Устройство для умножения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 59 4 ОБРЕТЕНИЯ ИСА АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ехничес ва (Лен на)/52, 1984.тво СССР52, 1972,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к о вычислительной техники и может использовано в качестве функци ного расширителя универсальных лительных машин, Цель изобрете асти ть ль вычисия -ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Ленинградский электркий институт им. В.И.Улья повышение достоверности результатаза счет некритичности к единичнымсбоям входных данных и повышение быстродействия при отработке малых приращений операндов. Предлагаемое устройство содержит три накапливающихсумматора-вычитателя 1, 2, 3, трикоммутатора 4, 5, 6, блок 7 управления, блок 8 выделения максимальной иминимальной величины, два разностныхузла 9, 10 управления, шины 11, 12множимого и множителя, шину 13 произведения и шины 14, 15 констант ссоответствующими связями. Устройствоосуществляет вычисление по рекуррентным соотношениям, описывающим функцию умножения, последующих значенийфункции для заданных аргументов, если известны предыдущие значения функции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил,Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве Функциональногорасширителя универсальных вычислительных машин,5Цель изобретения - повьппение достоверности результата за счет некритичности к единичным сбоям входных данных и повьппение быстродействия при отработке малых приращенийоперандов,На чертеже представлена Функциональная схема предлагаемого устройства.15Устройство для суммирования содержит первый, второй и третий накапливающие сумматоры-нычитатели1-3, первый, второй, и третий коммутаторы 4-6, блок 7 управления,блок 8 выделения максимальной и минимальной величин, первый и второйразностные узлы 9.и 10 управления,шину 11 множимого, шину 12 множителя, шину 13 произведения, шину 14константы "1", шину 15 константы"2", вход 16 "Строб" и выход 17 "Го"тонность", причем шины 11 и 12 множимого и множителя соединены соответственно с первым и:вторым информационными входами блока 8 выделения 30максимальной и минимальной величин,первый и второй инФормационные выходы которого соединены соответственнос инФормационными входами первого ивторого разностных узлов 9 и 10 управления, шины 14 и 15 констант "1"и "2" соединены соответственно с входами первых и вторых групп первогои второго коммутаторов 5 и 6. Выходыкоммутаторов 5 и 6 соединены соответственно с инФормационными входамивторого и третьего накапливающих сумматоров-вычитателей 2 и 3, выходы которых соединены соответственно с входами первой и второй групп первогокоммутатора 4, входы третьей и четвертой групп которого соединены соответственно с информационными выходами первого и второго разностных узлов 9 и 10 управления, выход первогокоммутатора 4 соединен с инФормационным входом первого накапливающегосумматора-вычитателя 1, выход которого соединен с шиной 13 произведения устройства, первые, вторые и тре 55тьи управляющие выходы первого и второго разностных узлов 9 и 10 управления соединены соответственно с входами кода режима работы блока 7 управления, Первый выход импульсов синхронизации блока 7 соединен с синхровходом первого накапливающего сумматора-вычитагеля 1, а второй выход импульсов синхронизации блока 7 управления соединен с синхровходамивторого и третьего накапливающих сумматоров-вычитателей 2 и 3 и первого и второго разностных блоков 9 и 10 управления, первый, второй и третий управляющие выходы блока 7 управления соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов 4-6, первоговторого и третьего накапливающих сумматоров-вычитателей 1-3, вход 16 "Строб" устройства соединен с пусковым входом блока 7 управления, выход окончания операции которого соединен с выходом 17 "Готовность" устройства.Блок 7 управления устройства содержит генератор,18 тактовых импульсов, выход которого соединен через элемент 19 задержки с первым управляющим входом программируемой логической матрицы 20, а выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра 21, выход которого соединен с вторым управляющим входом программируемой логической матрицы 20, Первый и второй выходы импульсов синхронизации указанной матрицы соединены с входами элемента ИЛИ 22, выход которого через элемент 23 задержки соединен с третьим управляющим входом программируемой логической матрицы 20, пусковой вход генератора 18 тактовых импульсов соединен с выходом элемента 24 задержки, вход которого соединен с выходом элемента И 25, первый вход которого соединен с пусковым входом 26 блока 7 управленияВторой вход элемента И 25 соединен с входом останова генератора 18 тактовых импуль. сов, инФормационные входы регистра 21 соединены соответственно с входами 27-32 кода режима работы блока 7 управления, первый и второй выходы 33 и 34 импульсов синхронизации, которого соединены соответственно с первым и вторым выходами программируемой логической матрицы 20, третий выход которой соединен с вторым входом элемента И 25 и с выходом 35 окончания операции блока 7 управления, первый, второй и третий управляющие выходы 36-38 которого соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым выходами программируемой логической матрицы 20.