Сумматор с параллельным переносом

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоцналисткческмзРеспублик ц 744557Опубликовано 30.06,80. Бюллетень И 24 ио делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30,06.80(72) Авторы изобретения И, В,. Дедулев и А. А. Шостак Минский радиотехнический институт(54) СУММАТОР С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ Изобретение относится к вычислительной технике и можетбыть применено при разработке арифметических устройств,. контроль которых организован по четности, а используемые сумматоры образуют разрядные переносы параллельным образом.Известен сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде узлы формирования функций генерации и транзита переноса, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входы Которого соединены1 О с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса предьщущих разрядов и с шиной значения15 входного переноса сумматора, узел формирова. ния суммы, входы которого соединены с выхо дом узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда и с шинами значений разрядных слагаемых 11),Основным недостатком сумматора является невозможность организации контроля схем об. ,разования разрядных переносов при контроле .работы сумматора по четности. Известен сумматор с параллельным переносом и функциональной зависимостью суммы от переноса, содержащий в каждом разряде узлы формирования функций генерации и транзита переноса, узел образования параллельного " переноса иэ данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с шина. ми значений функций генерации и транзита.т Фпереноса предыдущих разрядов и с шиной зна. чения входного переноса сумматора, узел формирования суммы с функциональной зависимостью от переноса, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций гене. рации и транзита переноса, с выходами узлов образования параллельных переносов из данно. го йпредыдущего разрядов и с шинами эначе. ний разрядных слагаемых 2.Однако и данный сумматор не позволяет организовать полный контроль схем образова. ния параллельных переносов иэ разрядов, вопреки распространенному мнению (ошибка в образовании Ста переноса иэ и-го разряда не будет обнаружена контролем по четности, если"- - 11=6 С бат, аТ ВСв дТиДаэ =Тсз полученных значениипроизведений можно 1 Ъ И булевых разностеи елать следующиевывод 3разрядные слагаемые в (и+1)-ом разряде сумматора равны: аи =О, Ьи,= 1 или а= 1,Ь=а,Организовать полный контроль схем образо.вания параллельных переносов из разрядов5позволяет сумматор, который дополнительно содержит в каждом разряде первый элементсложения йо моддулю,два, входы которого соединены с шинами значений разрядных слагаемых, второй элемент сложения по модулю два 1 Овходыкоторого соединены с выходами узловобразования параллельных переносов из данно.го и предыдущего разрядов, элемент И, входыкоторого соединены с выходами элементов" " сложения по модулю два, а выход подключенк шине сигнализации сбоя сумматора 3.Существенным недостатком такого суммато.ра является большой объем оборудования, вы.званный сложностью схемы формирования сум.мы с функциональной зависимостью от перено.са и наличием в каждом разряде дополнительно двух элементов сложения по модулю дваи элемента И,Наиболес близким к предлагаемому изобре.тению является сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде узелформирования функций генерации и узел трап.зита переноса, входы которых соединены с шинами значений разрядных слагаемых,узелобраэованйя параллельного переноса из данногоразряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерацйи и,транзита переноса, с шинами значений функцийгенерации и транзита переноса в предыдущихразрядов и с шиной значения входного перено.са сумматора, узел формирования суммы,входы которого соединены с выходом узлаформирования функций генерации и транзита- переноса; с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса 4 Оиз данного разряда и с выходом прямого зна.чения переноса узла образования параллельногопереноса из предыдущего разряда, В этом случае предполагается, что разрядные суммы формируются в соответствии с выражениеми = Сиди + Си+) + биСи где 0 = а, ЬТи = а + Ь, - функции соот.ветственно генерации и тран.зита переноса;С, - йереносы соответственноиз данного ипредыдущегоразрядов;а Ь, - разрядные сла.гаемые и-го разряда сумматора 4.М 4Основным недостатком известного суммато ра является невозможность полного контроля узлов образования параллельных переносов из разрядов и узлов формированияфункций ге. нерации переноса, при органиэации его контроля по четности, что подтверждается айализом значений булевых разностей и их произведений: а) ошибка в образовании Си переноса, вызванная неисправностью узла образования па. раллельного переноса из и-го разряда, не вы. зывает ошибок в Зи сумме, когда а и= Ьи = = Си 4= О или аи = Ьи = Си= 1. и"в Яи+ сумме, когда а МЬи+1= 1, т, е, оиа может быть необнаружейа контролем по четности;б) неисправность узла формирования функции генерации переноса 6 и может привести к необнаруживаемом классу ошибок в работе сумматора, если Ти = .Цель изобретения - обнаружение всех ошибок, вызываемых одиночной неисправностью сумматора, при организации его контроля по четности, т, е. повышение его функциональной надежности (вероятности получения,достовер.