Сумматор

(р) с 06 г 7/50 А 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПфИ ЮНТ ОСОф ЗОБРЕТЕНИЯ 5 ЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в ариФметических. устройствах ЭВМ, Целью изобретения являетсяповышение быстродействия путем использования отдельных цепей распространения переносов, сФормированных вразных разрядахСумматор содержитэлемент ИСКДОЧАКЩЕЕ ИЛИ, две группы,элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, три группыэлементов И-НЕ, две группы элементов Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в ариФметических устройствахЭВМъИзвестен сумматор, содержащийв двух разрядах пять элементов2 И"2 ИЛИ-НЕ, элемент 2 ИНЕИЛИ"НЕэлемент НЕ,Недостатком известного сумматораявляется низкое быстродействие,обусловленное использованием многовходовых элементов 2 ИИЛИ-. НЕ и 2 И2 НЕИЛИ"НЕ. ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С 8 2НЕ, две группы элементов ИЛИ-НЕ, четыре. элемента ИЛИ-НЕ, три элемента НЕ, два элемента И-НЕ, После подачи двух чисел и входного переноса на входы сумматора в каждом разряде Формируется сумма, соответствующих раз рядов входных чисел, которые одновре менно являются сигналами распространения переноса через соответствующий разряд и сигналом генерации переноса из данного разряда в старшие разряды сумматора. Эти переносы и входной перенос распространяются в, сторону старших разрядов каждый по отдельной цепочке. Для получения д-го разряда суммы объединяются переносы,. сФормированные в разрядах 1 с 3., и входной перенос, распространяющиеся по этим цепокам. Объеди ненный перенос складывается с суммой д-х разрядов входных чисел. Выходной перенос получается объединением переносов, распространяющихся по всем цепочкам 1 ил. Известен сумматор, содержащийэлементы И-НЕ, ИЛИ"НЕ, НЕ и ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем входы элементов И-НЕс первого по четвертый соединены свходами соответствующих разрядовпервого и второго операндов сумматора., а выходы - с входами соответству"ющих элементов НЕ, выходы которыхсоединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ-НЕ, выходы второго и четвертого элементов ИЛИНЕ соединены с первыми входами соответ" . ственно пятого и шестого элементовИ-НЕ, выход шестого элемента И-НЕсоединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход седьмого элемента И-НЕ соединен с первым входом шестого элемента ИЛИ-НЕ, выход элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходомпервого разряда сумматора.Недостатком данного сумматора является низкое быстродействие, обусловленное тем, что задеожка распространения переноса через один разрядравна сумме задержек элемента И иэлемента ИЛИ.Целью изобретения является повы-.шение быстродействия путем использования отдельных цепей распространенияпереносов, сФормированных в разныхразрядах,Поставленная цель достигаетсятем, что сумматор, содержащий элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ и ИСКЛЮЧАВЕЕИЛИ, причем входы элементов И"НЕ спервого по четвертый соединены с входами соответствующих разрядов первого и второго операндов сумматора,а выходы - с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ-НЕ, выходы второго и четвертого элементов ИЛИ-НЕсоединены с первыми входами соответственно пятого и шестого элементовИ"НЕ, выход шестого элемента И-НЕсоединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход седьмого элемента И-НЕ соединен с первым входомшестого элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ИСКЛОЧАЙЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом первого разряда Сумматора, содержит элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ, причем входы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬс первого по четвертый соединены с 1 .соответствующими входами соответст"вующих элементов И-НЕ, выход первого. элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ соединен спервыми входами элемента ИСКЛЮЧАЙЦЕЕ ИЛИ и седьмого элемента ИЛИ-НЕ,вторые входы которых соединены свходом инверсии переноса сумматора,выходы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ свторого по четвертый соединены с первыми входами элементов ИЛИ-НЕ соответ"ственно с восьмого по десятый и свходами элементов НЕ соответственнос пятого по седьмой, выходы которыхсоединены с первыми входами соответ.