Устройство для алгебраического сложения чисел

(51) 0 06 Р 7/5 МИТЕТ СССР ИЙ И ОТНРЫТИ СУДАРСТБЕННЫ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЛГЕБРАИЧЕСКОГО СЛОЖЕНИЯ ЧИСЕЛ, содержащее двасдвиговых регистра, узел суммированияпо модулю дна и узел записи знакарезультата, содержащий элемент ИЛИ,причем входы разрядов первого сдвигового регистра соединены с входамипервого операнда устройства, входыразрядов второгосдвигового регистра соединены с входами второго операнда устройства, входы управлениясдвигом первого и второго сдвиговыхрегистров подключены к входу синхронизации устройства, выходы первогои второго сдвиговых регистров подключены к соответствующим входам узласуммирования по модулю два, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения быстродействия устройства, оно содержит сумматор, третий сдвиговый регистр, узел суммирования по модулю два содержит триэлемента И, два элемента ИЛИ и элемент НЕ, а узел записи знака результата дополнительно содержит дваэлемента И, при этом входы разрядов сумматора подключены к входампервого операнда устройства, первый и второй входы первого элементаИ узла суммирования по модулю двасоединены соответственно с первыми вторым входами узла суммированияпо модулю два, а выход подключенк входу элемента НЕ узла суммирования по модулю два, выход которогоподключен к первым входам второгои третьего элементов И узла суммирования по модулю два, вторые входыкоторых соединены соответственно спервым и вторым входами первогоэлемента И узла суммирования по модулю два, а выходы подключены квходам первого элемента ИЛИ узласуммирования по модулю два, выходкоторого подключен к информационному входу третьего сдвиговогорегистра, входы второго элементаИЛИ узла суммирования по модулю двасоединены с выходами первого итретьего элементов И узла суммирования по модулю два, а выход подключен к информационному входу сумматора, выходы. знаковых разрядов первого и второго сдвиговых регистровподключены к первым входам соответствующих элементов И узла записизнака, вторые входы которых соединены с выходами соответственно второго и третьего элементов И узласуммирования по модулю два, входыэлемента ИЛИ узла записи знака под"ключены к выходам первого и второгоэлементов И узла записи знака, авыход подключен к входу знаковогоразряда третьего сдвигового регистравходуправления сдвигомкоторого соединен с входом синхронизации устрой-.ства, управляющий вход сумматора подключен к входу синхронизации устройстваИзобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь" зовано в операционных схемах цифровьх процессоров.Известно устройство для последо- , 5 вательного сложения и вычитания чисел, содержащее одноразрядный сумматор-вычитатель, сдвиговые регистры первого и второго слагаемого, блок коррекции, элемент задержки, элемен ты И и ИЛИ, причем первый и второй входы сумматора-вычитателя соединены с выходами младших разрядов сдвиговых регистров соответственно первого и второго слагаемого, а вы ход сумматора-вычитателя подключен к входу старшего разряда сдвигового регистра первого слагаемого. Сдвиговый регистр второго слагаемого содержит дополнительный разряд, 20 выход которого подключен к входу старшего разряда этого сдвигового регистра, а вход - к выходу блока коррекции, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам 25 трех старших разрядов сдвигового регистра первого слагаемого, четвертый вход - к выходу первого элемента И, первый вход которого через элемент задержки подключен к выходу переноса одноразрядного суммато. ра-вычитателя, а второй вход - к шине разрешения переноса, пятый вход блока коррекции подключен к первому управляющему входу устройства, выход блока коррекции подключен также к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым и третьим старшими разрядами сдвигового регистра второго слагаемого, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, а Второй Вход к Второму упраВляющему входу устройства Г 13. Данное устройство имеет недостаточное быстродействие, обусловленное тем, что получение результата сложения-вычитания выполняется за два 50 цикла, причем за первый цикл выполняется сложение-вычитание двоичных чисел, а за второй цикл - коррекция полученного перед этим результата,Наиболее близким к предлагаемому 55 является устройство для алгебраического сложения чисел, содержащее два сдвиговых регистра, узел суммирования по модулю два и узел записи знака результата, причем входы разрядов первого сдвигового регистра соединены с входами первого операнда устройства, входы разрядов второго сдвигового регистра соединены с входами второго операнда устройства,. входы управления сдвигом первого и второго сдвиговых регистров.