Устройство для сложения чисел с контролем

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ВИДЕТЕ ДЬСТВУ АВТОРСКР(088.8) ания описания 30.11,8 та оп г2) Автор изобретения А, А, Шостак 711 Заявитель инский ехническии инс 7: -1 э 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ ЧИСЕЛ С КОНТРОЛЕ 1Изобретение относится к вычислительной тех.нике и может быть использовано при разработ.ке арифметических устройств с контролем почетности,Известно контролируемое устройство длясложения чисел, содержащее четыре регистра,две группы элементов И, два узла поразрядного сравнения и узел анализа нуля 1.Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие, вызванное многотактностью его работы, а также невозможностьконтроля его входной информации,Известно также устройство для сложениячисел, содержащее два регистра, сумматор,узел сложения по модулю два, блок коррекции15четности второго операнда, узел сравнения, элементы И н НЕ 21,Указанное устройство характеризуется большим временным циклом обработки операндов,вызванным последовательным прохождением30вавременн входных операндов и результатачерез один и тот же регистр, к выходу которого подключен узел сложения по модулю два.Это не позволяет осуществлять одновременный прием на входы устройства обоих операндов,а также: невозможно распараллеливание во времени записи результата в память с приемомочередных операндов, Кроме тЬго, в устройствене обнаруживаются групповые нечетные ошибкирезультата, вызываемые одиночной неисправностъю сумматора, блок коррекции четности второго операнда достаточно сложный и требует большого обьема оборудования,Наиболее близким ио технической сущности к предлагаемому является устройство длясложения чисел, содержащее регистр первогооперанда, регистр второго операнда, сумматор,регистр результата, блок формирования четности первого операнда, блок формирования четности второго операнда, блок формирования четное.ти переносов, блок предсказания четности результата, блок формирования четности резуль.тата, три узла сравнения, причем выходы регистров первого и второго операндов соединенысо входами сумматора, выход значения суммыкоторого соединен со входом регистра результата, входы первого узла сравнения соединеныс выходом блока формирования четности перво.ння суммы которого соединен со входом регистра результата, входы первой схемы сравнения соединены с первым выходом блока формирования четности первого операнда и со входом значения четности первого операнда устройства, входы второй схемы сравнения соединены с первым выходом блока формиро. вания четности второго операнда н со входом значения четности второго операнда устройства, выходы первой, второй и третьей схем сравнеь. ння соединены с выходом сигнализации сбоя устройства, первый и второй входы блока пред. сказания четности результата соединены со входами значений четностей первого и второго операндов устройства, выходы регистра результата и блока предсказания четности результата явля- ются первым н вторым выходами устройства, введены два сумматора по модулю два и четвертая схема сравнения, причем первый и вто. рой входы блока формирования четности пере. носов соединены соответственно с выходами значения переносов из четных и нечетных разря. дов сумматора, первый выход блока формнро. вания четности переносов соединен с третьим входом блока предсказания четности результата и с первым входом первого сумматора по модулю два, выход которого соединен с пер. вым входом третьей схемы сравнения, второй вьиод блока формирбвания четности переносов соединен с четвертым входом блока предсказания четности результата н с первым входом второго сумматора по модулю два, выход ко. торого соединен с первым входом четвертой схемы сравнения, вторые выходы блоков пред. сказани четности первого и второго операн. дов соединены соответственно со вторым н третьим входами первого сумматора по модулю два, третьи выходы блоков предсказания четности первого и второго операндов соединены соответственно со вторым и третьим входами второго сумматора по модулю два, первый и второй входы блока формирования четности результата соединены соответственно с выходами значенийнечетнъи и четных разрядов регистра результата, первый и второй вьиоды блока формирования четности результата соединены соответственно со вторыми входами третьей и четвертой схемы сравнения, выход четвертой схемы сравнения соединен с выходом сфщлн, эации сбоя устройства.