Параллельный сумматор

РМОЗ СОВЕТСНИХССЦМЛЮЕЕПЖИКРЕСПУБЛИН 7 50 З(5 И С ЕН: САНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ каждой суммирующей ячейки, начинаяс второй, подключен к третьему вы,:ходу предыдущей суммирующей ячейки,третий вход каждой -й суммирующейячейки ( 2, . М) соединен с выходомцепочки из (3 -1 ) соединенных последовательно элементов задержки, о т л ичающий с я тем, что, с цельюрасширения Функциональных возможностей за счет выполнения операций суммирования парных произведений иумножения, дополнительно содержит.дополнительййх суммирукицнх ячеек,причем выходы разрядов регистра сдви.га соединены с первыми входами соответствующих элементов И, вторые вхо. ды которых соединены, с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соеер динен с шиной множителя параллельногосумматора, а второй вход - с шинойрежима работы параллельного суммато" Ф о . ра, первый вход первой дополнительнойсуммирующей ячейки соединен с дополнительной шиной запрета Формирования.сувви параллельного сумматора, первыйвход каждой последующей дополнительной суммирующей ячейки соединенс третьим выходом предыдущей дополнительной суммирующей ячейки, выходыэлементов И с первого по (М)-йсоединены с третьими входами соответй ствующих дополнительных суммирующихячеек, вторые выходы которых подключены к информационным входам соот- ветствукюцих триггеров, тактовые входыкоторых подключены к первым выходамсоответствующих .дополнительных суммирующих ячеек, первый и третий выходы(М)-й дополнительной суммирующейячейки соединены с первым и вторымвходами соответственно первой сумми-рующей ячейки, третий вход которойподключен к выходу М-го элемента И,выходы элементов И с (М 11 )-го по(,2 М)-й соединены с входами цепочек. УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЗФ(71 ) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Производственное объединение "УКРГЕОФИЗИКА"(56 ) 1.Авторское свидетельство СССР М 550637, кл. С 06 Р 7/52, 1975.2. Авторское свидетельство СССР В 603991, кл, С 06 Р 7/50, 1976 (прототип ).(54 )(5 7 ) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ СУММАТОР, .содержащий элементы задержки и М суммирующих ячеек, каждая из которых сод жит одноразрядный сумматор, элемент И и три элемента задержки, выход эле мента И соединен с первым входом одн разрядного сумматора, вход первого элемента задержки соединен с первйм входом суммирующей ячейки, а выход - с первым входом элемента Й и первым выходом суммирующей ячейки, второй и третий входы которой подключены к соответствующим входам одноразрядного сумматора, выход сумак которого соединен с входом второго элемента задержки и вторым выходом суммирующе ячейки, выход переноса одноразрядного сумматора подключен к входу третьего элемента задержки выход ко .торого соединен с третьим выходам суммирующей ячейки, выход второго элемента задержки подключен к второщ входу элемента И, первый вход первой суммирующей ячейки подключен к шине запрета формирования сумма па раллельного суыаатора, первый вход каждой .последующей суммирукщей ячейки соединен с первым выходом предыду ,щей суммирующей ячейки, второй вход 80 1018114 А1018114 из последовательно соединенных элементов задержки с первой по (Игуюсоответственно, вторые выходы суммирующих ячеек с первой по И-ую соединены с информационными входамитриггеров с (И+1 )-го по (2 И)-йсоответственно, тактовые входы котоИзобретение относится к вычислиТельной технике и может быть использовано в арифметических устройствах ЭВИ и специализированных вычислительных устройствах, вычисляющих сум щю парных произведений.Известно устройство для вычисления сумм парных произведений, содержащее матрицу модулей сложенйя 1.