ственно восьмого, седьмого и девятого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами элементовИЛИ-НЕ соответственно с седьмого подевятый, выход седьмого элемента 5ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом перво-го элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы эле ментов ИЛИ-НЕ с второго по четвертыйсоединены с выходами элементов ИЛИНЕ соответственно с восьмого по десятый, вторые входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ соответственно с первого по третий, выходышестого и седьмого элементов НЕ соединены с входами соответственно восьмого и девятого элементов НЕ, выходыкоторых соединены соответственно спервым входом одиннадцатого элементаИЛИ-НЕ и входом десятого элемента НЕ,выход восьмого элемента И-НЕ соеди-.нен с вторыми входами пятого элемента И-НЕ и одиннадцатого элемента ИЛИНЕ, выход которого соединен с первымвходое двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ,второй вход которого соединен с выходом десятого элемента И-НЕ, входыкоторого соединены с выходами седьмого элемента И-НЕ и третьего элемента ИЛИ-НЕ, выходы пятого, восьмого идесятого элементов НЕ соединены с 30первыми входами элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ соответственно с пятого поседьмой, выходы которых подключенык выходам разрядов сумматора соответ"ственно с второго по четвертый, а.вторые входы соединены соответственД 5 но с выходами первого элементаИЛИ-НЕ, пятого элемента И-НЕ и двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ, выход девятого элемента НЕ соединен с вторымвходом шестого:элемента ИЛИ-НЕ, вы ход которого соединен с вторым входом .пятого элемента ИЛИ"НЕ, выход которого .соединен с первым входом.одиннадцатого элемента И-НЕ, выход .которогосоединен с выходом переноса сумматора, 45 а второй вход - с выходом двенадцатого элемента И-НЕ, входы которого сое"динены с выходами одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ и десятого элемента НЕ,выход девятого элемента И-НЕ соеди-. 0 нен с вторым входом шестого элементаИ-НЕ.Предлагаемая схемотехническая:организация сумматора позволяет пос"ледовательно Формировать разряды 55 суммы с очень малым шагом задержкисигнала от разряда к разряду, равнымзадержке на одном двухвходовом элементе И"НЕ и ИЛИ"НЕ, Начальная5 1735 Е 41 задержка формирования младшего раз=ряда суммы равна сумме задержек сигнала на элементах РАВНОЗНАЧНОСТЬ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, То есть задержка распространения сигналов от разря 5 дов слагаемых до -го )разряда суммы равна .)4(ИМ Из полученных выражений видно,что для формирования каждого последующего разряда суммы достаточно выполнить только одну (или несколько,1 Оно параллельно) дополнительную логическую операцию 2 И-НЕ или 2 ИЛИ-НЕнад уже имеющимися промежуточнымифункциями, полученными при формировании предыдущего разряда суммы,На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого сумматора.Сумматор содержит элементы И-НЕ1-12, ИЛИ-НЕ 13-.24, НЕ 25-34 иИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35, причем входы20элементов И-НЕ 1-4 с первого по четвертый соединены с входами соответствующих разрядов первого 36-39 и второго 40-43 операндов сумматора, а выходы - с входами соответствующих элементов НЕ 25-28, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ-НЕ 13-16, выходывторого и четвертого 14 и 16 элементов ИЛИ-НЕ соединены с , первыми входами соответственно пятого 5 и шестогоЗО 6 элементов И-НЕ, выход шестого элемента И-НЕ 6 соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ 17, выходседьмого элемента И-НЕ 7 соединенс первым входом шестого элементаЗ 5 ИЛИ-НЕ 18, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 35 соединен с выходом первогоразряда сумматора 44, Сумматор содержит элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45-51,прицем