Комбинационный сумматор

О Л И С,.А, Н И Е И ЗО БР Е та-Н-И Я Союз Советских Социалистических РвспуоликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт, свидетельства М, 42 шз, 7 ОО явлено 15.111.1968 ( 1225028/18-24) соединением заявки М МПК 6 06 ПриоритетОпубликовано 03.11.1 Комитет по делам иаооретеиий и открытий при Совете Министров СССР681.325. ь 4 (088 ллетень ЛЪ 7 Дата опубликования описания 1 Х 11.196 Авторыизобретеш В, Прангишвил аип Институт автоматики и телемеханики (технической кибернетики) Заявител НЫЙ СУММАХ МБИНА относится к вычислительнои Предложениетехнике,Комбинационный сумматор может быть использован в вычислительных системах высокой производительности, где арифметические операции и кодирование чисел могут выполняться в системе счисления с основанием ( - 2).Известен комбинационный сумматор, оперирующий в ( - 2) -ной системе счисления, содержащий блоки поразрядного сложения и логические схемы, где время сложения двух чисел прямо йропорционально числу и разрядов сумматора.Однако В таком сумматоре при сложении двух чисел переносы как аддитивный, так и субстрактивный, должны пройти через все и разрядов, что ограничивает его быстродействие.Предложенный комбинационный сумматор Отличается тем, что входы слагаемых какдого разряда подключены к блоку поразрядного сложения, представляющему собой комбинационную логическую схему первого типа, каждая из трех групп выходов которой соответствует условной сумме, аддитивному и субстрактивному переносам. Блок поразрядного сложения слагаемых первого разряда содержит одну группу выходов и выход, соответствующий условной сумме, г, жит выходом первого разряда полной суммы. Выходь блока поразрядного сложения второго разряда под,лючены к блок 7 Выоорки первого уровня, состоящему из трех кохбинационных ло гических схем второго типа, входами каждойиз которых служат выходы, соответствующие аддитивным переносам, условным суммам и субстрактивным переносам, блока поразрядного сложения второго разряда. Управляю шис входы подключены к выходам, соответствующим аддитивному и субстрактивному переносам, блока поразрядного сложения первого разряда. Выход, соответствующий условной сумме, блока выборки первого уровня 15 служит выходом второго разряда полной сум.мы, а выходы, соответствующие аддитивному и субстрактивному переносам, служат управляющими входами для блока выборки второго уровня. Выходы блока поразрядного сло жения последующих четных разрядов подлючеы к тре блОка: выборки первого уровня, каждый из которы., состоит из трех комбинационных логи еских схем второго типа, причем на вход каждой из них псдключены выходы, соотьетствующие условным сум.мам, аддитивным и субстрактивным переносам, а управляющие входы всех трех комбинационных схем второго типа каждого блока выборки первого уровня подключены к выхо дам, соответствующим субстрактивному иаддип вному переносам, одной из трех групп выходов блока поразрядного сложения предыдущего нечетного разряда. Блок выборки второго уровня состоит из четырех комбинационных логических схем второго типа, причем на входы одной из них подключены выходы, соответствующие условным суммам блока поразрядного сложения третьего разряда, а ца входы остальных - выходы, соответствующие аддцтивным и субстрактивным переносам и условным суммам, служащ 1 ге выходамц трех блоков выборки первого уровня, соответствуюших четвертому разряду слагаемых. Выходы двух соответствующих логических комбинационных схем второго типа блока выборки второго уровня служат выходамц третьего и четвертого разрядов полной суммы, и выходы, соответствующие аддитивным и субстрактцвиым переносом, служат управляющими входамц для блока выборки третьего уровня, состоящего из шести комбинационных логических схем второго типа, входами которых служат выходы, соответствующие условным суммам, блоков выборки первого уровня и выходы, соответствующие аддитивным и субстрактивным переносам и условным суммам, блоков выборки второго уровня. Выходы соответствующих комбинационных логических схем блока выборки третьего уровня служат выходами, соответствующимц пятому, ше. стому, седьмому ц восьмому разрядам полной суммы.