подключены к входу синхронизации устройства, выход первого сдвигового регистра соединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, на вторые входы которых поступают управляющие сигналы выдачи знака, прямого и обратного кодов первого операнда соответственно, выход первого элемента И является выходом знака первого операнда, выход третьего элемента И через инвертор и выход второго элемента И соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом узла суммирования по модулю два, выход второго сдвигового регистра соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, на вторые входы которых пос-. тупают управляющие сигналы выдачи знака и прямого кода второго операнда, выход четвертого элемента И является выходом знака второго операнда, а выход пятого элемента И соединен с вторым входом узла сумми" рования по модулю два, третий вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, на первый вход которого поступает сигнал переполнения, а второй вход через линию задержки соединен с выходом сигнала переполнения узла суммирования по модулю два, информационный выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ узла записи знака результата, на второй вход которого поступает знак результата, а выход которого соединен с информационным входом первого сдвигового регистра, первый вход шестого элемента И соединен с выходом сигнала переполнения узла суммирования по модулю два, на его второй вход поступает управляющий сигнал выдачи сигнала переполнения, авыход явялется выходом сигнала переполнения первого разряда результата 21;Недостатком известного устройства является необходимость корректиЦель изобретения - повышение быст.родействия устройства,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для алгебраического сложения чисел, содержащее двасдвиговых регистра, узел суммирования по модулю два и узел записизнака результата, содержащий элемент ИЛИ, причем входы разрядов первого сдвигового регистра соединеныс входами первого операнда устройства, входы. разрядов второго сдвигового регистра соединены с входамивторого операнда устройства, входыуправления сдвигом первого и второго сдвиговых регистров подключенык входу синхронизации устройства,выходы первого и второго сдвиговыхрегистров подключены к соответствующим входам узла суммирования помодулю два, содержит сумматор, третий сдвиговый регистр, узел суммирования по модулю два содержит триэлемента И, два элемента ИЛИ и эле.мент НЕ,а узел записи знака результатадополнительно содержит два элементаИ, при этом входы разрядов сумматора подключены к входам первого операнда устройства, первый и второйвходы первого элемента И узла суммирования по модулю два соединенысоответственно с первым и вторымвходами узла суммирования по модулю два, а выход подключен к входуэлемента НЕ узла суммирования помодулю два, выход которого подключен к первым входам второго и третьеЭго элементов И узла суммированияпо модулю два, вторые входы которыхсоединены соответственно с первыми вторым входами первого элемента Иузла суммирования по модулю два,а выходы подключены к входам первого элемента ИЛИ узла суммирования.по модулю два, выход которого подключен к информационному входутретьего сдвигового регистра, входывторого элемента ИЛИ узла суммирования по модулю два соединены с выходами первого и третьего элементовИ узла суммирования по модулю два,а выход подключен к информационномувходу сумматора, выходы знаковыхразрядов первого и второго сдвиго-,вых регистров подключены к первым ровки результата при выполнении операции вычитания, что приводит к снижению быстродействия. 1136148 4входаи соответствующих элементов Иузла записи знака, вторые входы которых соединены с выходами соответственно второго и третьего элементов И узла суммирования по модулюдва, входы элемента ИЛИ узла записизнака подключены к выходам первогои второго элементов И узла записизнака, а выход подключен к входу1 О знакового разряда третьего сдвигового регистра, вход управления сдвигомкоторого соединен с входом синхронизации устройства, управляющий входсумматора подключен к входу синхро 15 низации устройства.В известных устройствах, выполняющих алгебраическое сложение чисел, не используются дополнительныйрегистр для Фиксации разности и узел20 суммирования по модулю два с соответствующей структурой, которыесодержит предлагаемое устройство.