2 33 ЭФи второго переносов,а также значения,суммы, формируемыена выходах 32,33 и34;Х - состояние соответ 1,)ствующего входаячейки 1 с позиционным номеромфиг.2;,2 2 2 и 20 - весовь:е козффиРциенть. при соответствующем входеили выходе,Пространственное распределениевычислительных функций между ячейками матрицы по реализации формулы 1осуществляется фиксированной настройкой ячеек 1 по входам 30 и 31(фиг.2),Ячейки 1, навходах 30 и 31которых код "00", реализуют часть(АВ + СД)формулы (1), ячейки, на входах 30 и 31 которых код "10", позволяют учитывать в зависимости отподаваемых сигналов или(А 9 н В+С ЦЗ)Рили (8, Ь А+Ззн Ь С) 2" части Формулы (1),ячейки, на.входах 30 и 31 которыхкод "11", необходимы для учета произведений знаковых. разрядов формулы(1), т.е. выражений(д нйЬ н+А н 8 Озн)2"4и и (н Й 1 зн+Сэн11 Эн)Независимо от того, какие значения принимают переменные правойчасти выражения (2),их сумма не превышает величины двоичного кода "111".Учет членов (А 4 С )2 и(Ь +3 щ)2 нформулы (1) осуществляется йоданчейзнаковых операндов с 3- и И - разрядным сдвигом на соответствующие ячейки матрицы,Ячейки матрицы могут быть в интегральном исполнении, в корпусах с14 выводами.Предлагаемое арифметическое устройство обладает более широкими функциональными возможностями, так какпозволяет оперировать с числами вдополнительных кодах, Кроме того,иэ-за диагонального распространенияпереносов оно обладает и большимбыстродействием.