Комбинационная логическая схема первого типа содержит элементы И, ИЛИ и НЕ, причем первый из элементов И подключен к шине первого слагаемого и через элемент НЕ - к шине второго слагаемого, второй элемент И подключен через элемент НЕ к шш 1 е первого слагаемого и непосредственно - к шине второго слагаемого, третий элемент - непосредственно к шинам первого и второго слагаемых, а четвертый элемент И - к шинам слагаемых через элементы НЕ, Выходы первых двух элементов И посредством элемента ИЛИ образуют выход, соответствующий условной сумме первой группы, выход второго элемента И служит выходом, соответствующим субстрактивноъ 1 у переносу первой группы, а выходами, соответствующими аддитивным переносам первой и третьей групп, а также выходом, соответствующим субстр активному переносу второй группы, служит нулевая шина. Выход третьего и четвертого элементов И через элемент ИЛИ образуют выходы, соответствующие условным суммам второй и третьей групп, выход четвертого элемента служит выходом, соответствующим аддцтцвному переносу второй группы, а через элемент НЕ образует выход, соответствующий субстрактцвному переносу третьей группы.Комбинационная логическая схема второго типа содержит логические элементы И, ИЛИ, НЕ, входы, соответствующие, например, условным суммам, а также управ д 1 я Группы П 5; =- Х,У, +Л,у11С;,1= - 0л 11А 1- 1: Х Ц 40 для группы 1 П- ХУ - , ХД45 С;, - Х;+У;А - О.Значения 5 С;,1, А+ для групп 1 Г, Р иЪ 1 являются результатами одновременного (в ъ 10 ме 1 т т 2) слоткения В 351 тых изолированно по два разряда слагаемых с учетом трех значений комбинаций С А,. Чтобы ускорить сложение, процесс сложения можно заменить процессом простой выборки соответствующих четных столбцов из групп 1, 11 или 1 П - в зависимости от значения комбинации Си А;, в нечетных столбцах, а значение сумм четных позиций в группах 11, Р и Л можно получить простым повторением значения сумм тех же позиций групп 1, П и 1 П. Например, значение сумм группы 1 Р первой позиции получают переносом значения суммы группы 1 той же позиции, Значение столбца второй по1 1 Ч 17зиции группы 7(52, С+1, А 1)получают вы боркой одного из столбцов второи позиции ляющце входы, соответствующие аддитивцыми субстрактивным переносам, подкгпочены ктрем элементам И, причем управляющиевходы связаны с элементами И непосредст 5 венно и через элементы НЕ, выходы элементов И подключены к элементу ИЛИ, выход которого слу 5 кит выходом комбинационной схемы второго типа.Эти отличия позволяют повысить быстро 10 действие сумматора и обеспечивают возможность выполнения его иа идентичных логических схемах первого и второго типов.Таблица алгоритма работы сумматораимеет следующий вид.15 В таблице х и у - слагаемые;- номера(позиции) разрядов слагаемых; 5 - сумма1-го разряда, С; и А; - субстрактивный и аддцтивный переносы в -й разряд соответственно.20 Таблица по строкам разбита на десятьгрупп (1 - Х), каякдая из которых содержитпо три строчки (5 С;+ и А.;,1), Каждойгруппе соответствует свое значение из возможных комбинаций С, А; (комбинация25 С, = 1, А; = 1 (в ( - 2) -ной системе не существует),Значения 51, С;, А; 1 в группах 1, П, П 1 получаются одновременно (в один такт) за время т, и являются результатами поразрядного50 сложения согласно следующим трем системамлогических уравнений;для группы5;=Х,У,+Х;У,135 С 1-1.1: Х ДА; 1=О17группы 1, П илп П 1, в зависимости от значения Си Ав первой позиции группы 1.