Блок 8 выделения максимальной иминимальной величины содержит первыйи второй коммутаторы 39 и 40 и схему 41 сравнения, входы первой группы которой соединены соответственнос первым информационным входом 42блока 8, с входами первой группы первого коммутатора 39 и с входами второй группы второго коммутатора 40,входы второй группы схемы 41 сравнения соединены соответственно с вторым 15информационным входом 43 блока 8 свходами первой группы второго коммутатора 40 и с входами второй группы первого коммутатора 39, выход схемы 41 сравйения соединен с управляющими входами первого и второго ком 20мутаторов 39 и 40, выходы которыхсоединены соответственно с информационными выходами 44 и 45 блока 8 выделения максимальной и минимальнойвеличины.Разностный узел 9(10) управлениясодержит схему 46 сравнения, ревер-сивный счетчик 47 и первый и второйэлементы И 48 и 49, причем информационный вход 50 разностного узла309(10) управления соединен с первымвходом схемы 46 сравнения, второйвход которой соединен с выходом реверсивного счетчика 47 и с выходом51 разностного узла 9(,10) управления, 35первый, второй и третий управляющиевыходы 52-54 которого соединены соответственно с выходами Больше", Меньше" и "Равно" схемы 46 сравнения,выходы "Больше" и "Меньше" схемы 46 40сравнения соединены соответственнос первыми входами первого и второгоэлементов И 48 и 49, выходы которыхсоединены соответственно с входамисложения и вычитания реверсивного 45счетчика 47, вторые входы элементовИ 48 и 49 соединены с синхровходом55 разностного узла 9(10) управления.Работа устройства заключается ввычислении по рекуррентным соотношениям, описывающим функцию умножения,последующих значений функции для заданных аргументов, если известны предыдущие значения функции. Рекуррентные соотношения подразделяются навосемь групп, каждая из которых учи"тывает специфику потока данных, яв"ляющихся значениями аргументов функции умножения, и (2): Р(+1, +1)=Р(,)+Н, :, (1) Н(5.+1)=Н(.)+2. (2) Если оба аргумента уменьшаются одновременно: Н(3.)=Н(+1)-2; (3) Р(5.1)=Р(+1, +1)-Н, х= (4) Если увеличивается аргумент Х, а Уостается постоянным Р(У, +1)=Р(У+У; Н+1)=Н+1;С(К+1)=С(К,1+1.(8) (9) (10) Р(У 1)=Р(У,+1)-УН=Н(+1)-1;С(К)=С(К+1)-1,Если оба аргумента изменяются, приэтом Х увеличивается, а У уменьшается: Р(+1,-1)=Р(,)-С(К); (11) С(К+1)=С(К)+2, (12) Если оба аргумента изменяются, при этом Х уменьшается, а У увеличиваетСяфС(К)=С(К+1)-2; (13) Р(-1,Д+1)=Р(з.,Д)+С(К) . (14) Если У уменьшается, аР(,Х)=Р(+1,Х)-Х; Н(Х)=Н(1+1)-1;С(К)=О(К+1)+1. Х - постоянный:(15) (16) (17) Так как функция умножения симметрична, то при вычислении ее значений целесообразно организовать выполнение условия: ХУ. Чтобы учесть процесс отслеживания разности между исходными и заданными значениями аргумента, введем для обозначения текущего значения аргумента новую переменную,Полагаем: =0, У; 1=0, Х; К=О, Х.Порядок (во времени) вычисления функций в группе задан порядком их описания, Ксли оба аргумента Х и У увеличиваются одновременно, т.е. текущие значения операндов равны, то используются для вычисления значений функции рекуррентные соотношения (1)(20) Начальные значения функций: Р),0)=0;Н(0)=1; а(0)=1. 10Условие завершения рекурсивного про.цесса вычисления произведения:ВА= 1=У ,1 =Х 1(21) Для реализации Функций Р, Н и О в устройстве для умножения используют ся накапливающие сумматоры-вычитатели 1-3 соответственно, а для анализа условия завершения рекурсивного процесса вычисления произведения и выбора соответствующей группы рекуррен тных соотношений, по которым должны вычисляться значения функции умножения используется блок 7 управления. Отслеживание разности между исходным и- заданным значениями аргумента путем наращивания значения исходного аргумента осуществляется с помощью разностных узлов 9 и 10 управления,Устройство для умножения работает следующим образом. 30Исходное состояние задается сигналом системного сброса, по которому информационные выходы 51 раэностных узлов 9 и 10 управления установятся в нулевое состояние, синхронизирующие сигналы с первого и второго выходов 33 и 34 блока 7 управления отсутствуют (Б 1 И 1=0, БУМ 2=0),а сигнал "Готовность" на его на третьем выходе установится в единичное сос тояние, Выход первого накапливающего сумматора-вычитателя 1 перейдет в нулевое состояние (БМ 1=0), а во второй и третий накапливающие сумматоры-вычитатели 2 и 3 запишется код числа 1 (БМ 2=БМ 3=1).