Блок формирования четности операнда со. держит три сумматора по модулю два, причем. входы первого и второго сумматоров по моду. лю два образуют соответственно входы эначе. ний нечетных и четных разрядов операнда блока, выходи первого и второго сумматоров по модулю два соединены со входами третьего сумматора по модулю два, выход которого яв ляется первым выходом блока, выходы первого з 885995 4го операнда н с шиной. значения четности первого операнда, входы второго узла сравнениясоединены с выходом блока формированиячетности второго операнда и с шиной значениячетности второго операнда, выходы первого,,второго и третьего узлов сравнения соединеныс шиной сигнализации сбоя устройства, первыйи второй входы блока предсказания четностирезультата соединены с шинами значений чет.ностей первого и второго операндов, выходы 10регистра результата и блока предсказания четиостн результата являются первым и вторымвыходами устройства 33.ФОсновным недостатком известного устрой.ства является большой обьем контрольного оборудования в случае использования сумматорас параллельным переносом, Действительно, еслииспользуется сумматор со сквозным переносом,то для обнаружения всех ошибок, вызываемыходиночкой неисправностью сумматора, достаточ.но в каждый разряд сумматора ввести, напри.мер, узел дублирующего переноса, в то времякак при использовании сумматора с параллельным переносом необходимо донолнительио вкаждом четном разряде использовать узел срав.пения. Если в устройстве для сложения чиселиспользуется сумматор с функййональиой зависимостью суммы от переноса, в котором пере-,носы формируются сквозным способом, то вустройстве обнаруживаются все ошибки, вызывае.мые одиночной неисправностью сумматора без до.полнительного введения в сумматор контрольногооборудования. В случае же формирования в сумма.торе переносов параллельным способом для обнаружения всех ошибок, вызывавмьи одиночной неисправностью. сумматора, необходимо, например, Ив каждый разряд сумматора дополнительно ввестидва элемента сложения по модулю два и Элемент И. Таким образом, известное устройство,не позволяет организовать равноценный контроль(в смысле затрат контрольного оборудования) фсумматоров со сквознмм и параллельным обраэаввем переносов.Йель изобретения - сокращение контрольного оборудования сумматора.Поставленная цель достигается тем, что в 4 зустройство для сложения чисел с контролем,содержащее регистр первого .операнда, регистрвторого операнда, сумматора, регистр результата, блок формирования четности первого аперанда, блок формирования четности второго 50операнда блок формирования четности переносов,блок йредскаэания четности результата, блокформирования четности результата, первую,вторую н третью схемы сравнения, причемвыходь 1 регистров первого и второго операндов иФсоединены со дми сумматора н со входмсоответствующих блоков формирование четное.ти первого и второго операндов, выход значе= Р, ъ,4 Е -ф 2",4 ффбф 8а,Р икй О 19 М Ы А в и второго сумматоров по модулю два являются соответственно вторым и третьим выходами блока.Кроме того; блок формирования четности переносов содержит два сумматора по модулю два, входы и выходы которых являются соот. 3 ветственно входами и выходами блока.На чертеже приведена структурная схема устройства для сложения чисел с контролем.Устройство содержит регистры 1 и 2 первого и второго операндов соответственно, сумматор 3, регистр 4 результата, блок 5 формирования четности первого операнда, состоящий из трех сумматоров 6, 7 и 8 ло модулю два, блок 9 формирования четности второго операнда, состоящий из трех сумматоров 10, 11 и 12 1 по модулю два, блок 13 формирования четности переносов, состоящий из двух сумматоров 14 и 15, по модулю два, блок 16 формирования четности результата, состоящий из двух сумматоров 17 и 18 по модулю два, блок 19 . 