Суммирующее устройство

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 060779 (21) 2792653/18-2 с присоединением заявки Нов Государственный комитет ССС,Р по дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. В. Браткеви Н .А, ЗбродцЬ ту.т; 1) Заявите ковски енерно-экономический иисти 4) СУММИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВ 2 Изобретение относится к вычисли- ляющим шинам устройства, а выходы тельной технике и может быть исполь его соединены со входами первого и зовано при построении цифровых уст- второго регистров, выход первбго реройств помехоустойчивой обработки гистра подключен ко входу блока норинформации. малиэации, управляющий вход которогоИзвестны двоичные сумматоры мно- подключен к первой управляющей шине гораэрядных двоичных чисел, содер- устройства, а выход соединен со вхожащие регистры, блок параллельного дом первого регистра (3 . суммирования и блок определения окон- Недостаток приведенного дв чания суммирования (1 и (2 1. сумматора заключается в том,Наиболее. близким к предлагаемому не позволяет суммировать числ является суммирующее устройство, со- ставленные в избыточных (г,р) держащее первый и второй регистры, мах счисления, прддназчаченных для блок параллельного суммирования, сквозного контроля информационно-выблоки определения окончанИя сумми-: 15 числительных систем (ИВС). рования, нормализации, контроля и Цель изобретения - расширение коммутации, причем выход суммы бло- функциональных воэможностей устрейка параллельного суммирования под" ства.ключен .к первому входу блока контро" Поставленная цель достигается те ля и входу первого регистра, а к его 2 О.что устройство, содержащее первый и второму входу подключен выход пере" второй регистры, блок параллельного носа блока параллельного суммирова- суммирования, блок определения оконния, который подключен также ко вхо- яания суммирования, блок Контроля, ду блока коммутации и входу блока оп- блок нормализации и блок коммутации, ределения окончания суммирования, Вы причем выходы первого и второго реходы первого и второго регистров сое- гистров соединены с соответствующидинены со входами блока параллельно ми входами блока параллельного сумсуьмирования. мирования, выход суммы которого соеПервый н второй динен со входом первого регистра и .блока коммутации по О первым входом блока контроля, второй оичного что он а пред- систем управляющие входыдключены к управвход которого соединен с выходом переноса блока параллельного суммирования, входом блока определения окончания суммирования и входом блока коммутации, первый и второй выходы которого подключены ко входам первого и второго регистров, выход первого регистра подключен ко входу блока нормализации, выход которого соединен со входом первого регистра, первый и .второй управляющие входы блока ком О мутации соединены с первой и второй управляющими шинами устройства, первая управляющая шина устройства подключена к управляющему входу блока.нормализации, содержит третий регистр вход которого подключен к третьему 15 выходу блока коммутации, а выход - к третьему входу блока параллельного суммирования, третий управляющий вход блока коммутации соединен с третьей. управляющей шиной устройства. 20На фиг. 1 представлена структурная схема суммирующего устройства, на фиг. 2 - графики, иллюстрирующие эффективность использования предлагаемого устройства, 25Суммирующее устройство содержит блок 1 коммутации, регистр 2, блок 3 нормализации, регистр 4, регистр 5 для запоминания обратных переносов, блок б параллельного суммирования, блок 7 определения окончания суммирования, блок 8 контроля, управляющую шину 9, управляющий сигнал на которую подается при работе с числами, представленными в фибоначиевой системе счисления, управляющую шину 10, управляющий сигнал на которую подается при работе с числами, представленными в классической двоичной системе счисления, управляющую ши-ну 11, сигнал на которую подается 40 при работе с числами, представленными в (г,р) системе счисления.Устройство работает в избыточной системе счисления, весовые коэффициенты которой связаны между собой 45 бследующим рекурентным соотношением;-,.1;,р1=р+г+, р+г+2 г=4,г"; р=ог,;5014=1,доз= =РР,.=1 Рр.г =г; РВьэ=Г бг; Р+4 Р+Г (1) 1где г - максимальное количеСтво единиц, находящихся в соседних двоичных разрядах числа и образующих разрешенную группу едчниц, а параметр р указывает на минимальное количество нулей между разрешенными группами единиц. 