Недостатком такого устройства яв О ляются значительные аппаратурные затраты. Известен также параллельный сумма тор накапливающего типа, сюдержащий входные и выходные шины, И одноразч . рядных сумматоров, И элементов И, элементы задержки. Для удобства описания в дальнейшем часть параллельного сумматора, состоящую из элемента И, трех элементов задержки и одного 20 одноразрядного сумматора, будем называть суммирующей ячейкой, в которой первый вход одноразрядного сумматора подключен к выходу элемента И, первый вход которого подключен к выходу 25первого элемента задержки, вход кото.рого подключен к третьему входу суммирующей ячейки, а второй вход элемента И через второй элемент задержки подключен к первому выходу одно-. у разрядного сумматора, второй выход которого подключен ко входу третьего: элемента задержки, выход которого подключен ко второму выходу суммирующей ячейки, второй вход одноразрядного сумматора подключен к первому входу суммирующей ячейки, третий вход одноразрядного сумматора подключен ко второму входу суммирующей ячейки, ,первый выход суммирующей ячейки под-, ключен к первому выходу одноразряд ного сумматора, а третий выход суммирующей ячейкй подключен к первому входу элемента И, причем суммирующая ячейка 1-го разряда (1 1,2 М ) первым входом подключена к соот ветствующей входной шине через (д) элементов задержки, вторым и третьим входами подключена соответственно.ко второму и третьему выходам суммирующей ячейки (1-1 )"го разряда, первым 5 выходом соединена с соответствующей выходной шиной, а вторым и третьим рых подключены к первым выходам сумми.рующнх ячеек с первой по И-ую соответственно, входы разрядов регистрасдвига соединены с входными шинамипараллельного сумматора, выходныешины которого подключены к выходамтриггеров. выходами соединена соответственно со вторым и третьим входами суммирующей ячейки (1+1 )-го разряда 23Данное устройство не позволяет выполнять ни операцию умножения, ни получение сумка парных произведений вида АВ А В., для вычисления которой требуется такой же такт работы сумматора как и при умножении. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выполнения операций суммирования парных произведений и умноженияПоставленная цель достигается тем, что параллельный сумматор, содержащий элементы задержки и И суммирующих ячеек, каждая из которых содержит одноразрядный сумматор, элемент И и три элемента задержки, выход элемента И соединен с первым входом одноразрядного сумматора, вход первого элемента задержки соединен с первым входом суммирующей ячейки, а выходс первым входом элемента И и первым выходом суммирующей ячейки, второй и третий выходы которой подключены к соответствующим входам одноразрядного сумматора, выход суммы которого соединен с входом второго элемента задержки.и вторым выходом суммирующей ячейки, выход переноса одноразрядного сумматора подключен к входу третьего. элемента задержки, выход которого сое. динен с третьим выходом суммирующей ячейки, выход .второго элемента задержки подключен к второму входу элемента И, первый вход первой суммирующей ячейки подключен к шине запрета формирования сумьы параллельного сумматора, первый вход каждой последующей суммирующей ячейки соединен с первым выходом предыдущей суммирующей ячейки, второй вход каждой суммирующей ячейки, начиная со второй, подключен к третьему выходу предыдущей суммирующей ячейки, третий вход каждой -ой суммирующей ячейки (, = 2,3,.., И ) соединен с выходом цепочки из соединенных,последовательно элементов задержки, дополнительно содержит (2 М) триггеров, (2 И ) элементов И, элемент ИЛИ, регистр сдвига и (М) дополнительных суммирующих ячеек,причем выходы разрядов регистра сдвига соединены с первыми входами соответствукщих элементов И, вторыевходы которых соединены с выходомэлемента ИЛИ, первый вход которогосоединен с шиной множителя параллель-. 5ного сумматора, а второй вход - сшиной режима работы параллельного сум.