20 предсказания четности результата, два сумматора 20 и 21 по модулю два и четыре схемы 22 - 25 сравнения. При этом выходы регистров 1 и 2 первого и второго операндов соединены со входами сумматора 3, выход значения суммы фф которого соединен со входом регистра 4 результата. В блоке 5 формирования четности первого операнда входы первого 6 и второго 7 сумматоров по модулю два соединены с выхо-, дами 26 и 27 значения нечетных и четных раз ЗО рядов регистраг"ого операнда соответствен но, а их выходы соединены со входами третьего сумматора 8 по модулю два, выход кото рого соединен с первым входом первой схемы 22 сравнения, второй вход которой соединен со входом 28 значения четности первого опе.ранда, В блоке 9 формирования четности второго олераида входы первого 10 и второго 11 сумматоров по модулю два соединейыс выходами 29 и 30 значения нечетных и четных раэ рядов регистра 2 второго операнда соответстве но, а их выходы соединены со входами треть го сумматора 12 по модулю два, выход котор го соединен с первым входом второй схемы сравнения, второй вход которой соединен со входом 31 значения четности второго операндаВход первого сумматора 14 по модулю дв блока 13 формирования четности переносов дипел с выходом 32 значения переносов из четных разрядов сумматора 3, а его выход соединен с первым входом блока 19 предска.М зания четности результата и с первым входом , первбго сумматора 20 по модулю два, второй и третий входы которого соединены с выходами первых сумматоров 6 и 10 сложения по моду. лю два,блоков 5 и 9 формирования четностейИ первого и второго операндов соответственно, а выход соединен с первым входом третьей схемы 24 соавнения, второй вход которой соединен с выходом первого сумматора 17 по модулю дваблока 16 формирования четности результата,вход которого соединен с выходом 33 значениянечетных разрядов регистра 4 результата. Входвторого сумматора 15 по модулю два блока 13формирования четности переносов соединен свыходом 34 значения переносов нз нечетныхразрядов сумматора 3, а его выход соединенсо вторым входом блока 19 нредсказаиия четности результата и с первым входом второгосумматора 21 но модулю два, второй и третийвходы которого соединены с выходами вторыхсумматоров 7 и 11 сложения по модулю дваблоков 5 и 9 формирования четкостей перво.го и второго операндов соответственно, а выходсоединен сйервым входом четвертой схемы 25сравнения, второй вход которой соединен с вы.ходом второго сумматора 18 по модулю дваблока 16 формирования четности результата,вход которого соединен с выходом 35 значе-,ния четных разрлпов регистра 4 результата. Кроме того, третий и четвертый входы бло. ка 19 предсказания четности результата, соеди. иены со входами 28 и 31 значения четностей первого и второго операндов соответственно,. а его выход является первым выходом 36 устройства, вторым вмходом 37 которого является выход регистра 4 результата, выходы каж. дой из схем 22 - 25 сравнения соединены с выходом 38 сигиализапии сбоя устройства. Пусть формат обрабатываемой информадни ф щнобайтный, а первый разряд нечетный и имеет иаименыпий вес. Тогда функции, реализуемые узлами и блоками и обозначенные через Е, где- номер соответствующего узла или блока на структурной схеме устройства, имеют вид885995где а, Ь - разрядные слагаемые (и= 18);С, - перенос из и-го разряда;С- входной перенос сумматора;РА, Рв - входные четности первого А ивторого В операндов соответственно;8 - разрядная сумма,Из анализа приведенных логических выражений видно, что в предлагаемом устройстве длисложения чисел используются фактически два 1 онезависимых канала контроля по четности (кон.троль по четности нечетных и четных разрядовустройства), Это позволяет организовать конт-,роль сумматора с параллельным переносомпри том же контрольном оборудоиании, что и 15сумматора со сквозным переносом.Устройство работает следующим образом.Цикл работы устройства включает два такта.В первом такте одновременно производится за-"пись очередных операндов во входные регистры щОи запись полученной в предыдущем такте всумматоре 3 суммы в регистр 4 результата,Во втором такте осуществляется одновременноесложение в сумматоре 3 очередных операндови запись результата с регистра 4 результата впамять, Предполагается, что все регистры постро, ены на двухтактных синхронных О-триггерах,асхемы 24 и 25 сравнения содержат запоминающиеэлементы для временного хранения значения сиг, налов, сформированных на выходах первого 20и второго 21 сумматоров по модуле два.