Это связано с тем, что в отличиеот известных устройств, в которыхд вычитание исходных величин выполняется на сумматоре, причем одно изслагаемых представляется в обратномкоде, в предлагаемом устройстве вычитание выполняется одновременнос суммированием с помощью узла суммирования по модулю два при параллельном сдвиге содержимого обоих регистров операндов, а результат фиксируется в регистре разности,На чертеже представлена структур 35ная схема предлагаемого устройства.Устройство для алгебраическогосложения чисел содержит два сдвиговых регистра 1 и 2 операндов А и В40соответственно сумматор 3 сдвигоФ Фвый регистр 4 разности операндов,узел 5 суммирования по модулю дваи узел 6 записи знака результата.Узел 5 суммирования по модулю два45содержит три элемента И 7-9, элемент НЕ 10 и два элемента ИЛИ 11и 12. Выходы сдвиговых регистров1 и 2 соединены с входами 13 и 14узла 5 суммирования по модулю два,выход 15 которого соединен с инйор 50мационным входом сумматора 3, выход16 - с информационным входом сдвигового регистра 4, а выходы 17 и 18 -с соответствующими входами узла 6.записи знака.55Входы элемента И 7 узла 5 суммирования по модулю два соединены сего входами 13 и 14, а выход - свходом элемента НЕ 10, выход которого соединен с первыми входамиэлементов И 8 и 9, вторые входыкоторых подключены к соответствующим входам элемента И 7. Входыэлемента ИЛИ 11 узла 5 суммированияпо модулю два соединены с выходамиэлементов И 7 и 9, а его выход является выходом 15 узла 5 суммирования по модулю два. Входы элементаИЛИ 12 узла 5 суммирования по модулю два соединены с выходами элементов И 8 и И 9, а выход являетсявыходом 16 узла 5 суммирования помодулю два. Выходы элементов И Яи 9 являются выходами 17 и 18 узла5 суммирования по модулю два.Узел б записи знака содержит дваэлемента И 19 и 20 и элемент ИЛИ 21,а его входы 22 и 23 подключены квыходам знаковых разрядов спвиговыхрегистров 1 и 2 соответственно,Входы элемента И 19 узла 6 записизнака соединены с входом 22 узла бзаписи знака и выходом 17 узла 5суммирования по модулю два, а входы элемента И 20 - с входом 23 узла 6 записи знака и выходом 18 узла 5 суммирования по модулю два. Выходы элементов И,19 и 20 соединеныс входами элемента ИЛИ 21, выходкоторого является выходом 24 узла 6записи знака и соединен с входомзнакового разряда сдвигового регистра 4. Шина 25 является шиной записипервого операнда А и подключена квходам разрядов сдвигового регистра1 и сумматора 3, шина 26 являетсяшиной записи второго операнда В иподключена к входам разрядов сдвигового регистра 2, управляющая шина27 соединена с входами управлениясдвигом сдвиговых регистрбв 1 и 2,а управляющая шина 28 соединена свходами управления сдвигом сумматора 3 и сдвигового регистра 4,тУстройство работает следующимобразом.Во время первого такта работыустройства выполняется запись перво.го операнда А, поступающего по шине 25,в сдвиговый регистр 1 исумматор 3. За второй такт записывается второй операнд В, поступающий по шине 26, в сдвиговый регистр2. Запись операндов осуществляет-ся в единичном нормальном коде.Затем выполняется обработка узлом55 В соответствии с данными таблицы можно определить нахождение результата следующим образом: если знаки операндов, записанные в знаковые 5 суммирования по модулю два информации, поступающей на его входы13 и 14 в результате одновременногосдвига содержимого обоих регистров 1 и 2 до их полного обнуления,Узлом 5 суммирования по модулю дваопределяется общая часть обоихоперандов, которая с еговыхода 15 10поступает на информационный входсумматора 3, где суммируется с первымоперандом, записанным ранее. Такимобразом, на сумматоре 3 Фиксируется сумма двух исходных чисел А иВ, если выполняется соотношение 15А ) В, или удвоенное значение операнда А, если А ( В.Разность операндов А и В с выхода 15 узла 5 суммирования по моду Олю два поступает на инФормационныйвход сумматора 3 для Аормированиясуммы исходных чисел А и В в случае,если А ( В, а с выхода 16 узла 5суммирования по модулю два разностьзаписывается в сдвиговый регистр 4.Единичный сигнал на выходе 17 узла5 суммирования по модулю два разре-шает запись в знаковый разряд сдвигового регистра 4 знака операнда А,поступающего на вход 22 узла б ЗОзаписи знака, для случая, когдаА ) В, а единичный сигнал,на выходе18 узла 5 суммирования по модулюдва - запись знака операнда. В, поступающего на вход 23 узла б записизнака, для случая, когда А ( В.Знак операции учитывается призаписи второго операнда, т.е, вслучае операции сложения его знак остается без изменения, в случае операции вычитания - изменяется напротивоположный, Таким образом, вустройстве выполняются операции надоперандами, знаки которых не влия.