40Обозначим системы счисления, заданные формулами (1) как СС(г,р). При г и и любом р 0 С(г,р) является классической двоичной, так как при общем числе двоичных разрядов систе ма, содержит только одну группу разрешенных единиц, весовые коэффициенты которых равны степени двойки.При г=1 и р 0,1,2 получаем известные фибоначиевые системы счисления,Случай пгъ 1 и р=0,1,2, , соответствует системам счисления ранее неизвестным и занимающим промежуточное положение между классической и Фибоначиевыми системами счисления.Рассматриваемые С 0(гэр) заполняют существующий пробел по помехоустойчивости, быстродействию выполнения арифметических операций и диапазону представления чисел между классической и известными фибоначиевыми СС, предназначенными для сквозного контроля ИВС. Выбор конкретного параметра г и р позволяет в широких пределах изменять возможности проэктируемой ИВС как по помехоустойчивости и диапазону представления чисел, так и по быстродействию.Рассмотрим выполнение операции помехоустойчивого суммирования в СС (г,р), Предположим для определенности г=2, р=1. Тогда из соотношения (1) составим табл. 1 сложения для для трех а, с, д одноименных (-х) разрядов чисел . Из табл. 1 видно, что при сложении помимо Е и прямого переноса П"рР которые формируются при суммирова-, нии в общепринятой двоичной системе счисления, дополнительно требуется учитывать и один обратный перенос Пфр (при р 1 - группу из р обратных переносов), отстоящий от -й позиции вправо на 2 разряда (в общем случае на г+рразрядов).Поскольку система счисления СС (г,р) является избыточной, то одному и тому же члену в СС (г,р) соответствуют несколько форм его записи. Например, весовые коэффициенты в СС (2,1), определяете гэо формулам (1), равны .. 81,44,24,13,7,4,2,1, 1 и следовательно, число 13 в СС (2,1) может быть представлено в виде 000100000 - нормальная Форма или 000011100 - ненормальная форма. Двоичную комбинацию в СС (г,р),называют нормальной, если в ней отсутствуют запрещенные группы единиц и нулей, а процесс приведения двоичной комбинации к нормальной форме - нормализацией.Таким образом, при .нормализации, начиная с р+1 раэряда, все двоичные1+комбинации вида 011 должны быть в случае р=1, заменены (свернуты)л+ в эквивалентные им комбинации 1 бе, Эта операция осуществляется блоком 3 приведения чисел к нормальной Форме.Алгоритм сложения чисел в СС (г,р)осуществляют следующим образом.1. Нормализуют исходные операндыАи В.2; формируют первую частичную сумму .2 и переносы П"р, Пщр,3. Приводят к нормальйой форме первую частичную сумму, т,е. получают,1 н.4, Выполняют сложение чисел согласно табл. 1 - 211 нП 1П( и 1 Оформируют вторую частичйую сумму ипереносы.5, Приводят к нормальной формеЕ,- Е Ез.1 нб. Пункты 4 и 5 выполняют для последующих частичных циклов до тех пор,пока П и П г не окажутся равнымир ОБнулю.Рассмотрим работу устройства на.примере сложения чисел А=78 и В=36в СС (2,1) при подаче сигнала в блок 2 О1 коммутации по управляющей шине 11.Перед началом суммирования исхбдныенормализованные операнды А=011010110и В=001011010 помещаются соответственно в регистр 2 и регистр 4. В первом 75промежуточном цикле суммирования свыходов Е и П блока б получаютЕ= А 1+ Вн и П, = А 1 В 1 причем, Я записывают в регистр 2, аП" =2 , П записывают в регистр 4.Поскольку П=П "р 2 4 (это следуетиз табл. 1), то одновременно П сосдвигом на четыре разряда вправо записывают в регистр 5, Таким образом,содержимое регистров до и после выполнения указанных операций определяется следующими действиями(Рг.5) - Пф = ООООО 1 О 1 ОКаждый промежуточный цикл работыустройства завершается выполнением навсех РегистРах операции нормализации 45в блоке 3. Причем, если на регистре2 эта операция может. выполняться илине выполняться в зависимости от предшествующих данному промежуточномуциклу исходных операндов, то на,ре- щ 0гистрах 4 и 5 при правильной работеустройства и нормализованных исходныхоперандах операция нормализации принципиально не может выполняться. Этообусловлено тем, что при сложении порассматриваемому алгоритму в СС (г,р)переносы П р и П р всегда будут внормальной форме,и, следовательно,факт осуществления нормализации нарегистрах 4 и 5 может служить признаком обнаружения ошибки, при этом в бОблоке 8 вырабатывается сигнал обнаружения ошибки,В табл. 2 показана работа устройства на всех частичных циклах сумми".рования. Символомобозначено выполкнение операции приведения числа к нормальной форме.