ного результата),Поставленнсумматор спарщий в каждомфункций генеракоторых сое ая цель достигается тем, что в аллельным переносом, содержа. разряде .узлы формирования ции и транзита переноса, входыдинены с шинами значений раэру.,ных слагаемых, узел образования параллельного переноса иэ данного разряда, входы которо го соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса в предыдущих разрядах и с шиной значения входного переноса сумматора, узел формирования суммы, входы которого соеди.иены с выходом узла формирования функций транзита переноса, с выходом инверсного зна.чения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда и с выходом пря. мого значения переноса узла образования.параллельного переноса из предыдущего разряда, введены в каждый разряд дополнительный 15 узел формирования функции генерации перено са, входы которого соединены с шинами эначе. ний разрядных слагаемых, а выход соединен с дополнительным входом узла формирования суммы, сумматор также содержит в каждом разряде с весом 2 (К= О, 2, 4) первый элемент И, входы которого соединены с выходом дополнительного узла формирования функции генерации переноса и с выходом ин.версного значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда, второй элемент И, первый вход которого через элемент НЕ соединен с выходом узла формирования функции транзита переноса, а вто.рой вход соединен с выходом прямого значе- ния переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементов И соединены с шиной сигнализации сбоя сумК+1матора, в каждом разряде с весом 2 сум матор содержит дополнительный узел образования переноса из данного разряда, входы кото. рого соединены с выходами дополнительного узла формирования функции генерации переноса и узла формирования функции транзита пе. реноса, а также с выходом прямого значения, переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда и схему сравнения, входы которой соединены с выходом дополнительного узла образования переноса из данного разряда и с выходом прямого значе. 45 ния переноса узла образования параллельного переноса иэ данного разряда, а выход соединен с шиной сигнализации сбоя сумматора.При этом узел формирования функции генерации переноса выполнен в виде логического элемента И, входы и выход которого являются входами и выходом узла формирования функции генерации переноса, а узел формирования функции транзита переноса выполнен в виде .логического элемента ИЛИ, входы и выход ко 55 торого являются входами и выходом узла .формирования функции транзита переноса.На чертеже приведена схема сумматораспараллельным переносом. 6Сумматор содержит в каждом разряде уэ. лы 1, 2 формирования соответственно функ. ций генерации и транзита переноса, входы которых соединены с шинами 3 значений разрядных слагаемых, узел 4 образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов 1, 2 формирования соответственно функций генерации и тран. зита переноса, с шинами 5 значений функций генерации и транзита переноса в предыдущих разрядах и с шиной 6 значения входного пере. носа сумматора, узел 7 формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла 2 формирования функции транзита переноса, с выходом 8 инверсного значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из дан. ного разряда и с выходом 9 прямого значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из предыдущего разряда, дополнитель. ный узел 10 формирования функций генерации переноса, входы которого соединены с шинами 3 значений разрядных слагаемых, а выход со. единен с дополнительным входом узла 7 фор. мирования суммы; в каждом разряде с. весом 2" первый элемент И 1, входы. которого со. единены с выходом дополнительного узла 10 формирования функции генерации переноса и с выходом 8 инверсного значения переноса узла 4 образования параллельного переноса иэ данного разряда, второй элемент И 12, первый вход которого через элемент НЕ 13 соединен с выходом узла 2 формирования функции трам. зита переноса, а второй вход соединен с выходом 9 прямого значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементов И 11, 12 соединены с шиной 14 сигнализации сбоя сумматора; в каждом разряде с весом 2" дополнительный узел 15 образования переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами дополнительного узла 10 формирования фунтагенерации переноса и выходом узла 2 формиро.вания функции транзита переноса, а такжес выходом 9 прямого значения переноса узла4 образования параллельного переноса из рре.дыдущего разряда, схему сравнения 16, входыкоторой соединены с выходом дополнительногоузла 15 образования переноса из данного разряда и с выходом 9 прямого значения переносаузла 4 образования параллельного переносаиз данного разряда, а выход соеди.нен с шиной 14 сигнализации сбоясумматора.сСумматор работает следующим образом,На правильность формирования результатасумматора влияет работоспособность толькоузлов 1, 2, 4, 7 и 10, С целью анализа воз.можности контроля перечисленных схем почетности, рассмотрим следующие случаи:1) неисправность узла 7 или узла 10 в любом разряде сумматора может привести к воз.никновению только одиночной ошибки в соот.ветствующем разряде суммы, что всегда обна.руживается контролем по четности;2) пусть неисправен узел 2 формированияфункции транзита переноса в разряде с весом2 тымлотнсные рессултпения можно привестии для друтих разрядов сумматора . 3.ук какпроизведение булевых разностейф " всег.