С помощью блоков 5 и 9 формированиячетностей входных операндов и схем 22 и 23сравнения осуществляется контроль за йравильностью передачи информации по шинам связина входы устройства, а также контроль заправильностью ее записи во входные регистры1 и 2, С помощью блоков 13 и 16, суммато.ров 20 и 21 и схем 24 и 25 сравнения осу.ществляется контроль за работой сумматора 3и регистра 4 резульата, Блок 16 предназначен для формирования четности суммы (результата) к моменту начала либо окончания ее записи в регистр 4 результата.Рассмотрим подробнее вопрос контролясумматора 3,45Пусть в устройстве используется сумматорс функциональной зависимостью суммы от переноса и параллельным образованием переносов.Покажем, что в этом случае. нет необходимостивведения дополнительного контрольного обору- Одования в сумматор с целью обнаружения всехошибок, вызываемых его одиночной.неисправнос.тью (в известном устройстве в случае использования сумматора с функциональной зависимостью суммы от переноса и параллельным 55образованием переносов для обнаружения всехошибок, вызываемых одиночной неисйравностьюсумматора, в каждый его разряд необходимо ввести дополнительно два элемента сложения помодулю два и элемент И).Если возникла ошибка, например, в переносе С 1, она обязательно вызывает ошибку вразрядной сумме Я, которая обнаруживаетсяна выходе 38 четвертой схемы 25 сравнения,так как на ее входы поступают значения переносов иэ нечетных разрядов сумматора, которыез рассматриваемом случае сформированы всеправильно. Нетрудно показать, что и другие ,опивки, вызываемые одиночной неисправностьюсумматора, всегда обнаруживаются в устройстве.Пусть в устройстве иснользуется сумматорс параллельным образованием переносов исквозным дублированием переносов, Покажем,что и в этом случае нет необходимости введения в сумматор доиолийтельного контрольногооборудования с целью обнаружения всех ошибок, вызываемих одиночной неисправностьюсумматора (в йзвестном устройстве в этомслучае в кажем четном разряде сумматораЖпользуется дополнительно узел сравнения),Есливозникла ошибка, напрймер, в переносе С, она обязательно вызывает ошибкув разрядной суМме 8., которая обнаруживаетсяи вмходе третьей схемы 24 сравнения, так какна ее входи поступают значения дублирующихпереносов из четных разрядов сумматора, которые в этом случае сфбрмированы все правильно,Можно показать, что все другие ошибки, вызываемые одиночной неисправностью сумматора,всегда обнаруживаются контролем по четностив устройстве,Гаким образом, устройство для сложения чисел.с контролем позволяет организовать равноценный контроль (в смысле затрат контрольного оборудования) сумматоров- со сквозййм и параллельным образованием переносов, что, в свою очередь, приводит к значительному повышению эффективности контроля сумматоров с параллельным образованием переносов. Кроме того, в устройстве обнаруживается боль. шой процент ошибок, вызываемых двойной неисправностью сумматора (ошибки, относящие. ся к различным каналам контроля).В случае использования в устройстве после. довательного принципа приема операндов и выборки результата целесообразно ограничиться применением только одного блока формирования четности, с.соответствующим узлом срав. пения, например блока 5 формирования четности первого операнда с первым узлом 22 сравнения, исключая при этом из устройства регистр 4 результата, два блока 9 и 16 и соответствующие им схемы 23, 24 и 25 сравнения и заменяя первый 20 и второй 21 сумматоры по модулю два на два Т-триггера, Такой вариант9 88599 устройства относится к наиболее экономичному, хотя и с пониженным быстродействием.Производя сравнение контрольного оборудования предлагаемого устройства и известного, видно, что они примерно равны (дойолнительно введены два трехвходовых сумматора 20 и 21 по модулю два н схема 25 сравнения и одновременно исключены из блоков 13 и 16 два двухвходовых узла сложения по модулю два), Вместе с тем в предлагаемом устройстве в сум О маторе 3 сокращено контрольное оборудование на 100% (случай использования сумматора с фуйкциональной зависимостью суммы от переноса и параллельным образованием переносов) или на 50% (случай использования сумматора с параллельным образованием переносов и сквозным дублированием переносов) .