ют на выбор выполняемой операции, 45 поскольку за один цикл работы устройства формируются одновременно исумма и разность исходных величин.Знаки операндов учитываются прификсации знаков результата, причем знак суммы совпадает со знаком первого операнда, а знаку разности присваивается знак большего из операндов, что следует из таблицы.разряды регистров 1 и 2, совпадают, то результат находится в сумматоре 3,. в противном случае результат следует считывать из регистра 4. Сдвиг информации в регистрах 1 и 2 выпол ,няется при поступлении сигналов управления сдвигом по шине 27, сдвиг информации в сумматоре 3 и регистре 4 - при поступлении сигналов управления сдвигом по шине 28.Рассмотрим пример алгебраического .сложения двух чисел А = 9 и В = = 4. Исходные числа в регистрах 1 и 2 и сумматоре 3 представлены в следующем виде:Сумматор 3 111111111 (А) Регистр 1 111111111 (А) Регистр 2 111100000 (В) 1 О 15 При одновременном сдвиге содержимого обоих регистров 1 и 2 на выходе элемента И 7 присутствует единичный сигнал в течение 4 о, гдеГ - время сдвига одной единицы в регистрах 1, 2 и 4 и сумматоре 3, 25который при подаче через элементИЛИ 11 с выхода 15 узла 5 суммирова.ния по модулю два на вход сумматора 3 приводит к увеличению его.содержимого, т.е. ранее записанного ЗОчисла А, на величину общей части операндов А и В, т.е. на число 4. Врезультате этого сложения в сумматоре 3 образуется сумма исходныхчисел (А + В), а регистр 2 обнулен.При дальнейшем сдвиге информациив регистре 1 единичный сигнал присутствует на выходе элемента И 8, аследовательно, на выходах 16 и 17узла 5 суммирования по модулю два 40в течение времени 5 . Таким образомпроисходит запись разности (А-В)в сдвиговый регистр 4 с выхода 1 бузла 5 суммирования по модулю два,одновременно с этим осуществляется 45запись знака числа А через элементыИ 19 и ИЛИ 21 узла 6 записи знакав знаковый разряд сдвигового регист.ра 4, поскольку в данном случае выполняется соотношение А ) В и знаку разности присваивается значениезнака большего операнда А. Сдвигинформации в регистре 1 выполняетсядо полного его обнуления по сигналууправления сдвигом, поступающемупо шине 27,При алгебраическом сложении двухчисел возможен случай, когда А С В т.е. когда исходные величины, например, следующие: А = 4 и В = 9, В этом случае общая часть обоих чисел, определенная узлом5 суммирования по модулю два и поступающая с его выхода 15, при суммировании с находящимся в сумматоре 3 операндом А дает удвоенное значение общей части чисел А и В, т,е. величину 2 А, равную 8. Разность операндов (А - В), равная 5, в виде единичного сигна.ла, существующего на входе элемента И 9 в течение времени 5 ь, приводит к появлению такого же единичного сигнала такой же длительности на выходах 15, 16 и 18 узла 5 суммирования по модулю два. Таким образом, разность операндов (А - В) поступает на вход сумматора 3 и участвует в формировании суммы исходных величин, поскольку А + В = 2 А + + (А - В). С выхода 16 узла 5 суммирования по модулю два разность записывается в сдвиговый регистр 4, а также разрешается запись знака числа В через элементы И 20 и ИЛИ 21 узла 6 записи знака в знаковый разряд сдвигового регистра 4 по сигналу с выхода 18 узла 5 суммирования по модулю два. Сдвиг содержимого .регистра .2 выполняется до полного его обнуления по сигналу управления сдвигом, поступающему по шине 27. Следовательно, сумма двух исходных чисел формируется в. сумматоре 3, раз. ность - в сдвиговом регистре 4, причем знаку разности присваивается значение знака большего операнда.В предлагаемом устройстве для алгебраического сложения чисел предусмотрено одновременное получение суммы и разности исходных чисел, которые формируются узлом суммирования по модулю два во время параллельного сдвига информации, представ" ленной в единичном нормальном коде в обоих сдвиговых регистрах операндов. Повышение быстродействия предлагаемого устройства достигается за счет того, что в нем нет необходимости выполнения коррекции результата вычитания двух чисел, которая необходима в известном устройстве. Это обусловлено тем, что в известном устройстве вычитание выполняется путем поразрядного суммирования прямого кода одного операнда и обратного кода второго операнда.1136.148 Преобразо- , Знак резульКод операЗнак втотата То же ПОФщаное 4уз.Проект Знак первого операнда рого операнда ПИ Заказ 10286/36 ффПатеит", г,У ванныйзнак второро операнда Знак большегооперанда Знак большегооперанда Знак большегооперанда Выполняемаяоперация