матора, первый вход первой дополнительной суммирукщей ячейки соединен сдополнительной шиной запрета формирования суммы параллельного сумматора,первый вход каждой последующей дополнительной суммирующей ячейки соединен с первым выходом предыдущей дополнительной суммирующей ячейки, 15второй вход каждой дополнительнойсуьвщрующей ячейки соединен с третьимвыходом предыдущей дополнительнойсуммирующей ячейки, выходы элементовИ с первого по (М)-й соединены стретьими входами соответствующих дополнительных суммирующих ячеек, вторые выходы которых подключены к инФормационным входам соответствующих. триггеров, тактовые входы которыхподключены к первым выходам соответствующих дополнительных суммирующих.соответственно первой суммирующейячейки, третий вход которой подключенк выходу М-го элемента И, выходыэлейентов И с (М+1 )-го по (2 М)-йсоединены с входами цепочек из последовательно соединенных элементов 35задержки с первой по (М,-ю соответственно, вторые выходы суммирующихячеек с первой по М-ю соединены синформационными входами триггеров с(М+1 )-го по (2 М)-й соответственно, 4 ртактовые входы которых подключены кпервым выходам суммирующих ячеек спервой по М-ю соответственно, входыразрядов регистра сдвига соединеныс входными шинами параллельного сумматора, выходные шины которого подключены к выхедам триггеров. На чертеже дана функциональная схема параллельного сумматора.Сумматор содержит входную шину 1 5 О подключенную к соответствующим входам (2 М)-разрядного регистра 2 сдвига, выходы которого соединены с первыми входами (2 М)-го элемента И 3. Вторые входы всех (2 М)-го элементов И соединены с выходом элемента ИЛИ 4, первый вход которого соединен с шиной 5 множителя, а второй вход соединен с шиной 6 режима работы. Выход 1-го элемента И 3 (1 .= М,М+12 М) подключен через во (1-М ) элементов 7 задержки к первому входу 8 1-ой суммирукщей ячейки 9, а выход -ого элемента 3 ( 1,2, ,М) подключен к первому входу 8 .-ой суммирующей ячейки 9. Третий 65 вход 10 каждой 1 с-той (М = 1,22 М) суммирущией ячейки 9 соединенс третьим выходом 11 (Е)-ой суммирующей ячейки 9, причем третий вход10 первой суммирующей ячейки 9 соединен с дополнительной шиной 12 запре,та формирования сумки, а третий вход10 1-ой суммирующей ячейки 9 соединен с шиной 13 запрета формирования;суммирующей ячейки. 9 соединен совторым выходом 15 ( К -1 ) -ой суммирующей ячейки 9. Первый выход:соединен с первым входом 17 М-го так.тирующего триггера 18, а второй вход19 Ы-го трактируемого триггера соеди.нен с третьим .выходом 11 Е-той суммирующей ячейки 9 того же разряда.Выходами суюатора 20 являются выходы тактируемас триггеров 18. В каждой Е-ой суммирукиаей ячейке 9 первый вход 8 соединен со вторым вхо.дом одноразрядного сумматора 21,первый вход которого подключен к выходу элемента И 22, первый вход, которого подключен к.выходу-йервого элемента 23 .задержки,."вход которого подключен к третьему входу 10 ячейки.,Второй вход -.14 ячейки подключен к третьему входу одноразрядного сумматора. Первый выход одноразрядного сумматора 21 подключен к первому выходу ячейки 16 и ко входу второго элемента 24 задержки, выход которого соединен ко второму входу элемента И 22. Второй выход одноразрядного сумматора 21 под= ключен через третий элемент 25 за," держки ко второму выходу 14 суммирующей ячейки 9. Третий выход 11 суммирующей ячейки 9 подключен к выходу первого элемента 23 задержки.Параллельный сумматор может работать в двух режимах: в режиме сумматора и режиме умножителя. Каждая из этих операций может выполняться либо с накоплением предыдущих результатов, .либо без накопления.