В последнем - 5-м частичном цикле П=О и, следовательно, блок 7 опрФ деления окончания суммирования формируют сигнал в - конец сложения. Окончательный результат А+В 3 =101010100 = 114.Работа устройства в классической и фибоначиевой двоичных системах счисления осуществляется известным методом, при этом сигналы подаются по управляющим шинам 10 и 9 соответственно. Из свойства приведенного алгоритма и примера сложения вытекают правила организации контроля процесса суммирования.Если устройство работает без ошибок, то исходные операнды и переносы ПР и ПР всегда должны быть в нор" мальной форме. Кроме того, анализ сложения двух комбинаций типа=0 0 0 0 0 0 П =0 1 1 0 0 0 показывает, .что если в +1 или в -2 разряде числа А (или В) после проведения текущей нормализации произошел сбой с 0 на 1, то он приводит к образованию единицы в +1 или -2 разряде суммы 3. Наличие одной из единиц в данных разрядах в сочетании с группой из двух единиц (в общем случае из г единиц) прямых переносовиарП+., П; ви +1 разрядах может служить признаком обнаружения ошибок .при суммировании. При этом функция обнаружения ошибки х определена следующим образомгде П",", 2 - соответственно прямойперенос и сумма, записанные в 1-ом разряде числа.ГраФики на фиг. 2 иллюстрируют использование суммирующего устройства, содержащего =20 двоичных разрядов и работающего в системе счисления СС (г.р) при р=1, где Т - максимальное время сложения двух чисел (в относительных единицах), О - диапазон представления чисел, 5 - коэффициент обнаружения ошибок (в процентах) в кодах, генерируемый конкретной системой счисления, т.е. при фиксированных г и р.Сравнительный анализ О, 5 и Т показывает, что при г =20 суммирующее .устройство по приведенным характеристикам вырождается в известный двоичный сумматор, так как он работает при этом в классической двоичной СС и, следовательно, нет необходимости запоминать П 0 БР ииспользоЧ824200 вать узлы нормализации. При г=1 уст"ройство оперирует с операндами, представленными в фибоначиевой системесчисления. В этом случае функциирегистров 4 и 5, а также управляющих .шин 9 и 11 могут быть соответственно объединены, так как в фибоначиевой системе счисления П"Р и ПобР никогда не могут формироваться в однии те же разряды, и, следовательно,для. хранения ПиР и Повр достаточноИметь один регистр. В общем случае.Таким образом, использование нового элемента - регистра для запоминания Нфг и третьей управляющей шины. позволяет расширить функциональные возможности устройства по сравнению с известным. При этом выбор характеристических параметров СС (г и р) позволяет разработчику в широких пределах изменять технические характерис:тики устройства,что является качествен-но новым показателем при разработке ИВСТаблица 1формула изобретения Суммирующее устройство, содержащее первый и второй регистры, блок .параллельного суммирования, блок определения окончания суммирования, блок контроля, блок нормализации и блок коммутации, причем выходы первого и второго регистров соединены с соответствующими входами блока параллельного суммирования, выход суммы которого соединен со входом первого регистра и первым входом блока контроля, второй вход которого соединен с выходом переноса блока параллельного суммирования, входом блока определения .окончания суммирования 5 и входом блока коммутации, первый и второй выходы которого подключены ко входам первого и второго регистров, выход первого регистра подключен ко входу блока нормализации, выход которого соединен со входом первого регистра, первый и второй управляющие входы блока коммутации соединены с первой и второй управляющими шинами устройства, первая управляющая шина устройства подключена к управляющемувходу блока нормализации, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей устройства, заключающегося в возможности суммирования чисел, представленных в избыточных системах счисления, устройство содержит третий регистр, вход которого подключен ктретьму,выходу блока коммутации,а выход " к третьему входу блокапараллельного суммирования, третийуправляющий вход блока коммутации .соединен с третьей управляющей шинойустройства,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Соловьев Г.Н. Арифметическиеустройства ЭВМ. М., "Энергия", 1978,с. 102-104.2. Чу Я. Организация ЭВМ и микропрограммирование, М., "Мир", 1975,с, 80-82.3. Авторское свидетельство СССР9 559237, кл. С 06 Г 7/50, 1976а 4 ППП "Патент", г. Ужгород, УЛ. Проек Фил 112/71 Тираж 745 ВНИИПИ Росударственного коми по делам изобретений и от 113 О 35, Москва, Ж, Раушская