Устройство для сложения и вычитания

Союз Советских Социалистических Республик. свид-ву 5 м,(з6 06 Р 7 21) 2681276/18-24 осударств ныи комитетСРзобретенийрытий елам и о Опубликовано 300681 Бюллетень М 2(088,8) Дата опубликования ания 30068 2) Автор зобретени(71) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ И ВЫЧИТАНИЯ стодедлявыдазульв и быства. цели ания,уприя Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствахцифровых вычислительных машин длясложения и вычитания чисел, представленных параллельными кодами.Известны устройства для сложенияи вычитания, в которых операция вычитание осуществляется без переводаотрицательного числа в дополнительный код 1 и (2),Недостаток таких устройств соит в том, что при разных знакахслагаемых необходимо обеспечиватькоммутацию слагаемых перед подачейих на вход сумматора, что усложняет устройство в целом.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для сложенияи вычитания, содержащее регистрыоперандов, один из которых способенпроизводить инверсию кода, сумматор и блок управления, анализирующий знаки операндов и перенос изстаршего разряда сумматора и выдающий управляющий сигнал для инвертирования кода 13),Недостаток такого устройстванизкое быстродействие и сложность конструкци в связи с тем, что выдача кода суммы с сумматора осуществляется через регистр одного из5 операндов, вследствие чего появляется необходимость вспомогательныхсредств для задержки параллельногокода, поэтому время от момента появления операндов на входах сумматора до момента появления кода результата на выходе регистра соот-.ветствующего операнда будет складываться из времени на завершениепереходных процессов в сумматоре,времени задержки на вспомогательныхэлементах и времени завершения переходных процессов в выходном регистре с учетом схем приема, инвертирования и выдачи кодов. Использование одного регистра для одного изоперандов и для кода результата прводит также к необходимости ввения в это устройство элементоуправления приемом в регистр25 чей из него кодов операнда и ретата,Цель изобретения - повышениестродействия и ощение устройДля достижен поставленнойустройство для сложения и вьтчитсодержащее сумматор и блок управления, причем первый и второй входы блока управления соединены с шинами знаковых разрядов операндов, выход переноса старшего разряда суюатора соединен с третьим входом блока управле ния, вход переноса младшего разряда сумматора соединен с выходом циклического переноса блока управления, содержит блоки инвертирова иия первого и второго операндов и Выходной. блок инвертирования, а блок управления содержит узел анализа соотношения знаков операндов и узел формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса, причем информационные входы блоков инвертирования первого и второго операндов соединены с со - ответствующими входами устройства, выходы блоков инвертирования первого и второго операндов соединены 2 О соответственно с первым и вторым информационными входами сумматора, выход которого подключен к информационному входу выходного блока ин- вертирования, выход которого явля-. ется выходом результата устройства, входы узла анализа соотиошения знаков операндов соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, первый и второй выхоцы признака наличия только одного отрицательного знака операнда узла анализа соотношения знаков, являющиеся соответствующими выходами блока управления, соединены с управляющими входами соответственно блоков инвертирования первого и второго операндов, первый, второй, третий и четвертый входы узла формирования знака результата, признака переполнения и циклическОго переноса соеди О иены соответственно с третьим входом блока управления и выходами признака наличия двух отрицательных знаков операндов, совпадения знаков операндов и несовпадения знаков операндов узла анализа соотношения знаков, выходы знака результата и признака переполнения узла формирования знака результата, пррнака переполнения и циклического переноса являются соответствующими выходами блока управления и устройства, выход циклического переноса узла формирования