После поступления операндов Х и У соответственно на шины множимого 11 и множителя 12 они через блок 8 деления минимальной и максимальной величины поступят на информационные входы 50 разностных узлов 9 и 10 управления, При этом на первом выходе 44 блока 8 выделения минимальной и максимальной величины будет множимое Х, если его значение больше или равно значению множителя У (Х Ъ У). В противном случае значение множимого Х будет присутствовать на втором выходе 45, а значение множителя У -на первом выходе 44 блока 8 выделения минимальной и максимальной величины. Таким образом, разностныйузел 9 управления будет всегда отрабатывать большее или равное иэ двухзначений Х, У, а узел 10 - соответственно меньшое из них. Этим, вопервых, повышается быстродействиеустройства эа счет сокращения числашагов вычисления произведения, еслив процессе работы устройства относительные минимальные и максимальныезначения операндов Х и У изменятсяи, во-вторых, упростится алгоритмформирования переключательных функций работы накапливающих сумматороввычитателей 1-3, а, следовательно,сократятся аппаратурные затраты нареализацию блока 7 управления. Поступление новых значений операндовХ и У сопровождается единичным сигналом "Строб".После прихода новых значений операндов Х и У на информационные входы50 раэностных узлов 9 и 10 управления, их сигнальные выходы 52-54 инициализируют входы 27-32 задания режима работы блока 7 управления, которые будут восприниматься блоком 7управления после поступления единичного сигнала Строб" на его первыйвход 26 с входа 16 устройства, приэтом на линиях шины 36-38 управлениявырабатываются управляющие сигналы,которые подготовят накапливающие сумматоры-вычитателя 1-3 и коммутаторы4-6 на вычисление произведения в соответствии с рассмотренными выше рекуррентными соотношениями (1)-(20),а выход 35 блока 7 управления переходит в нулевое состояние,С задержкой, определяемой временем установки сумматоров-вычитателей 1-3, на первом и втором выводах 33 и 34 блока 7 управления сформируется двухтактная последовательность синхронизирующих сигналов Бэ.11 1 и БУИ 2. При этом сигналами с первого выхода 33 блока 7 управления синхронизируется работа первого накапливающего сумматора-вычитателя 1, а с второго выхода 34 - второго и третьего накапливающего сумматоров-вычитателей 2 и 3 и разностных узлов 9 и 1 О управления. Информационные выходы 51 раэностных узлов 9 и 10 управления установятся в устойчивое состояние, если значение кодачисла на информационном входе 50 бу- дет равно коду числа на его информационном выходе 51. При этом третий сигнальный выход 54 соответствующего разностного узла 9 или 10, определя 5 ющий указанное равенство, установится в единичное состояние и, следовательно, изменится состояние входов 27-32 задания режима работы блока 7 управления,;который в соответствии с ними перестроит накапливающие сумматоры-вычитатели 1-3 и коммутаторы 4-6 на выполнение другой функции. На шине 13 будет сформировано произведение Р=ХУ, когда третьи сигнальные выходы разностных узлов 9 и 10 управления перейдут в единичное состояние, При этом на третьем выходе 35 блока 7 управления выработается единичный сигнал, который установит на выходе 17 готовности данных сигнал, равный 1, Сигнальные выходы 52-54 определяют не только перестраиваемые функции накапливающих сумматоров-вычитателей 1-3, но и последовательность формирования синхронизируищих сигналов ЯБ 1 и БУБ 2 блока 7 управления, а . значит и последовательность выполнения операций накапливающими сумматорами-вычитателями 1-3 н соответствии 30 с рекуррентными соотношениями (1)- (20).Включение в устройство для умножения разностных узлов 9 и 10 управления позволяет, во-первых, повысить достоверность функционирования устройства н случае прохождения единичной помехи на шины 11 и 12 множимого и множителя, которые вызовут кратковременный сбой операндов Х и/или У, 40 а также организовать следящий режим работы устройства, что приводит к повышению быстродействия устройства при отработке малых приращений операндов. 45Предположим, что в процессе вычисления произведения произошел сбой значений операндов Х и У, который приведет к изменении состояния сигнальных выходов 52-54 разностныхуэ 50 лов 9 и 10 управления. При этом произойдет перестройка режима работы накапливающих сумматоров-вычитателей 1-3, которые отработают в следующем такте этот сбой. Однако сигнал на выходе 17 "Готовность" данных в общем случае будет равен О. При восста" новлении значений операндов произойдет повторная настройка накапливающих сумматоров-нычитателей 1-3 и вычислительный процесс будет продолжен, а погрешность из-за сбоя данных будет отработана в последующих тактах,Повышение быстродействия устройства при отработке малых приращений заключается в организации рекурсивного процесса вычисления, когда предыдущие значения выходных и промежуточных результатон вычисления, хранимые в накапливающих сумматорах-нычитателях 1-3, используются в следующих циклах вычислений. Так, например, при единичном изменении одного или обеих операндов для вычисления произведения требуется один такт. формула изобретения 1. Устройство для умножения, содержащее шины множимого и множителя, первый накапливающий сумматор-вычитатель, разрядные