Так как С;=1, А, . - О совпадает созначением С, А, для ьторой группь 1, то зца 11ченце С., Сзи А 2 совпадает со значениеми52 = 1, Сз 1: О и Аг 1=0. АналогПио этомупутем анализа значений переносов С; 1 и А; зна нечетных позициях заполняют остальныечетные столбцы групп 11, 1 и Л, а значениесумм 5, в нечетных позициях групп 111, Ъ и151, переписывают соответственно нечетнымпозициям групп 1, 11 и 11.Рассмотрим определение значений 5;, С;А;,1 группы 111. Значения 5 =- О, 5 зи =-. - .1получают простым перенесением значений5 =:О, 52 .=1, а значения 5 з =-О,154: - . О, С 4,. 1 и А 4, =:О совпадают созначениями 5 з = О, 5. --- О, С 4+ = 1,1 Ч 1 УА .: О, так как Сг 1 - - О ц Аз(1= О совпадают со значением С; =О, Л; =-О для группы 11. ЛналогиНым образом определяют значения групп 711, 17111 и 1 Х.Для группы Х значения 5; .= О, 5 з - 1,5 з. О, 54 = Ополучают перенесением значенийсух х тех же пОзициЙ Г) уп п ы 1711. Т Я к к Я к511 Г 1значения С 44 -- 1 и А 4 1:. О совпадают созначением С, А, группы 711, то значения11 7 П 7115 з,г,ю,з = 1, О, О, 1 и Сз=- О, Аз.)- О определяют значения 51, С 1, Аг ) 1 сх жспозициях группы Х, что и является окончательным результатом сложения двух восьмиразрядных чисел гг = 8) .Таким образом, рассматриваемый способобеспечивает сложение двух п=8 разрядныхчисел за время Т, - Т, - Т+Т 4=4 Тю. ЗдесьТ, - среднее время, необходимое для сложения двух одноразрядных слоь, илц среднеевремя выборки одного числа из трех возможных чисел,Время 1, необходимое для сложения двухг-разрядных чисел по рассмотренному способу, равно одюп+1 тю. Поэтому выигрыш вовремени по сравнению с обычным параллелипз сумматором, работающим в ( - 2)- иной системе счисления, будет: К =ойп . - граз,На фцг. 1 ц 2 показана полная блок-схема комбинационного восьзПразрядного сумматора, работающего в системе сиСлецц 5- 2); на фиг. 3 - схема блока поразрядного суммирования комбинационной логической схемы первого типа; на фцг. 4, 5 и б - блоки выборки соответственно первого, второго и третьего уровней; на фиг, 7 - комбинационная логическая схема второго типа.Сумматор содержит блоки поразрядного сложентя - комбинационные лопгческие схемы 1 первого типа, блоки выборк; ), .3 и 4 соответственно первого, второго , третьего15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 8уровней. Объединение блоков поразрядного сложения и блоков выборки первого уровня ;ля двух разрядов слагаемых образует блок э. Комбинированные лопческис схемы содержат элементы И б, И;1 И 7 и НЕ 8.Дл 5 большего числа разрядов наращивают типовые блоки.Предложенный сумматор целесообразно рсализогать на больших ицтегральнях схе)Ях соде 1)жящГх несколько тыс 51 ч компонентов,Предмет цзобретенця Комбинационный сумматор, рабоающий в сцстеме счисления ( - 2), содержащий блоки цорязр 51 дцОГО сгожени 51 и Олоки В 1 Оорк 1 первой, второй, третьей и т. д. ступеней, огличаОи 1 ийся тем, что, с целью уцрошения ц поишецця быстродействия, входы слагаемых кяждОГО рязрядя подк;1 ючсны к 0;10 ку поряз. рядцого сложения, представляюцему собой комбинационную лопгческую схему пе рг ого ипа, каждая цз трех грмпп выходов кото)ой соответствует условной сумме, аддпивному и субстрактцвцому переносам, причем блок поразрядного сложения слагаемых первого разря;5 а содержит одну группу выходов и вьход, соответствующий условной сумме, служит выходом первого разряда полной суммы; выходы блока поразрядного сложения второо рязр 51 да подкл 1 очецы к блок, выборки пе;)вого уровня, состоящему цз трех комбицациоццых логических схем второго тица, входамц каж- дОЙ из которых сл) )кат вьХоды, соответствующие аддцтивцым переносам, условным суммам и субстрактцвным переносам, блока поразрядного сложения второго разряда, управляющие входы подключены к вьходам, соответствующим аддитивцому ц суострактивцо)1 переносам, блока поразрядного сложения первого разряда, выход, соответствующий условной сумме, блока выборки первого уровця служит выходом второго разряда полной суммы, а