Накапливающий двоичный сумматор

Союз СоввтскикСоциалнстичесиинРесттубяни ееСКОМу С(22)Завал с ттрнсоед М. Кл.3 К 23/О 1 С 11/1 Гееударстекнный кемСССР еннеее заяви М риорнт по делен нзабретенн н открытнй вковано 23. 02. 82 Ьтоллетеиь М 53) УДК 681 .327.66 (088.8) коваиня нсанвв 25,02.о 2 2) Авторы изобретения ГаФ, Нестерук, В,Ф. Нестерук и В,И. Потапо Омский политехнический инстит 7) Заявитель 1 т) НАКАПЛИВАаНИй ДВОИЧНцй СуММАтО 1 ДС явля- действие чисел, е Н - коа такт " управлеИзобретение относится к вычислительной технике и может найти приме. нение при построении операционных устройств на базе пленок одноосных материалбв, содержащих цилиндричес"ф кие магнитные домены (ЦМД),По основномуавт. св, М 766017 известен накапливающий двоичный сум" матор (НДС), содержащий магнитоодноосную пленку с ЦМД, на поверхности т которой расположены Р (по числу разрядов операндов) логических элемен" тов (ЛЭ) И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, соединенных с соответствующими динамическими лоащками (ДЛ) ЦЛД, и аииигилл- ф3 тор ЦМД 1.Недостатком известного 1 ется незначительное быстропри суммировании массивовсоставляющее НР тактов, гдличество Р-разрядных чиселвремя оборота вектора поляния. Цель изобретения - повышение бысгродействия НДС.Поставленная цель достигается тем, что сумматор содержит ЛЭ И-ИЛИ по числу разрядов операндов, дополнительные ДЛ и аннигиляторы ЦМД и дополнительные токовые аппликации, выходы ЛЭ И-ИЛИ связаны с соответ" ствующими дополнительными аннигиля" торами и ДЛ ЦМД, а их входы - с первыми выходами соответствующих. ЛЭ И-ИСКЯОЧАОЦЕЕ ИЛИ, первые входы которых магнитосвязаны с соответствующими дополнительными токовыми аппликациями, дополнительные ДЛ ЦМД соединены с входами соответствующих раэ рядов сумматора, связанными с вто- рыми входами одноименных логических элементов И-ИСКЛЮЧАП 1 ЦЕЕ ИЛИ.На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устрой- с тва. Накапливающии двоичныи сумматор одержит магнитоодноосную пленку 1907811 В известном НДС могут быть выполнены следующие поразрядные логические операции (ЛО): "Конъюнкция" (в лоэициях 7 и 7 ), "Неравнозначность (в позиции 4); а также "Инверсия" и "Запрет", причем ЛО "Инверсия" над одной из логических переменных реализуется в позиции 4 при равенстве друс ЦМД 11, на поверхности которой расположены Р ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЕЕ ИЛИ 111. соединенных с основным аннигилятором ЦМД 1 Ч и соответствующими основными ДЛ Ч, магнитосвязан ными с основнойтоковой аппликацией Ч 1, Р ЛЭ И-ИЛИ Ч 11; взаимосвязанных с соответствующими дополнительными аннигиляторами ЦМД Ч 111, дополнительными динамическими ловушками ЦИД 1 Х, О каналами продвижения,ЦМД Х и с первыми выходами ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЦЦ ИЛИ, первые выходы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЦЦ ИЛИ, дополнительнь 1 е ДЛ ЦМД магнитосвязаны соответственно с первой Х и второй Х 11 дополнительными токовыми аппликациями.Х , Х Х и УУ и У. " разк к к ряды первого и второго операндов соответственно, а С,С СР - разряИ ды (Р-старший разяд) результата суммирования. 1-8, 1 -8 , 1 -6 " пор эиции, занимаемь 1 е ЦМД во время перемещения йо элементам НДС (см. чертеж).Работа НДС в режиме суммирования двух операндов протекает следующим образом.По параллельным входным каналам входные переменные Х ,Х Д и УУ ,У, поступают в сумматор, приКчем их младние разряды продвигаются по каналам Х и У , Через четверть такта с момента поступления операндов в позиции 5 и 5" оба слагаемых. сводятся разряд к разряду на расстояние, достаточное для взаимодействия ЦИД в одноименных разрядах (поэиции 2 и 6 " ). 3 результате взаимодействия40 доменов через 0,75 такта в позиции 4 основных .ДЛ образуется результат по" разрядного суммирования по модулю 2, а в позициях 7 и 7 - конъюнкция содержимого одноименных разрядов, причем в позициях 7 неиспользуемые ЦИД4 переносов уничтожаются при возбуждении основного аннигилятора 1 Ч и не приходят на выходы сумматора С 1, ССр, а, иэ позиции 7 ЦМД переносов М-х разрядов НДС (1 Д И. р) фф по каналу распространения переносов-915 - 6 - 7 - 8 - поступают на первые входы (М+1)-х ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ (дополнительная токовая аппликация (ТА) Х не возбуждена), где в, течение слеДующего такта сложения взаимодействуют с результатом первого поразрядного суммирования по моду,лю 2, находящимся в основных ДЛ Ч, и образуют в них результат второго суммирования по модулю 2, а в поэициях 7 и 7 - переносы в более старшие разряды, Процесс суммирования заканчивается в момент времени, когда в канале распространения переносов" - б - 7 ц - 8 Я - не остается ЦИД-переносов. При этом результат сложения хранится в основных ДЛ Ч, откуда он может быть считан из позиции 2 при возбуждении основной ТА Ч 1. ЦМД результата сложения продвигаются по выходным каналам 2-7 и поступают в каналы вывода результата С,С,СР.