знака результата, признака переполнений и циклического переноса являртся соответствующим выходом55 блока управления, выход знака разности узла формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса, являющийся соответствуюшим выходом блока уп- бО равления, соединен с первым входом коррекции суюатора и управляю - щим входом выходного блока инвертирования, второй вход коррекции сумматора подключен к выходу приз нака совпадения знаков узла анализасоотношения знаков; узел анализасоотношения знаков содержит элементы И, ИЛИ, НЕ, причем входы узласоединены со входами первого элемента И и со входами первого и второго элементов НЕ соответственно,выходы первого и второго элементовНЕ соединены со входами второго элемента И, выходы первого и второгоэлементов И соединены соответственносо вхоцами элемента ИЛИ, выход которого через третий элемент НЕ подключен к первым входам третьего ичетвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственнос первым и вторым входами .узла,выход первого элемента И соединенс выходом признака наличия двух отрицательных знаков операндов узла,выход элемента ИЛИ соединен с выходом признака совпадения знаковоперандов узла, выход третьего элемента НЕ соединен с выходом признака несовпадения знаков операндовузла, выходы третьего и четвертогоэлементов И соединены с первым ивторым входами признака наличия только одного отрицательного знака операнда, Кроме того, узел формированиязнака результата, признака переполнения и циклического переноса содержит элементы И, ИЛИ, НЕ, причемвыход элемента ИЛИ соединен с выходом знака результата узла, выходыпервого второго и третьего элементов И, соединены соответственно свыходами признака переполнения, циклического переноса и знака разности узла, первый вход элемента ИЛИсоединен со вторым входом узла, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно стретьим и четвертым входами узла,первый вход которого соединен совторыми входами первого и второгоэлементов И и входом элемента НЕ,выход которого подключен к первомувходу третьего элемента И, второйвход которого соединен с четвертымвходом узла, а выход - со вторымвходом элемента ИЛИ. На чертеже представлена схема устройства.Устройство содержит блок 1 управления, (комбинационный) сумматор 2, блок 3 инвертирования первого операнда, блок 4 инвертирования второго операнда, выходной блок 5 инвертирования. Блок 1 управления выполнен на элементах И 6 - 12, ИЛИ 13 и 14, НЕ 15 - 18, при этом элементы И б 9, ИЛИ 13, НЕ 15 - 17 образуют узел 19 анализа .соотношения знаков операндов, а элементы И 10 - 12, ИЛИ 14, НЕ 18 - узел 20 Формирования знака результата, признака переполнения (ПП) и циклического переноса.(коррекция кодом 6 в разрядах, где возник межтетрадный перенос или сумма больше9(1001); перенос от коррекции игнориру 100,0000.,011 4 0 7 Знаковые разряды операндов Зн Аи Зн В поступают на входы блока 1управления, а коды операндов А и Впоступают на входы соответствующихблоков 3 и 4 инвертирования.В зависимости от необходимостивыполнения операций сложения иливычитания операнды поступают на входы устройства для сложения с одинаковыми знаками (положительными илиютрицательными), для вычитания - сразными знаками, причем вычитаемоесо знаком минус может поступатьна любой из двух входов устройства.Сложение осуществляется в прямыхкодах, при вычитании отрицательноечисло инвертируется соответствующим блоком 3 или 4 инвертирования,а результат с выхода сумматора 2при этом инвертируется выходнымблоком 5 инвертирования перед выдачей его на выход устройства толькопри отрицательном знаке результатавычитания.На выходе элемента И 8 появляется сигнал Отрицателен только операнд А, на выходе элемента И 9сигнал Отрицателен только операндВ, которые используются для управления входными блоками 3 и 4 инвертирования. На выходе элемента ИЛИ13 появляется сигнал Знаки операндов одинаковые 1, поступающий такжена один из управляющих входов сумматора 2 для осуществления коррекции.