входы элементов РАВНОЗНАЧ -0. НОСТЬ 45-48 с первого по четвертыйсоединены с соответствующими входамиэлементов И-НЕ 1-4, выход первогоэлемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45 соединенс первыми входами элемента ИСКЛОЧАЮ 4 ЩЕЕ ИЛИ 35 и седьмого элемента ИЛИ-НЕ19, вторые входы которых соединеныс входом инверсии переноса 52 сумматора,. выходы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 46-48 с второго по четвертый лщ соединены с первыми входами элементов ИЛИ-НЕ 20-22 соответственно свосьмого по десятый и с входами элементов НЕ 29"31 соответственно с пятого по седьмой,. выходы которых соединены с первыми входами соответственно восьмого 8, седьмого 7 и девятого9 элементов И"НЕ, вторые входы которых соединены с выходами элементовИЛИ-НЕ 19-21 соответственно с седьмо 6 с +1-с 6( Ьв И (И)(И где с - задержка элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ;си - усредненная задержка элементов 2 И-НЕ и 2 ИЛИ-НЕ;с - задержка элемента ИСКЛОЧАЮЦЕЕ ИЛИ.Тогда шаг задержки сигнала от разряда к разряду суммы равен Лостигается это следующим образом,Работу четырехразрядного суммато" ра можно описать следующими логичес кими выражениями: 8РЭСв)Б Р (СЧС.в)( ЛР );Я. щ Р(сЧс,ЛРчсв),ЛРЛР,) У8 УР 4(СЧСЛРЧ С 1 ЛРЛР.ЧСв)(ЛЛ Р Л Р Л Р, ). Свва)щ С 4 Ч СЛР 4 ЧСЛР 4 ЛРЧС(ЛР 4 Л Р ЛЛРМ СвхЛР 4 Л РЛРУЛР 1 Р где 8; = -й разряд суммы;Р = а ЕЬ; - полусумма -х разрядов слагаемых (или признак распространения переноса через -й разряд);Св(- входной перенос. сумматора;С,а;ЛЬ, - признак генерациипереноса из -го разряда;Сы),- выходной перенос сумматора;11,4.После несложных логических преобразований получаемновые выраже" ния, описывающие работу сумматора:8 вв Р 4 СВУ(8Р 9(СЧ(Св)(ЧР,йРЯ (СВУО,УРВЛРвЛ(СМР,( ЯР 9(СЛУСУУР ЛРУЛГ,У РУМРЛУРв(Л (Свв УР 1в С С 4 УСУР 4 Л 4 Л (СУ )У 4 Л(С,Ч Ре)Л 4 ЛРЧР Л (бвхУ )/ 17го по девятый, выход седьмого элемента ИЛИ-НЕ 19 соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ 13, вторыевходы элементов ИЛИ-НЕ 14-16 с второго по четвертый соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ 20-22 соответственно с восьмого по десятый, вторыевходы которых соединены с выходамиэлементов И-НЕ 1-3 соответственнос первого по третий, выходы шестого30 и седьмого 31 элементов НЕ соединены с входами соответственно восьмого 32 идевятого 33 элементов НЕ,выходы которых соединены соответственно с первым входом одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ 23 и входом десятого элемента НЕ 34, выход восьмогоэлемента И-НЕ 8 соединен с вторымивходами пятого элемента И-НЕ 5 иодиннадцатого элемента ИЛИ"НЕ 23,выход которого соединен с первымвходом двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ24, второй вход которого соединенс выходом десятого элемента И-НЕ 10,входы которого соединены с выходамиседьмого элемента .И-НЕ 7 и третьегоэлемента ИЛИ-НЕ 15, выходы пятого29, восьмого 32 и десятого 34 элементов НЕ соединены с первыми входами элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-51соответственно с пятого по седьмойвыходы. которых подключены к выходамразрядов сумматора 53-55 соответственно с второго по четвертый, а вторые входы соединены соответственнос выходами первого элемента ИЛИ-НЕ13, пятого элемента И-НЕ 5 и двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ 24, выход де"вятого элемента НЕ 33 соединен свторым входом шестого элемента ИЛИНЕ 18, выход которого соединен с вторым входом. пятого элемента ИЛИ-НЕ 17,выход которого соединен с первым входом одиннадцатого элемента И-НЕ 11,выход которого соединен с выходомпереноса сумматора 56, а второйвход - с выходом двенадцатого элемента И-НЕ 12, входы которого соединены с выходами одиннадцатого элементаИЛИ-НЕ 23 и десятого элемента НЕ 34,выход девятого элемента И-НЕ 9 соединен с вторым входом шестого элементаИ-НЕ 6,Устройство работает следующимобразом.,Первый - четвертый элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45-48 Формируют с первого-четвертого разрядов 36-39 первого 358418входного слагаемого и соответственно с первого-четвертого