Процесс образования результата суммирования по модулю 2 и переноса в старший разряд рассмотрим более под. робно на примере суммирования двух разрядов операндов. В момент времени, когда ЦМД, соответствующий второму разряду первогооперанда, поступает на первый вход 2-го разряда НДС (позиция 5), ЦМД, соответствука 1 ий 2-му разряду второго операнда, поступает в позицию 5 на + - аппликации.ФОтслеживая полюса аппликаций, возникающие под действием поля управления, упомянутые ЦИД перемещаются по входным каналам 5 д - 6 и 5-2 и доЦ/стигают позиций 6 и 2 соответственно, из которых за счет взаимного отталкивания переходят в выходные каналы 67 и 2-7, реализуя теми 6самым единицу переноса в старший разряд и ноль в основной ДЛ 1-2-3-4. Цсли в одном иэ двух разрядов операндов ЦИД отсутствует, то присутствующий во 2-ом разряде другого операнда ЦИД, не испытывая отталкивающего воздействия, из позиции 2 (или 6." ) через половину такта поступит в позицию 4 основной динамической ловушки, реализуя тем самым единицу поразрядной суммы по модулю 2 и ноль переноса в старший разряд. Случай с двумя нулями в двух разрядах операндов тривиален, вследствие чего не рассматривается.9078 5гой переменной единице, а ЛО "Запрет" - в позиции 4 при возбуждении в момент логического взаимодействия ЦМД одноименных разрядов слов основ-. ной ТА Ч 1, инициирующей вывод ЦИД з первого слоя иэ позиции 2 в выходные каналы 2-7.Введение в структуру НДС Р по числу разрядов слов ЛЭ И-ИЛИ, взаимосвязанных по выходу с соответствую" 1 в щими дополнительными аннигиляторами доменов и дополнительными ДЛ, а по входу - с первыми выходами соответствующих ЛЭ И-ИСКЛОЧАЮЦЕЕ ИЛИ, причем первые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3 и дополнительные ДЛ магнитно связаны с соответствующими дополнительными ТА Х и Х 11, что позволяет существенно расширить его функциональные возможности, . 36тНаличие в предлагаемом сумматоре ЛЗ И-ИЛИ дает возможность дополнительно реализовать в НДС поразрядную ЛО "Дизьюнкция" над информационным .содержанием дополнительных ДЛ 1 Х и 2 З поступающей по каналам продвижения ЦИД Х информацией, что совместно с существованием обратной связи с функционального выхода "Конъюнкция" каждого ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через со- Зсв ответствующие каналы продвижения доменов Х, ЛЭ И-ИЛИ ч 11, дополнительную ДЛ 1 Х на его первый вход позволяет реализовать всевозможные пере" ключательные Функции от двух логицеских переменных, а также выполнять упомянутые логические преобразования над сложными логическими выражениями. Процесс ускоренного суммирования массива двоичных чисел в предлагммом НДС осуществляется следующим образом.Основным недостатком известного НДС при суммировании массива двоич 43 ных чисел является значительный разрыв во времени реализации ЛО и опера.1 ции суммирования ( такт на выполнение ЛО против Р тактов на операцию суммирования), который особенно появляется при выполнении длинных арифметических операций, Известно, что, фиксируя значения слов частичных сумм . и переносов, можно избежать многократного повторения длительного процесса распространения переносов в НДС при суммировании массивов чисел. С этой целью при поступлении каждого после-. дующего элемента массива чисел, на 6примера К-го (У ), (К 3,4 Нколичество элементов массива чисел),происходит образование нового словачастичных сумм С и слова переносовП в соответствии с выражениемС К Ск- Пк- + УкС"П" (С"П)УПроцесс заканчивается образованиемслов С и П , которые суммируютсяобычным образом. Чееэ 0,5 такта с момента поступления ЦИД одноименных разрядов двух первых элементов массива Х и У в . позиции 5 и 5 д (при описании работы НДС упомянутый момент принят за начало отсчета времени) в позициях 7 и 7" формируется слово переносов П а через 0,75 такта в позиции 4 " сло", во частичных сумм С , причем слово С фиксируется в основных ДЛ У, а слово П поступает в канал распространения переносов. Подавая импульсный сигнал в первую дополнительную ТА Х 