На выходе элемента ИЛИ 14 появляется знак результата Зн С. На выходеэлемента И 10 при сложении появляется ПП. На выходе элемента И 11 привычитании появляется сигнал циклического (кругового) переноса, Навыходе элемента И 12 появляется привычитании знак результата, которыйиспользуется для осуществления каррекции сумматора 2 и управления выходным блоком 5 инвертирования,Ниже приведены числовые примерывыполнения устройством операцийсложения и вычитания десятичных чисел.)П р и м е р 1. Знаки слагаемыходинаковые: 148+259=407 (знак результата + запоминается) или - 148259=407 (знак результата - запоминается) .а) Операция сложения0001.0100.10000010.0101,10010100; 1010 А 001б)+0110.0110П р и м е р 2. Знаки слагаемых разные, отрицательное число по абсолютной величине больше положительного: 273-471"198.а) Инвертирование кода отрицательного числа 471 (1011.1000,1110), б) Операция сложения0010.0111.00111011.1 ОО 0.111 О(инвертирование кода результата сложения)П р и м е р 3. Знаки слагаемых разные, отрицательное число по абсолютной величине меньше положительного: 25-273+471=198а) Инвертирование кода отрицательного числа 273(1101,1000,1100)уб) Операция сложения1101.1000.11000100.0111.0001(возник цикличес 1 АО 01.1111.1101 кий перенос, знацикл перенос чит знак результата плюс);в) 1010.1010 (коррекция кодом0001,1001,1000 числа 10 в разрядах, где не воз 000 .1001.1000 ник межтетрадныйперенос; перенос О ат коррекции игнорируется).Код результата на выходе устройства появляется после поступлениякодов операндов на его входы спустянекоторое время, необходимое длязавершения переходных процессов вблоке 1 управления, сумматоре 2 иблоках 3 - 5 инвертирования. Привсех прочих равных условиях это время как минимум на величину задержкивспомогательных элементов меньше,чем в известном устройстве.Объем оборудования устройстваменьше, чем известного, так как посравнению с тремя и-разрядными блоками инвертирования кодов предлага"емЬго устройства в известном устройстве имеется схема обращения кода всоставе регистра операнда и дополнительно предусмотрены для нормаль ного функционирования при выполнении операций сложения-вычитания:и элементов между выходом сумматораи входом регистра операнда для задержки кодов; и управляемых элемен ртов на входе регистра операнда для;С признака соВПаДЕия Заков ,Зла аиал и -приема кодов со входных шин устройства или с выходов вспомогательныхэлементов задержки; и управляемыхэлементов для выдачи кодов с выходарегистра операнда на вход сумматораили на выход устройства; схема формироваия управляющих сигналов дляуказанных выше дополнительных элементов.Формирование в предлагаемом устройстве признака П 11, кроме исключения случаев выдачи неправильногорезультата при сложении, позволяетпроизводить сложение операндов сучетом возможного появления НП, что,в свою очередь, например при сложении двоично-десятичных чисел, позВоляет сократить объем сумматора наодин разряд при обеспечении той жеточности. Например, сложение любыхчетырехразрядных десятичных чиселможно производить на четырехразрядном сумматоре и олзоват признакереполнения для отображения возникающей от переноса единицы в пятомцесятичном разряце.Кроме того, в устройстве предусмотрены связи, Обеспечивающие управление коррекцией кодов в сумматорепри сложеии-вычитании чисел в си. ТЕМДХ СЧИСЛЕНИЯ ПРИ КОТОРЫХ ВОЗикают случаи нарушения кода данной";1 СТЕМЫ,1, устройство для слОжения 1 Вычитания, содержащее сумматор и блок УПРа 1511 ениЯт пРичем пеРвый и в .торой Входы блока управления сое-тиЕЫ С ШИНаМИ ЗР 1 т,КОВ 1:тх РаЗРЯДОВ -5 ЕРа 11 ДОвт ВЫХОД ПЕРЕНОСа СтаРШЕГО РаЗРЯДа СУММатОРа СОЕДИНЕН С ТРЕТЬИМ Входом блока управления, Вход переноса младшего разряца сумматора соеинен с выходом нтиклического пере 1 оса блока управления, о т л и ч ащ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрошенияОно содержит блоки инэртирования первого и второго операндов и Выходной бло; инвертиро"ания, а б.-1 ок упеавления содержитЗ Елт дна, : За ССОТР 1 СШЕНИя ЗнаКОВ О 1 Е-. Стан гттв Р 1 уЗ ЕЛ 111 тООМтл роваИ я З 1-;аха РЕЗУЛЬТата, 1 Р 1.Зза 1 а ттЕОЕПОЛНЕНИ Яциклиеского переноса причем 11 фор 1 -,.ио; ны т Вхо в ,т;, блоков 111 твер.,- тирования первого и Втс.