разрядов40-43 второго входного слагаемого5соответствующие инверсии полусуммили, что в данном случае одно и тоже, инверсии разрядных признаков распространения переносов. Первый-четвертый элементы 2 И-НЕ 1-4 формируют с первого-четвертого разрядов 36 "39 первого входного слагаемого соответствеййос первого-четвертого разрядов 40-43второго входного слагаемого соответствующие инверсии разрядныхпризнаков генерации переносов. Первый разряд суммы 44 Формируется элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35 из инверсного входного переноса сумматора 52и инверсного первого разряда полу"сумм с выкода первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45, Второй-четвертый разряды 53-55 суммы формируются пятымседьмым элементами РАВНОЗНАЧНОСТЬ49-51 из соответственно второго, ин 25 версного третьего и четвертого раз"рядов полусуммы с выходов соответственно второго элемента НЕ 29, восьмого элемента НЕ 32 и десятого элемента НЕ 34 и из соответственно инЗО версии переноса во второй разряд,переноса в третий разряд и инверсиипереноса в четвертый разряд полусуммы с выходов соответственно первого элемента 2 ИЛИ-НЕ 13, пятого элемента 2 И-НЕ 5 и двенадцатого элемен"35 та 2 ИЛИ-НЕ 24. Инверсия переноса вовторой разряд полусуммы Формируетсяпосредством седьмого элемента 2 ИЛИНЕ 19, первого элемента НЕ 25 и пер 40вого элемента 2 ИЛИ"НЕ 13 из инверсиивходного переноса сумматора 52, инвер.сии первой полусуммы с выхода первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45 и изпризнака генерации переноса с выходапервого элемента 2 И-НЕ,4,/ Перенос Ь третий разряд полусуммыФормируется посредством элементов 1 используемых для Формирования второ 5 р го разряда полусуммы и инверсии переноса к нему, -а также восьмого элемента 2 ИЛИ-НЕ 20, восьмого элемента 2 И" НЕ 8, второго элемента НЕ 26, второго элемента 2 ИЛИ-НЕ 14 и пятого эле мента 2 И-НЕ 5. Входная информациядля них снимается с выходов первого 45 и второго 46 элементов РАВНОЗНДЧ" НОСТЬ и с выходов первого 1 и второ" го 2 элементов 2 И-НЕ,35841 10 9. 17Инверсия переноса в четвертый разряд полусуммы формируется посредствомэлементов, используемых для формирования второго и третьего разрядов полусумм и переносов к ним, а также девятого элемента 2 ИЛИ-НЕ 21, седьмого.элемента 2 И-НЕ 7, одиннадцатого элемента 2 ИЛИ-НЕ 23, третьего элемента НЕ 27,третьего элемента 2 ИЛИ;НЕ 15, десятого элемента 2 И-НЕ, двенадцатого элемента 2 ИЛИ-НЕ 24, Входная информациядля них снимается с выходов первоготретьего элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 4547 и с выходов первого-третьего элементов 2 И-НЕ 1-.31Выходной перенос 56 сумматора фор.мируется посредством элементов, используемых для Формирования второго-четвертого разрядов полусуммы ипереносов к ним, а также десятогоэлемента 2 ИЛИ-НЕ 22, девятого элемента 2 И-НЕ 9, пятого 17 и шестого18 элементов 2 ИЛИ-НЕ, одиннадцатого11 и двенадцатого 12 элементов 2 И-НЕ,четвертого элемента НЕ 28, четвертого элемента 2 ИЛИ-НЕ 16, шестогоэлемента 2 И-НЕ 6, Входная информациядля них снимается с выходов первогочетвертого элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ45-48 и с выходов первого-четвертого элементов 2 И-НЕ 1-4,Шестой элемент НЕ 30, восьмойэлемент НЕ 32 в цепи Формированияинверсии третьего разряда полусуммыи девятый 33, десятый 34 элементыНЕ в цепи Формирования четвертогоразряда полусуммы позволяют равномерно распределить нагрузки на выхо: ды элементов сумматора, так чтобымаксимальная нагрузка на выходе лю-,бого элемента не превышала двух входов последователей, что может бытьнеобходимо при реализации сумматора в КМОП базисе.