1, пере" водим ЦИД слова П из позиции 7 " ка/нала распространения переносов по каналам продвижения ЦИД Х на первые входы ЛЗ И-ИЛИ (позиции 8) и далее в дополнительные ДЛ 1 Х, откуда по входным каналам НДС- 2 - 3 - 4 кя Н 5 - на вторые входы (позиции 6 ). одноименных ЛЗ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Одновременно с распространением ЦИДИ Л 22 слова П по позициям 3 , 4 , 5 какналов ввода операндов У на входы НДС У,У,Уз, поступают ЦИД очередного, третьегс элемента массива чи-сел - У которые последовательновзанимают позиции 6, 1входных каналов. Через 3,25 такта слово П по/ ступает на вторые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (позиции 6" ), а слово Укзанимает позиции 2 входных каналов, В результате сближения ЦИД слов С и Пф в ЛЗ И-ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ через 3,5 такта в позициях 7" каналов распространения переносов обра 2зуется слово С П , ЦИД которого при возбуждении первой дополнительной ТА Х 1 вновь поступают по каналам Х на первые входы ЛЭ И-ИЛИ (позиции 8), а через 3,75 такта.в позициях 4 осмовмык ДЛ Ч формируется слово С+П Через 4,25 такта ЦЛЛ слоев С П поступают в позиции 2 допопмительмык ДЛ 1 Х, а ЦД слов У и С + П сбли- . жаются для взаимодействия в ЛЭ И-ИС" КДОЧАО 1 ЕЕ, ИЛИ; в результате которогоя через 4,5 тактав позициях 7 кана7 9078ла распространения переносов формируется слово (С + П)У = (С м П)У,.которое при возбуждении ТА Х 1 черезканалы Х поступает на первый входЛЭ И-ИЛИ (позиция 8), а через 4,75 3такта в позициях ч основных ДЛ Чслово СС + П + У . В этот момент времени на первом входе ЛЗ И-ИЛИв позиции 8 находятся ЦИД слова(С м П )У а на втоом входе в пози Оции М - ЦИД слова С П , сблизившиеся на расстояние, достаточное для логического взаимодействия в одноименных разрядахВ результате взаимодействия через 5 тактов в позициях 5 15образуется слово С П У (СП ), ЦИДкоторого уничтожаются в дополнительных аннигиляторах доменов Ч 111,.и подается импульсный сигнал во вторую дополнительную ТА Х 11, препятствующий выводу ЦМД из позиции 1 рополнительных ДЛ 1 Х в позиции 2входных каналов, в силу чего через5,25 такта в позициях 2 дополнительных ДЛ фиксиуется слово П25: С П(С су ПУ, которое, ослежи 1вая полюса 2, 3, 4, 1, 2, 3 Явыводится во входные каналы НДС.И так далее до момента формированияслов С" и П н, которые суммируются 30в течение последующих Р тактов, причем на протяжении всего процессасуммирования первая дополнительнаяТА Х 1 не возбуждается, что обеспечивает последовательное распространение ЦИД переносов между ЛЭ И-ИСКЛЮ.ЧАЮЦЕЕ ИЛИ НДС,Из приведенного описания работыНДС следует, что для суммированияэлементов массива из Н Р-разрядных юдвоичных чисел требуется Р + 7 Н 8,5 тактов (2,5 тактов - ввод словаУна вторые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮ-8,ЩЕЕ ИЛИ; 3 такта - формированиеслов С , П на вторые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ; по 7 тактов на образование очередных пар слов С , П и Р тактов на заключительное суммирование с последовательным распространением переносов, что в рН/(Р + 7 Н - 85) раз меньше аналогичного показателя известного НДС. Формула .изобретенияНакапливающий двоичный сумматорпо авт, св. 11 7660 17, о т л,и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия сумматора, он содержит логические элементы И-ИЛИ почислу разрядов операндов, дополнительные динамические ловушки и аннигиляторы цилиндрических магнитных доменов и дополнительные токовые аппликации, выходы логических элементовИ-ИЛИ связаны с соответствующими дополнительными аннигиляторами и динамическими ловушками цилиндрическихмагнитных доменов, а их входы - с первыми выходами.-соответствующих логических элементов И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,первые входы которых магнитосвязаныс соответствующими дополнительнымитоковыми аппликациями, дополнительныединамические ловушки цилиндрическихмагнитных доменов соединены с входамисоответствующих разрядов сумматора,связанными с вторыми входами одноименных логических элементов И-ИСКЛ 0 ЧАОЦЕЕ ИЛИ.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1; Авторское свидетельство СССР11 766017. заявка К 2658298/18-2 Ь,1978, кл. Н 03 К 23/00 (прототип),.Составитель Ю. Розентальулич Техред А. Ач Корректор В. Бутяга Редак т е гЗаказ 6 17/7 В 11303 ал ППП оектна Тираж 954 ИПИ Государственно по делам изобретен 5, Москва, Ж, Р Патентф, г. Ужгород, ултеятф Зек. 3 ф Подписноекомитета СССРи открытийская наб.; д. 4/5