эого оп: - рандов соединены с соо;Ветствующими ВхОДами устрОй тва Вь 1 хОДВ бло- ков инвертирования первого и второго операндов соединены соответственно с первым и вторым иформационными входами сумматора, выход которого подключен к информационному входу выходного бло .а инвертирования, Выход которого является Выходом реи 10 1 И .у тзультата устройства, входы узла анализа соотношения закоз Операндовсоединены соответствено с первым ивторым входами блока управления,первый и второй Выходы признака наличия только одного Отрицательногознака операнда узла анализа соотношен 1 ия знаков операндов, являющиесясоответствующими выходами блока управления, соединены с управляющими входами соответс. венно блоков инвертирования первого и второго операндов, первый, второй, третий и четВертый входы узла формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса соединены соответствено с третьим входом блока управления и Выходами признаканаличия двух отрицательных знаковопеРанДов совт 1 агениЯ знаков операндов и несовпадения знаков операндов узла анализа соотношениязнаков операнцов, выходы знака результата и признака переполненияузла формирования знака результатапризнака переполнения и циклического переноса являются соответствующими Выходами блока управления и ус - тройства, Выход циклического переноса узла формирования знака результата, признака переполени и цик -цического переоса является соответствующим вь 1 ходом блока управления,Выход знака Разности Узла т 11 ОРмтиРОвания знака результатат признака пеГВЕПС 1 ЛНЕНИЯ и ЦИКЛИЧЕСКОГО ПЕРЕНОСатя В Л 5 РЮ 1 и й С Я С О О т В Е Т С Т В у Ю щ 1 тт М ВЫХОДОМблока. УпРавлениЯт соеДИе с пеРВым Входом коррекции сумматора иуправл 5.",ЮЫР 1 М ВХОДО 1 тт ВЫХОДОГО ОЛОКаинвертирова 1-:ия, В"Орсй Вход коррекЦИИ СУММатОРа 1.ОД 1:51 ют 1 ЕК ВЫХОДУ лиза ссОтношсния знд 1 О , устройстве НО и.ч а 1 о ш е е с я тем ч О узел анали СОСТотШЕНИЯ 051".РаДОВ СОДЕРЖт 1" ЭЛЕ - менты И ИЛИ Н 1 т при ем В;:.Оды узла СОЕДИНЕНЫ СО тОД=.МР тЕРтого ЭЛЕМЕН- та И и со Входами и рвсго н второго элементов НЕ сеотв=тствеко Выходы 11 ЕОВОГО Р 1 Б .тОРО ГО Этт ЕМЕтт 1 ОВ НЕ соединены:Входзи Второгс элемента И, выхсЛы .ервого и второго элементов И ссс: еы состветственноВходам; з,.е 1,1 ента ИЛИ Выход тсрого через тгтетР 12 зле:ет НЕ пОД- тКЛЮЧЕН 1 ЭОВЬ 11 т 1 ВХОДа 1 тт "ЕЕ "ЬгтГО И т 1 етэерттогс злесентов И Вторые в "о- ДЫ КотОРЫ, ССЕДРть 1 ЕНЫ ССО РВЕ СТВЕННО С ПЕ.тЗЫ 1В 1. ОртЫМ ВХОДатт 1 И у ЗЛа ВЫход первого зле.1 ента И соединен с выходом признака наличия двух отрицательных знаков о 11 ерандов узла, Выход элемента ИЛИ соединен " выходом признака совпадения знаков операндовузла выход третье:О элемента НЕ соединен с выходом призака есовпадеНИЯ ЗаКОВ ОПЕРалт.тв ;З.1 а, ВЫХОДЫ842798 оставитель В, Березкиехред И. Асталош ктор Н . Мвыдка актор И, К ь Заказ 5102 Тираж 745 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 13035, Москва, Ж, РПодпого комитета СССий и открытийувокая наб., д. н 4/5 иал НПП Патент, г, Ужгород, ул. Проектна третьего и четвертого элементов И соединены с гервым и вторым выходами признака наличия только одного отрицательного знака операнда.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что узел Формирования знака результата, признака переполнения и циклического переноса содержит элементы И,ИЛИ, НЕ, причем выход элемента ИЛИ соединен с выходом знака результата узла, выходы первого, второго и третьего элементов И соединены соответственно с выходами признака переполнения, циклического переноса и знака разности узла, первый вход элемента ИЛИ соединен со вторым входом узла, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами узла, первыйвход которого соединен со вторымивходами первого и второго элементовИ и входом .элементаНЕ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которогосоединен с четвертым входом узла,а выход - со вторым входом элементаИЛИ,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРч 332459, кл, С 06 Г 750, 1963.2, Авторское свидетельство СССРМ 393740, кл, 6 06 Р 7/50, 1970.3. Карцев М.А. Арифметика цифровых маыин. М Наука, 1969,с, 234, 299-305, рис. 1(прототип).