Таким образом заявляемый сумматор позволяет последовательно формировать разряды суммы с оцень малымшагом задержки сигнала от разрядык разряду, равным задержке на одномдвухвходовом элементе И-НЕ или ИЛИНЕ, в,то время как у известного сумматора шаг задержки сигнала от разряда к разряду нерегулярный и большой (от 1 до 3 элементов), Укаэанноесвойство заявляемого сумматора позволяет успешно использовать его приразработке быстродействующих сумматоров для чисел с плавающей запятой,где требуется с максимальной скоростью Формировать разряды суммы дляуправления параллельным быстродействующим сдвигателем выравнивания порядков. Известный сумматор не позволяет обеспечить требуемую скоростьформирования разрядов суммы для управления сдвигателем. Формула изобретения Сумматор, содержащий элемент И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем входы элементов И-НЕ с первого по четвертый соединены с входами соответствующих разрядов первого и второго операндов сумматора, а выходы - с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых соединеныс первыми входами соответствующихэлементов ИЛИ-НЕ, выходы второгои четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с первыми входами соответствен но пятого и шестого элементов И-НЕ,выход шестого элемента И-НЕ соединенс первым входом пятого элементаИЛИ-НЕ, выход седьмого элементаИ-НЕ соединен с первым входом шестого элемента ИЛИ-НЕ, выход элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходомпервого разряда сумматора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия, сумматорсодержит элементыРАВНОЗНАЧНОСТЬ, при чем входы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬс первого по четвертый соединены ссоответствующими входами соответствующих элементов И-НЕ, выход первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ соединен 4 О с первыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и седьмого элемента ИЛИ-НЕ,вторые входы которых соединены свходом инверсии переноса сумматора,выходы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ свторого по четвертый соединены с первыми входами:элементов ИЛИ-НЕ соответственно с восьмого по десятый и с входами элементов НЕ соответственно с пятого по седьмой, выходы которых соединены с первыми входами соответственно восьмого, седьмого и девятого элемента И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ соответственно с седьмого по девятый, выход седьмого элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы элементов ИЛИ-НЕ с второго по11 173 четвертый соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ соответственно с восьмого по десятый, вторые вхолы которых соединены с выходами элементов И-НЕ соответственно с первого по тремтии, выходы шестого и седьмого эле" ментов НЕ соединены с входами соответственно восьмого и девятого элементов НЕ,. выходы которых соединены соответственно с первым входом одиннадцатого элемента ИЛИ"НЕ и входом десятого элемента. НЕ, выход восьмого элемента И-НЕ соединен с вторыми вхо" дами пятого элемента И-НЕ и одиннадца того элемента ИЛИ-НЕ, выход которогб соединен с первым входом двенадцато- . го элемента ИЛИ-НЕ, второй вход кото" .рого соединен с выходом десятого элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами седьмого элемента И-НЕ и . третьего элемента ИЛИ-НЕ, выходы пятого, восьмого и десятого элементов НЕ соединены с первыми входами элемен 5841 12тов РАВНОЗНАЧНОСТЬ соответственно спятого по седьмой, выходы которыхподключены к выходам разрядов сумматора соответственно с второго по четвертый, а вторые входы соединены соответственно с выходами первого элемента ИЛИ-НЕ, пятого элемента И-НЕи двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ, вы ход девятого элемента НЕ соединенс вторым входом шестого элементаИЛИ-НЕ, выход которого соединенс вторым входом пятого элементаИЛИ-НЕ, выход которого соединен спервым входом одиннадцатого элемента И-НЕ, выход которого соединенс выходом переноса сумматора, а второй вход - с выходом двенадцатого эле-мента И-НЕ, входы которого соедине" 20 ны с выходами одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ и десятого элемента НЕ, вы"ход девятого элемента И-НЕ соединенс вторым,входом шестого элементаИ"НЕ.КорректорЛ. Пи едактор Л. Гратилло Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагари оставитель Э. Ревинс ехредЛ,Олийнык Заказ 1816 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по изобрете113035, Москва, Ж, Раушак Подписноеям и открьпиям при Г наб., д, 4/5