Длительность задержки иа элементе 7 задержки такова, что сигнал на ее выходе появляется через время Г равное интервалу подачи слагаемых на входные шивы 1. Элементы 24 и 25 за-. держки таковы, что на их выходе сигнал появляется также через время Г,Режим сумматора. В исходном состоянии на входную шину 1 подают нулевой код. В процессе суммирования на М старших разрядов входной шины 1 через интервалы времени, равные , подаются суммирующие числа, а на (М)-ый младший разряд вхоцной шины 1 подают- ся нули. На шину 6 режима работы пос" тупает сигнал разрешения, открываю,щий элементы И 3.Через время + первый разряд первого слагаемого проходит через сумматор 21 М-ой суммирующей ячейки 9, 1018114.элемент 24 задержки 24 и элемент И 22 этой же суммирующей ячейки и попадает на первый вход сумматора 21. В это же самое время ( на вход-. ную шину 1 подается новое слагаемое, а на первый вход 8 (М+1 )-ой суммирую. щей ячейки 9, пройдя элемент 7 за" держки, попадает второй разряд первого слагаемого.В следующем такте (ЙЮпроисходит суммирование в сумматоре 21 М-ой " 10 суммирующей ячейки 9 первых.разрядов первого и второго слагаемых, и сумма их, через элемент 24 задержки и элемент И 22 М-ой суммирующей ячейки 9 поступает на первый вход сумматоРа 15 20 той же суммирующей ячейки 9В это же время (2 Г) второй разряд первого слагаемого просуммируется в (М+1 )-ой суммирующей ячейке 9 с нулем. Перенос, сформированный при сум. мированиии первых разрядов, через элемент 25 задержки и второй выход 15 М-ой суммирующей ячейки 9 поступает на второй вход 14 (М+1 )-ой суммирующей ячейки 9. Второй разряд второго слагаемого, пройдя элемент 7 задержки., поступает на первый вход 8 той же суммирующей ячейки. Третий разряд первого слагаемого, пройдя два элемента 7 задержки, поступает на первый вход 8 (М+2 )-ой суммирующей ячейки 9.В каждом последующем такте происходит суммирование. одноименных разрядов результата от сложения (щ-р ) слагаемых, где р= щ,щ 35 2,1 и (щ-р+1 )-го слагаемого.Через время (щ)Фв М-ой суммирующей ячейке 9 просуммируются первые разряды (щ)-го слагаемых, а на первый вход 8 этой же суммирующей 40 ячейки поступает первый разряд щ-го, слагаемого. В следукщем такте (щГ) происходит суммирование первых разрядов щ слагаемых.Для очистки суммирующих ячеек 9 45 (перед началом суммирования следующего массива чисел ) на шину 13 запрета Формирования суммы подается импульс, который, пройдя элемент задержки 23 и элемент И 22, разрывает цепь обратной связи первого выхода сумматора 21 с первым входом этого же сумматора. Этот процесс ,повторяется во всех суммирующих ячей ках 9. Этот же импульс используется для занесения результата суммирования в триггеры 18.Таким образом, через время (щ+М ф результат суммирования М-тых разря" дов щ слагаемых записывается в (2 М)-ый тактируемый триггер 18, 40 а на входных шинах 20 появляется ре-. зультат суммирования щ М-разрядных слагаемых, В (щ+1 ) ; такте на выходную шину 1 подается слагаемое из следующего массива и начинается на копление следующей суммя, т;е. на обработку одного слагаемого необходимо затратить (1+М/щ ) тактов.Режим умножения. В исходном состоянии на входных шинах 1 присутствуютнули, Множимое подается на М младших разрядов входной шины 1 и принимается в регистр 2. На шину 5 множителяпоступает первый (младший ) разряд множителя, а на шину б режима работы подается нулевой код. На элементах И 3 Формируется частичное произведение множимого на один разряд множи" теля. В первом такте в М младших суммирующих ячейках 9 происходит сло женке частичного произведения множимого на первый разряд множителя, с нулем. В следующем такте (22)на шину 5 множителя поступает второй разряд множителя, в сдвиговом регистре 2 производится сдвиг множимого на один разряда влево, В (М)-ой суммирующих ячейках 9 происходит суммирование частичного произведения, сформированного в первом такте, с(М)-ым разрядом частичного произведения, сформированного во втором такте, При этом во второй суммирующей ячейке 9 Формируется второй разряд результата умножения двух сомножителей, На первый вход 8 (М+ )-ой суммирующей ячейки 9, пройдя элемент7 задержки, поступает старший разряд сформированного в этом такте частичного произведения.