да равно нулю, то ошибка в формировании Тфункции может привести к возникновениютолько следующих сочетаний ошибок в раэря.дах суммы.и переноса: 8,; 8 к, С 8; 8,С,8, ,С 8 и т. д., т. е, она всегдабудет обнаружена контролем по четности;3) пусть возникла ошибка в образованииСк йереноса из разряда с весом 2" вследствиенеисправности узла 1 или узла 4, Данная оащбка вызовет ошибку в формировании 8 к суммыво всех случаях, кроме тех,когда; атн = Ь к=С, 1=1 или а= Ь = С 1 .1=0. Если.ошибка в Ск не вызывает ошибку в формиро.вании 8 к суммы, то она будет выделена либоэлементом И 11 (при ах= Ьк = Сх =1), ли. бо элементом И 12 (при а= Ь= Ск 1= О),Кроме того ошибка в Ск вызовет ошибку вформировании 8 р,+1 суммы, если ак,.,1 Ч Ь 1 н= О,либо ошибку на выходе дополнительного узлаобразования переноса из разряда с весом 2ресли а к+М- Ь к,+= 1, с последующим выделе.нием на схеме сравнения 16, Таким образом,ошибка в Ск переносе обнаруживается либоконтролем по четности, если она вызываетодновременно ошибки в формировании 8 и8 к+ сумм, либо выделяется элементами И 11,12 исхемой сравнения 16;4) ошибка в образовании С +1 йереноса,вызванная неисправностью либо узла 1, либоузла 4 будет всегда вьщелена схемой сравнения 16,Итак, сумматор с параллельным переносомпозволяет организовать обнаружение всех сочетаний ошибок, вызываемых одиночной неисправ.постыл сумматора, при организации его контроля по четности. Объем введенного дополнительного оборудования невелик и составляетна разряде величину, примерно равную 10 всмысле цены Квайна.В заключение целесообразно сравнить пред.лагаемый сумматор с параллельным переносоми обеспечивающим обнаружение всех ошибок,вызываемых одиночной неисправностью, с известным сумматором с параллельным переносом 131, в котором также охвачено контролемвсе оборудование сумматора, Сравнение пока. зывает, что известный сумматор значительно уступает предлагаемому сумматору по объ:му требуемого для его построения оборудования, а следовательно и по надежности. Действительно, объем оборудования схемы формирования сум. мы в предлагаемом сумматоре примерно в 1,8 раза меньше, чем в известном сумматоре, . а объем введенного дополнительно в каждый разряд контрольного оборудования примерно в 1,7 раза меньше в сравнении с известным сумматором.Формула изобретения1. Сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом раэряде узлы форттирования функций генерации и транзита переноса,входы которых соединены с шинами значений 20разрядных слагаемых, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входыкоторого соединены с выходами узлов форми.рования функций генерации и транзита перено.25са, с п 1 инами значений функций генерации итранзита переноса предыдущих разрядов и сшиной значения входного переноса сумматора;узел формирования суммы, входы которогосоединены с выходом узла формирования функций транзита переноса, с выходом инверсногозначения переноса узла образования параллельного переноса иэ данного разряда и с выходомпрямого значения переноса узла образованияпараллельного переноса из предыдущего разря.да, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения его функциональной надежности,сумматор содержит в каждом разряде дополнительный узел формирования функции генерациипереноса, входы которого соединены с шинамизначений разрядных слагаемых, а выход соеди.40нен с дополнительным входом узла формирования суммы, сумматор также содержит в каждом разряде с весом 2 (К= О, 2, 4,) первыйКэлемент И,входы которого соединены с выхо, дом дополнительного узла формирования функции генерации переноса и с выходом инверсного значения переноса узла образования парал.лельного переноса иа данного разряда, второйэлемент И, первый вход которого через элемент НЕ соединен с выходом узла формирова ния функции транзита переноса, а второй входсоединен с выходом прямого значения перенЬсаузла образования параллельного переноса изданного разряда, выходы элементов И соединены с шиной сигнализации сбоя сумматора, в 55 каждом разряде с весом 2 сумматор содерк+1жит дополнительный узел образования переносаиз данного разряда, входы которого соединеныс выходами дополнительного узла формироваиия функции генерации переноса и узла формирования функции транзита переноса, а также с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда, схему сравнения, входы которой соединены с выходом дополнительного узла образования переноса из данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из данного раз. ряда, а выход соединен с .шиной сигнализации сбоя сумматора.2. Сумматор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что узел формирования функции генерации переноса выполнен в виде логического элемента И, входы и выход которого являются входами и выходом узла формирования функции генерации переноса. 44557 103. Сумматор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что узел формирования функции транзита переноса выполнен в виде логическогоэлемента ИЛИ, входы и выход которого являются входами и выходом узла формированияфункции транзита переноса,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Селлерс Ф, Методы обнаружения ошибокЮ в работе ЭЦВМ. М фМир",1972, с. 108.2, Селлерс Ф, Методы обнаружения ошибокв работе ЭЦВМ. М "Мир", 1972, с. 127 в 1,3, Авторское свидетельство СССР 9474804,кл, 6 06 Е 7/385, 1972.15 4, Карцев М, А. Арифметика цифровых ма.шин. М "Наука", 1969, с. 152, с, 213-217