выходы которого соединены с шиной произведения, перньп коммутатор, выход которого соединен с информационным входом первого накапливающего сумматора-нычитателя, входы первой группы первого коммутатора соединены соответственно с разрядными выходами второго накапливающего сумматора-вычитателя и блок управления, первый и второй выходы импульсов синхронизации которого соединены соответственно с синхровходами первого и второго накапливающих сумматоров-вычитателей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности результата за счет некритичности к единичным сбоям входных данных и поньппения быстродействия при отработке малых приращений операндов, в него введены третий накапливающий сумматор-вычитатель, второй и третий коммутаторы, первый и второй разностные узлы управления, блок выделения максимальной и минимальной величин и шины констант, соединенные соответственно с входами первых и вторых групп второго и третьего коммутаторов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами второго и третьего накапливающих сумматоров-нычитателей, выход третьего накапливающего сумматоранычитателя соединен с входом второй группы первого коммутатора, входы третьей и четвертой групп которогосоединены соответственно с информационными выходами первого и второго разностных узлов управления, информационные входы которых соединены соответственно с первым и вторым ин 5 формационными выходами блока выделе" ния максимальной и минимальной величин, первый и второй информационные входы которого соединены соответст венно с шинами множимого и множителя устройства, первые, вторые и третьи управляющие выходы первого и второго разностных узлов управления соединены соответственно с входами кода . режима работы блока управления, второй выход импульсов синхронизации которого соединен с синхровходами первого и второго разностных узлов управления и третьего накапливающего сумматора-вычитателя первый, второй и третий управляющие выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего коммутаторов и первого, второго и третьего накапливающих сумматоров-вычитателей, вход "Строб" устройства соецинен с пусковым входом блока управления, выхоц окончания операции которого соединен с выходом "Готовность" устройства.2. Устройство по п. 1, о т л нч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом регистра и, через 35 первый элемент задержки с первым управляющим входом программируемой логической матрицы, второй вход которои соединен с выходом регистра, информационные входы которого соеди О иены соответственно с входами кода режима работы блока управления, третий управляющий вход программируемой логической матрицы соединен через второй элемент задержки с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами программируемой логической матрицы и с первым и вторым выходами импульсов синхронизации блока управления, выход окончания операции которого соединен с третьим выходом программируемой логической матрицы, входом останова генератора тактовых импульсов и с первым входом элемен та И, второй вход которого соединен с пусковым входом блока управления, а выход элемента И через третий элемент задержки соединен с пусковымвходом генератора тактовых импульсов,четвертый, пятый и шестой выходы программируемой логической матрицы соединены соответственно с первым, вторым и третьим управляющими выходами блока управления3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вьщеления максимальной и минимальной величины содержит схему сравнения и первый и второй коммутаторы, причем входы первой группы схемы сравнения соединены соответственно с входами первой группы первого коммутатора, входами второй группы второго коммутатора и первым информационным входомблока выделения максимальной и минимальной величин, входы второй группысхемы сравнения соединены соответственно с входами первой группы второго коммутатора, входами второй группы первого коммутатора и с вторым информационным входом блока выделения максимальной и минимальной величин, выход схемы сравнения соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым информационными выходами блокавьщеления максимальной и минимальной величин.4. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что разностныйузел управления содержит схему сравнения, реверсивный счетчик и первый и второй элементы И, причем информационный вход разностного узла управления соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом реверсивного счетчика и с выходом разностного узла управления, выход "Больше" схемы сравнения соединен с первым входом первого элемента И и с первым управляющим выходом разностного узла управления, выход "Меньше" схемы сравнения соединен с первым входом второго элемента И и с вторым управляющим выходом разностного узла управления, выход "Равно" схемы сравнения соединен с третьим управляющим выходом разностного узла управления, синхровход которого соединен с вторыми вхо. дами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика.