Арифметическое устройство

ОП ИСАНИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликно делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения вн 1,ьг Ф 1 нМ. Э. Левитин, В. Н. Харитонов, И. Г. Гелькина и В Киевский ордена Трудового Красного Знамени заво вычислительных и управляющих маш(71) Заявител УСТРОЙСТВО 54) АРИфМЕТИЧ е относится к вычислительнойет быть использовано в унифровых вычислительных ма рифмет истры, ющие у ах реал рохожд м таки функц ющие о ющей Наиболее близким к предлагаемому является арифметическое устройство с последовательным прохождением информации, содержащее местную память, счетчик операндов, узел выравнивания, сумматор мантисс, сдвигатель, схему анализа на значимость, шифратор числа старших незначащих разрядов в слове, корректор порядка, регистр зв мантиссы. результата. Выход счетчика операндов соединен с адресным входом местной памяти, выходы которой соединены со входами узла выравнивания, первый выход местИзобретен итехнике и можверсальных цишинах.Известны адержащие регцепи, управляэтих устройствдовательного пНедостаткоограниченныести, не позволячисла с плаваформата. ические устроиства, сосумматоры, сдвиговые злы, узлы анализа. В изован принцип после- ения информации С 13. х устройств являются иональные возможнобрабатывать двоичные 1 О запятой расширенного ной памяти соединен также с первым входом корректора порядков, выходы блока выравнивания - со входами сумматора мантисс, выход сумматора мантисс - со входом сдвигателя и со входом схемы анализа на значимость. Выход схемы анализа на значимость соединен со входом шифратора старших незначащих разрядов в слове, выход последнего - со вторым входом корректора порядков и с управляющим входом сдвига: теля, выход сдвигателя - со входом регистра мантиссы результата, выход регистра мантиссы результата и выход корректора порядков - со входом местной памяти. При выполнении сложения-вычитания двоичных чисел с плавающей запятой, местная память устройства хранит операнды с плавающей запятой. Ячейки местной памяти 64-разрядные. В старших 8 разрядах хранится порядок, в младших 56 - мантисса операнда, Из местной памяти порядки первого и второго операндов поступают для сравнения на вход вычитателя порядков, входящего в состав блока выранивания. По знаку разности порядков определяется, какой из порядков больше. Мантисса операн809169современных ЭВМ возникла необходимость обрабатывать двоичные числа с плавающей запятой расширенного формата (128-разрядные) 2 .Недостаток устройства заключается в ограниченных функциональных возможностях, не позволяющих обрабатывать числа расширенного формата.Цель изобретения - расширение функциональных воможностей устройства. да с меньшим порядком поступает на сдвигатель олока выравнивания, сдвигается вира во на величину разности порядков и подается в прямом коде на первый вход сумматора мантисс. Мантисса несдвинутого (большего) операнда поступает на, второй вход сумматора мантиссс. В зависимости от знака разности порядков и кода команды эта мантис са принимается в прямом или дополнительном коде. На сумматоре мантисс формируется промежуточная мантисса результата, которая может быть либо в прямом, либо в 10 дополнительном коде. В последнем случае выходы сумматора инвертируются на выходном преобразователе, входящем в состав оборудования сумматора мантисс с учетом единицы в младшем разряде. Далее результат нормализуется. Для этого произво 15 дится анализ на наличие нулей в старших левых цифрах и сдвиг влево на величину этих цифр. Сигнал равенства или неравенства нулю цифр поступает со схемы анализа цифр на нуль на вход 4-разрядного шиф ратора, на котором формируется код денормализации мантиссы, равный числу старших нулевых шестнадцатиричных цифр. Промежуточная мантисса результата сдвигается влево на сдвигателе на величину кода денормализации и запоминается на регистремантиссы результата.Параллельно со сдвигом мантиссы корректируется порядок. Корректор порядка представляет собой 8-разрядный комбинационный сумматор. На первый вход корректора поступает предварительный порядок результата (порядок большего, несдвинутогого операнда), на второй вход (в младшие четыре его разряда) - код денормализации мантиссы с шифратора, остальнЫе четыре разряда нулевые. Чроизводится вычита ние из предварительного порядка результата величины денормализации мантиссы, после чего порядок и мантисса результата записываются в местную память.Принцип последовательного прохождения информации позволяет совместить во времени выполнение различных этапов нескольких команд сложения-вычитания двоичных чисел с плавающей запятой. Выделяются три основных этапа выполнения операции: этап считыьания операндов из местной памяти, выравнивания порядков и суммирования мантисс, этап нормализации и этап записи в местную память результата операции. Одновременно с выполнением второго этапа первой команды выполняется первый этап второй команды, одновременно с выполнением третьего этапа первой команды выполняется второй этап второй команды и первый этап третьей команды. Такая организация системы позволяет одновременно выполнить три команды сложения и наиболее полно загрузить оборудование, Внедренная в устройстве разрядность всех узлов равна максимальной разрядности чисел с плавающей запятой, т, е, 64, Однако в Для достижения поставленной цели в арифметическое устройство, содержащее местную память, счетчик операндов, блок выравнивания, сумматор мантисс, сдвига- тель, блок анализа на значимость, шифратор числа старших незначащих разрядов в слове, корректор порядков, регистр мантиссы результата, причем выход счетчика операндов соединен с адресным входом местной памяти, выходы местной памяти соединены со входами блока выравнивания, первый выход местной памяти соединен также с первым входом корректора порядков, выходы блока выравниваниясоединены со входами сумматора мантисс, выход сумматора мантисс соединен со входом сдвигателя и со входом блока анализа на значимость, первый выход блока анализа на значимость соединен со входом шифратора числа старших незначащих разрядов в слове, выход последнего соединен со вторым входом корректора порядков и с управляющим входом сдвигателя, выход сдвигатетя соединен со входом регистра мантиссы результата, выход регистра мантиссы результата и выход корректора порядков соединены со входом местной памяти, введен шифратор числа старших незначащих слов, информационный вход которого соединен с выходом счетчика операндов, управляющий вход соединен со вторым выходом блока анализа на значимость и с управляющим входом шифратора старших незначащих разрядов в слове, а выход - со старшими разрядами второго входа корректора порядков. На чертеже приведена схема устройства. Устройство содержит местную память 1,счетчик 2 операндов, блок 3 выравнивания,сумматор 4 мантисс, сдвигатель 5, блок 6 анализа на значимость, шифратор 7 числастарших незначаих разрядов в слове, корректор 3 порядков, регистр 9 мантиссы результата, шифратор 10 числа старших незначащих слов. Устройство работает следующим образом.При сложении-вычитании двоичных чисел с плавающей запятой и длиной мантиссы, в Краз превышающей разрядность устройства, равную и 16-ричных цифр, каждый операнд хранится в К ячейках местной памяти. Порядок операнда находится в старших восьми разрядах ячейки местной памяти с младшим адресом, В остальных разполнительном коде и ее необходимо преобразовать в прямой код. Преобразование начинается с младших слов. Считанная из местной памяти 2: МЗ посылается на сумматор 4 мантисс, где инвертируется с учетом единицы дополнительного кода, а затем передается в регистр 9 мантиссы результата. Одновременно с этим старшее слово промежуточной мантиссы Е М 1 записывается в местную память. Затем аналогично преобразуется ХМ 2. В это время преобразованная 1 МЗ записывается в местную память Аналогично преобразованию,Е МЗ и Е М 2 преобразуется ХМ 1. Во время преобразования в прямой код Е М 1 преобразованнаяМ 2 записывается в местную память. После преобразования старшего слова промежуточной мантиссы 7. М 1 последнее помещается в местную память,Анализ на нормализацию производится одновременно с формированием или преобразованием слов промежуточной мантиссы ЕМЗ,ХМ 2 и 2;М 1.Полученное на сумматоре 4 мантисс третье слово промежуточной мантиссы ЕМЗ анализируется на значимость схемой 6. Шиф ратор 7 выставляет код денормализации Е МЗ в пределах слова, т. е. внутри Е МЗ (число старших нулевых 16-ричных цифр). Шифратор 10 представляет собой два триггера, на которые переписывается значение счетчика 2 операндов. Так, при сложении третьих слов мантисс на шифратор 10 переписывается значение счетчика операндов 2, равное 10.Таким образом, шифратор О определяет величину денормализации третьего слова промежуточной мантиссы Е МЗ в пределах операнда в предположении, что два старших слова промежуточной мантиссы Е М 2 и ХМ равны нулю. Если в процессе формирования суммы или ее преобразования окажется, что второе и первое слово промежуточной мантиссы результата равны нулю, то шифраторы 7 и 10 не изменят своего состояния.Полученный код денормализации равен: 8 (число нулевых цифр Х М 1) + 8(число нулевых цифрЕ М 2) + р (число старших нулевых цифр внутриБ МЗ). рядах этой ячейки находится старшее слово мантиссы операнда (и 16-ричных цифр). Старшие восемь разрядов следующих Кячеек местной памяти игнорируются, а в остальных разрядах каждой из этих ячеек находится одно слово мантиссы операнда. Пусть К = 3, а п = 8, Обозначим через П 1 порядок первого операнда, П 2 - порядок второго операнда, М 1 - 1, М 2 - 1, МЗ - 1 - три слова мантиссы первого операнда, М 2 - 1 М 2 - 2, МЗ - 2 - три слова мантиссы второго операнда,10Под управлением счетчика 2 операндов осуществляется последовательная выборка слов операндов. Так, при чтении из местной памяти третьих слов операндов значение выхода счетчика 2 равно 10; при обращении ко вторым словам - 01; при чтении старших, первых слов операндов - 00. Работа счетчика 2 при обращении не к парам операндов, а к словам промежуточных результатов аналогична.В блоке выравнивания 3 осуществляет ся подготовка операндов к суммированию; вычисляется разность порядков РП = П 1 - П 2 и мантисса операнда с меньшим порядком поступает на сдвигатель, входящий в состав блока выравнивания (на чертеже не указан) для выравнивания весов операндов. 30 35 40 45 50 55 Организуется сдвиг мантиссы операнда с меньшим порядком вправо на величину разности порядков последовательно по словам, начиная со старшего, с учетом разрядов вдвинутых в слово из соседнего старшего слова.В зависимости от знака разности порядков и кода команды насумматоре 4 мантисс производится сложение или вычитание мантисс операндов. Сложение или вычитание мантисс производится начиная с младших слов. На первый вход сумматора поступает мантисса операнда после сдвига; на второй вход - мантисса несдвинутого операнда. Вначале происходит суммирование слов МЗ - 1 и МЗ - 2 и формируется Е МЗ. Затем Я МЗ передается в регистр 9 и далее в ВЗУ 1. Во время записиМЗ в ВЗУ 1 осуществляется сложение следующих двух слов мантисс операндов в М 2 - 1 и М 2 - " На первый вход узла 4 поступает мантисса операнда после сдвига, на второй вход - мантисса несдвинутого операнда. Мантиссы М 2 - 1 и М 1 - 2 суммируются, на сумматоре 4 мантисс формируется 7 М 2. Через регистр 9 мантиссы результата Я М 2 записывается в местную память 1. Во время записи М 2 в местную память происходит суммирование М 1 - 1 и М 1 - 2 на сумматоре 4 мантисс и формируется , М 1,После получения на сумматоре 4 мантисс старшего слова промежуточной мантиссы (ХМ 1) по ее знаку можно судить о необходимости преобразования мантиссы в прямой код. Если знаковый разряд равен 1, то промежуточная мантисса получена в доЕсли полученное на сумматоре 4 мантисс второе словое промежуточной мантиссы результата Е М 2 не равно нулю, то в. результате анализа на шифраторе 7 выставляется новый код денормализацииУМ 2 внутри слова, а на шифратор 10 переписывается значение счетчика 2 операндов, равное 01. Таким образом определяется код денормализации промежуточной мантиссы в предположении, что старшее слово Х М 1 = О. Он равен: 8 (число нулевых цифр Я М 1) + р (число старших нулевых цифр .Е,М 2). Это значение кода денормализации сохранится на шифраторахи 10, если старшее слово промежуточной мантиссы 7 М 1 получаетсяравным нулю. При анализе старшего слова 7 М в случае его неравенства нулю, шифратор 7 выставляет величину денормализации Х М 1 внутри слова, а на шифратор 10 переписывается со счетчика операндов 2 код 00. Это и есть величина денормализации про межуточной мантиссы, полученной в результате сложения двух операндов длиной в три слова.После анализа промежуточной мантиссы шифраторвырабатывает сигнал величины сдвига для сдвигателя 5. Сдвиг влевопромежуточной мантиссы результата на величину денормализации внутри слова производится следующим образом: записанные после суммирования (или преобразования) в прямой код слова результата подаются последовательно, начиная с младших, из местной памяти на сумматор 4 мантисс, сдвигаются на сдвигатель 5 с учетом разрядов вдвинутых в слово из соседнего младшего слова и последовательно записываются в местную память.20Рассмотрим следующие возможные слуДва старших слова промежуточной мантиссы результата равны нулю, а третье - не равно нулю ф М 1 =Е М 2 = 0, МЗ А 0), 25 После сдвига на величину денормализации внутри словаМЗ формируется отнормализованное слово мантиссы МЗн. Оно записывается на место старшего слова М 1 - 1, а в ячейки М 2 - 1 и МЗ - 1 записываются нули.Старшее слово промежуточной мантис сы результата равно нулю (; М 1 = О, ЕМ 2 = 0). Осуществляется сдвиг двух слов .2 М 2 ис МЗ на величину денормализации внутриЕМ 2. Полученное после сдвига старшее слово М 2 п записывается в ячейку М 1 - 1 а МЗп - в ячейку М 2 - 1, в ячейку МЗ - 1 ВЗУ записывается ноль.Старшее словом М 1 промежуточной мантиссы результата не равно нулю, Величина сдвига определяется по анализу:Е М 1, три слова.Е МЗ, ГМ 2, .Е М 1 сдвигаются на 4 в эту величину и соответственно записываются в ячейки МЗ- - 1, М 2 - 1, М 1 - 1 местной памяти.Формирование порядка результата производится следующим образом: на первый вход корректора порядка, представляющего 45 собой 8-разрядный комбинационный сумматор, поступает предварительный порядок (порядок большего операнда). Три младших разряда второго входа корректора 8 соединены с выходом шифратора 7, с которого поступает величина денормализации внутри слова. Два соседних старших разряда второго входа корректора 8 соединены с выходом шифратора 10, на котором могут быть коды 10,01 или 00 - величина денормализации в пределах операнда. Оставшиеся два разряда второго корректора входа нулевые. Из предварительного порядка вычитается полный код денормализации, сформированный на втором входЕкорректора 8 и полученный порядок результата записывается в местную память.Введение в устройство шифратора числа старших незначащих слов позволяет нормализовать многоразрядные промежуточные результаты без дополнительных затрат времени на анализ степени денормализации. Это дает возможность выполнять в устройстве сложение-вычитание двоичных чисел с плавающей запятой любой точности без увеличения разрядности устройства.Формула изобретенияАрифметическое устройство, содержащее местную память, счетчик операндов, блок выравнивания, сумматор мантисс, сдвигатель, блок анализа на значимость, шифратор числа старших незначащих разрядов в слове, корректор порядков, регистр мантиссы результата, причем выход счетчика операндов соединен с адресным входом местной памяти, выходы местной памяти соединены со входами блока выравнивания, первый выход местной памяти соединен также с первым входом корректора порядков, выходы блока выравнивания соединены со входами сумматора мантисс, выход сумматора мантисс соединен со входом сдвигателя и со входом блока анализа на значимость, первый выход блока анализа на значимость соединен со входом шифратора числа старших незначащих разрядов в слове, выход которого соединен со вторым входом корректора порядков и с управляющим входом сдвигателя, выход сдвигателя соединен со входом регистра мантиссы результата, выход регистра мантиссы результата и выход корректора порядков соединены со входом местной памяти, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, заключающегося в возможности обработки чисел с плаваюгцей запятой ресширенного формата, в него введен шифратор числа старших незначащих слов, информационный вход которого соединен с выходом счетчика операндов, управляющий вход соединен со вторым выходом блока анализа на значимость и с управляющим входом шифратора старших незначащих разрядов в слове, а выход - со старшими разрядами второго входа корректора порядков,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Дроздов Е., Комарницкий В. иПятибратов А. Электронные вычислительные машины единой системы.М., Машиностроение,1976, с. 210 и 241.2. Патент США3551665,кл. б 06 Г 7/38, 1970 (прототип).Швыдка ВНИИПИ по 113035, М лиал ПППГосударственного коелам изобретений исква, Ж - 35, Раушск Патент, г. Ужгород Редактор Н. Безродна Заказ 17/58 Составитель Н.Техред А. БойкаТираж 756 СлюсаревКорректорПодписноеитета СССРоткрытийя наб., д. 4/5ул. Проектная, 4