вьходы, соответствующие аддитцвному ц субстр активному переносам, служат управляющими входамц для блока выборки второго уровня; выходы блока поразрядного сло)кения последующих четных разрядов подключецы к трем блокам выборки первого уровня кя)кдый из которых состоит 113 трех комбцнаццоццых лоп 1 ческих схем второго типа, причем ца вход какдой из нцх подключены выходы, соответствующие условным суммам, аддцтивиым и субстрактивным переносам, а управляющие входы всех трех комбинационных схем второГО типа ка)кдОГО 0;10 ка выборки первого уровня подключены к выходам, соответствующим субстрактцвцому ц аддитивному переносам, одной из трех групп гыходов блока поразрядного сложения предыдущего нечетного разряда; блок выборки второго уровня состоит из четырех комоцнационцых лопческцх схем второго типа, причем на входы о.Ной из цих подключены выходы, соот 236858 10ветствующие условны суммам, блока поразрядного сложения третьего разряда, а на входы остальных - выходы, соответствующие аддитивным и субстрактивным переноса и условным суммам, служащие выходами трех блоков выоорки первого уровня, соответствующих четвертозу разряду слагаемых; вьходы двух соответствующих логическ(гх комбинационных схем второго типа блока выборки второго уровня служат выходами третьего и четвертого разрядов полной суммы, а выходы, соответствующие аддитивным и субстрактивным переносам, служат управляющими входами для блока выборки третьего уровня, состоящего из шести козбцнационных логических схем второго типа, входамц которых служат выходы, соответствующие условным суммам, блоков выборки первого уровня и В 1 ходы, соответствующие аддитивным и субстрактивны 7 переносам и условным суммам, блоков выборки второго уровня; выходы соответствующих комбинац:онных логических схем блока выборки третьего уровня сну ат выходами, соответствующими пятою, шсстоу, седьмому и восьмог разрядам полной с ю;1. 2, Сумматор по п. 1, отлича(ащидс.; тем, что хомбпиационтая логическая схема псрвого типа содержит элеъенты И, ИЛ 11, НЕ, причем первый из элезентов И подключен к шине первого слагаемого и через элемент НЕ - к шине второго слагаемого второй элемент И подключен через элемент НЕ к шине первого слагаемого и непосредственно - к шине второго слагасаого, третин элсаСит полк тючеи непосредственно х ш.1 ам первого и Второго слагасмых, а четвертый элсмс:т 1 Ь псдкл 10- чеи и шинам слагаемых через элементы НЕ;5 выходы первых двух элементов 1 посредством элемента 11111 образуют выход, соотвстству(ощ;11 условной л ме первой группы, вь(ход второго элсмеипгя 11 служит выходом, соответству 01 цз субстракт:1 внох переТ 0 носу первой гр 1 ппы, я выходами, соответству 1 ошими аддитивиым переносам первой и третьей групп, я тяк 7 ке выходом, соответствую- ШИ 1 СОСТРа 1 СИВИОЗ ПЕРЕ 10 С ВТОРОИ ГРП- пы, служит пулевая пиша; выход третьего и 5 четвертого элементов 11 через элемент11,111 образук;т гь(ходи, соответствующие услоз(1 ым сумма.; второй и третьей групп, выход:ствертого элемента служит Выходом, СООТВЕТСТВ 101 ЦИ сДДИТ 1 ВИОПСРСНОС ВТО ро, группь 1, я трез элемент 1-1 Е образуетВыход, соотвстствуоц 1:й субстрякт;Вному переносу третьей группы.3.тзятор по пп. 1 и 2 От,7 чю(ь,7(сятем, что комбиияишПая логическая схема Второго типа сотер 71;ит логи 1 ес 1.Пе элс.ситы 1 Ь, 11,11 Ь 11 Е, вхоы, соотвсгств Ошие, 1 анри.ер, услогиьм суммам а также управлгцошпе входы, соотвстству 10 щис аддит 1(внымс Ост р акти Вп м пе реносяз 1 подкл 10 чены ктрем элементам 1 Ь, причем управляющие Входы связаны с элементами 11 испосредстВе но и через элементы 11 Е, выходы элементов И полк,по:Оиы к элементу 11 Л 11, выхОд которо 0 сл жит Выходом кобиияциоиЗ 5 иой схемы второго типа.пография, пр. Сапунова,Заказ 1173713 Тираж 480ЦНИИПИ Комитета по делам пзобретений 1 и открь 1 тий при СоветеМосква, Центр, пр. Серова, д. 4 Подписноинистров СССР