Таким образом, конструкция предлагаемого устройства позволяет сократить в среднем на 75% контрольное оборудование сумматора с параллельным образованием переносов, что, в свою очередь, приводит к снижению стоимости и повышению надежности; позволяет повысить функциональную надежность устройства за счет 1 обнаружсния некоторых ошибок, вызывземых двойной неисправностью. Формула изобретенияУстройство Фля сложения чисел с контролем, содержащее регистр первого операнда, регистр второго операнда, сумматор, регистр результата, блок формирования . первого оперзнда, блок формировзиия четности второго операнда, блок формирования четности переносов, блок предсказания четности результата, блок формирования четности результата, первую, вторую35 и третью схемы сравнения, причем выходы регистров первого и второго операндов соединены со входами сумматора и со входами соответствующих блоков формирования четности первого и второго оперзидов, выход значения суммы которого соединен со входом регистра результата, входы первой схемы сравнения соединены с первым выходом блока формирования четности первого операнда и со входом значения четности первого операнда устройства, входы второй схе мы сравнения соединены с первым выходом блока формирования четности второго операнда и со входом значения четности второго операндаустройства, выходы первой, второй и третьей - схемы сравнения соединены с выходом сигналя О зации сбоя устройства, первый и второй входы блока предсказания четности результата соединены со входами значений четностей первого и второго оиераидов устройства, выходы регистра результата и блока предсказания четности ре. зультата являются первым и вторым выходами устройства, от л и чаю щ ее с я тем,что, с целью сокращения оборудования, оно содержит 10два сумматора по модулю два и четвертую схему сравнения, причем первый и второй входы блока формирования четности переносов соединены соответственно с выходами значения переносов из четных и нечетных разрядов сумматора, пер. вый выход блока формирования четности пере. носов соединен с третьим входом блока предсказания четности результата и с первым входом первого сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом третьей схемы сравнения, второй выход блока формирования четности переносов соединен с четвертым входом блока предсказания четности результата и с первым входом второго сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом четвертой схемы сравнения, вторые выходы блоков предсказания четности первого и второ. го операндов соединены соответственно со вторым и третьим входами первого сумматора по модулю два, третьи выходы блоков предсказания четности первого и второго операндов соединены соответственно со вторым и третьим входами второго сумматора по модулю два, первый и второй входы блока формирования четности результата соединены соответственно с выходами значений нечетных и четных разря-. дов регистра результата, первый и второй выхо ды блока формирования четности результата соединены соответственно со втбрыми входаМи третьей и четвертой схемы сравнения, выход четвертой схемы сравнения соединен с выходом сигнализации сбоя. устройства.2. Устройство по п. 1, .о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок формирования Четности оперзида содержит три сумматора по модулюдва, причем входы первого и второго сумматоров по модулю два образуют соответственновходы значений нечетных и четных разрядовойерзнда, блока, выходи первого и второгосумматоров по модулю два соедйнены со входами третьего сумматора по модулю два, выходкоторого является первым выходом блока, выходыпервого и второго сумматоров по модулю два .являются соответственно вторым и третьим выходами блока.3. Устройствопоп. 1, отличающее с я тем, что, блок формирования четностипереносов содержит два сумматора по модулюдва, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 450164,кл 6 06 . Р 7/385, 19722. Авторское свидетельство СССР У 535088,кл. 6 06 Е 7/385, 1974.3. Селлерс ф. Методы обнаружения ошибокв работе ЭЦВМ. М., "Мир", 1972, с. 98 - 102,117 (прототип), 885995