В следующем такте(57; ) на шину 5множителя поступает третий разрядмножителя, в сдвиговом регистре 2производится сдвиг множимого на одинразряд влево. В (М)-ой суммирующихячейках 9 происходит суммированиенакопленной в предыдущих тактах суммы частичных произведений с (М)-мя разрядами частичного произведения,сформированного в этом такте, и стар-шего разряда частичного произведения, сформированного в предыдущем такте. При этом в третьей суммирующей ячейке 9 формируется третий разряд результата умножения двух сомножителей с учетом переноса, образовавшегосяпри формировании второго разряда результата умножения этих же сомножи.телей. В (М+1 )-ой суммирующей ячейке 9 производится сложение старшего разряда частичного произведения, сфор мированного в предыдущем такте, спредварительным переносом, сформированным в предыдущем такте в М-ой суммирующей ячейке 9.Таким образом, в 3-том такте (71,2,;.,М) на шину 5 множителя поступает -ый разряд множителя, в сдвиговом регистре 2 производится (3-1 )-ый сдвиг множимого. В -ой суммируюцей, ячейке 9 Формируется 1-ый разряд результата умножения двух сомножителей с учетом переноса( -1 )-го разряда результата умноже- ,ния этих же сомножителей. Старшийразряд сформированного частичногопроизведения поступает на вход элеф" -;.мента 7 задержки, выход которого соединен через (1-2 ) элемента 7.,за"держки с первым входом 8 (М- +1 )-ойсуммирующей ячейки 9.В Й-ом такте формируется частичное произведение множимого на старший разряд множителя. В М-ой суммйрующей ячейке 9 формируется М-ыйразряд результата умножения двухсомножителей. Через (М) такт сфор"мируется старший (2 М)-й разряд результатаумножения этих же сомножи" :телей.В .М+1 )-ом такте производитсяприем в сдвиговый регистр 2 новогомножимого. На шину 5 подается первый разряд нового множителя, и про,цесс умножения повторяется только с:той разницей, что в Мразрядномараллельном сумматоре хранится резуль.тат предыдущего умножения н одновременно с вычислением првизведения .двух новых сомножителей происходитсуммирование результата умноженияпредыдущих сомножителей и сомножителей новых.Для очистки параллельного сумма-. Мтора после вычисления суммы парныхпроизведений вида А,1 В+ АВа+А Р, и момент времени М (й) Ф (одноеременно с приемом в оегистр 2 последнего множимого ) на шину 12 запрета формирования сумьМ подается импульс, который через время 1."производит разрыв цепи Обратной связи в первой суммирующей, ячейке 9 и, поступив с третьего выхода .11 этой ячейкЮ навторой вход 19 первого тактируемого триггера 18, заносит первый разряд результата вычисления сумма парных произведений в первый триггер 18, Через (2 М)-ый такт результат вычис ления сумьи парных произведений по-: ;ступает на выходные шатены 20, т.е. на вычисление выражения вида.АВ АвВф 1 гребуетоя:время равное (йа+М) Г. Следовательно, на выполнение одного умножения и сложения необходимо затратить М(1+1/а) тактов.:Использование новых элементов- дополнительных суммирующих ячеек, элементов И, элемента ИЛИ и регистра .сдвига дает возможность выполнять :не только суммирование и суммирование с накоплением, но и операции умйо :.жения и вычисления сумви парных про" изведений вида АВЛ,В. Это, во-первых, расширяет сферу примене", ния сумматора, во-вторых, позволяет Исключить простои оборудования при выполнении операций умножения и на копления сумм парных произведений, и,в-третьих, устраняет необходимоств создания в вычислительных устройствах отдельных сумматора и умножителя.ефановКорр тор Аъйльин дакт оное каз 3544/4/5 Филиал ЙПП "Патент", Г. Ужгород, ул. Проектна 7 ТиражВНИИПИ Госудапо делам из13035, Москва,706твенногоретений и-35, Рауш Подаиомитета СССРоткрытий .кая наб., д