Конвейерный сумматор

(19) (11) 4(51) С 06 Р 7/49 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 577528,кл. С 06 Р 7/49, 1976.2. Авторское свидетельство СССРР 696452, кл. С 06 Р 7/49, 1977(54)(57) КОНВЕЙЕРНЫЙ СУЮИТОР, содержащий в каждом разряде одноразрядныйдвоичный сумматор, шесть элементов Ии три элемента ИЛИ, причем выход переноса одноразрядного двоичного сумматора соединен с первым входом первого элемента И, выход которогоподключен к первому входу первогоэлемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен спервым входом третьего элемента ИЛИ,выход которого соединен с выходомсуммы данного разряда сумматора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения его .быстродействия,конвейерный сумматор дополнительносодержит в каждом разряде седьмойэлемент И, регистр и шифратор промежуточных сумм, причем входы нервваго и второго разрядов регистра соединены соответственно с входами разрядов первого и второго операндов конвейерного сумматора, входы треть его и четвертого разрядов регистра соединены с первым и вторым входами переноса данного разряда конвейерного сумматора, входы пятого и шестого разрядов регистра соединены с первым и вторым входами промежуточных сумм данного разряда конвейерного сумматора; вход седьмого разряда регистра соединен с управляющим входом разряда конвейерного сумматора, входы восьмого, девятого и десятого разрядов регистра соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами сумм разряда конвейерного сумматора, выходы разрядов регистра с первого по третий соеди- О иены с соответствующими входами одноразрядного двоичного сумматора, выход суммы которого подключен к первому входу шифратора промежуточных сумм и к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход файф переноса одноразрядного двоичного фью" сумматора соединен с вторым входом шифратора промежуточных сумм, выход четвертого разряда регистра соеди-, )фЬ нен с первым входом пятого элемента И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым вхо. дом переноса следующего разряда конвейерного сумматора, выходы пятого и шестого разрядов регистра соединены соответственно с третьим и четвертым входами шифратора промежуточных сумм, прямой выход седьмаго раз- ряда регистра соединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И и с управляющим входом следующего разряда конвейерного сумматора, ин-1137460 версный выход седьмого разряда регистра соединен с вторыми входамитретьего н пятого элементов И, прямой выход восьмого разряда регистра соединен с первыми входами второго и шестого элементов И, инверсныйвыход восьмого разряда регистра соединен с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом второго элементаИ н с прямым выходом девятого разряда регистра, инверсный выход кото-рого соединен с вторым входом шесто 1Изобретение отноаится к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных устройствах ВысОкОЙ производительности.Известно накапливающее устройст во для суммирования чисел, представленных как в классической двоичной системе счисления так и в 1-коде Фибоначчи или "золотом" 1-коде, каждый разряд которого содержит триггер 1 О со счетным входом, элементы И, ИЛИ, элемент сложения по модулю 2 и элемент задержки С 13. Недостатком известного устройства 15является невысокОе быстродействие. Наиболее близким к данному техническому решению является сумматор, содержащий в каждом разряде однораз рядный двоичный сумматор, шесть элементов И и три элемента ИЛИ, причем выход переноса одноразрядного двоичного сумматора соединен с первым входом первого элемента И, выход которого 25 подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первым входом .второго элемента ИЛИ, выход которого.подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с выходом суммы данного разряда сумматора, сумматор содержит также блок инвертирова"35 ния, блок формирования дополнительных . сигналов суммы переноса и элемент ,задержки 1.21. го элемента И, выход десятого разряда регистра соединен с вторым входом.,второго элемента ИЛИ, выходы шифратора промежуточных сумм соединенысоответственно с вторым входом переноса, с первым н вторым входами промежуточных сумм и с первым входомсуммы следующего разряда конвейерного сумматора, выходы шестого и седьмого элементов И соединены соответственно с вторым и третьим входамисумм следующего разряда конвейерногосумматора,2Недостатком известного сумматораявляется невысокое быстродействие,обусловленное тем, что он осуществляет суммирование ь -разрядных чиселза п-тактов,Целью изобретения является повышение быстродействия сумматора.Поставленная цель достигаетсятем, что в конвейерный сумматор,содержащий в каждом разряде одноразрядный двоичный сумматор, шесть элементов И и три элемента ИЛИ, причем выход переноса одноразрядногодвоичного сумматора соединен с первым входом первого элемента И, выходкоторого подключен к первому вхо-.ду первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен свыходом суммы данного разряда сумматора, в каждый разряд введены до"полнительно седьмой элемент И, регистр и шифратор промежуточных сумм,причем входы первого и второго разрядов регистра соединены соответ"ственно со входами разрядов первогои второго операндов конвейерногосумматора, входы третьего и четвертого разрядов регистра соединены спервым и вторым входами переносаданного разряда конвейерного сумматора, входы пятого и шестого разрядов регистра соединены с первым ивторым входами промежуточных сумм3 11374 данного разряда конвейерного сумма-, тора, вход седьмого разряда регистра соединен с управляющим входом разряда конвейерного сумматора, входы восьмого,девятого и десятого разрядов регистра соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами сумм разряда конвейерного сумматора, выходы разрядов регистра с первого по третий соединены с соответствующими входами одноразрядного двоичного сумматора, выход суммы которого подключен к первому входу шифратора промежуточных сумм и к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен со вторым вхо дом третьего элемента ИЛИ, выход переноса одноразрядного двоичного сумматора соединен с вторым входом шифратора промежуточных сумм, выход четвертого разряда регистра соединен с первым входом пятого элемента И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом переноса следующего разряда конвейерного сумматора, выходы пятого и шестого разрядов регистра соединены соответственно с третьим и четвертым входами шифратора промежуточных сумм, прямой выход седьмого разряда реЗО гистра соединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И и с управляющим входом следующего разряда конвейерного сумматора, инверсный выход седьмого разряда регистра З 5 соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, прямой выход восьмого разряда регистра соединен с первыми входами второго ишестого элементов И, инверсный выход восв мого разряда регистра соединен с первым входом седьмого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и с прямым выходом девятого разряда регист ра, инверсный выход .которого соеди- . нен с вторым входом шестого элемента И, выход десятого разряда регистра соединен со вторым входом второ-. го элемента ИЛИ, выходы шифратора 50 промежуточных сумм соединены соответственно с вторым входом переноса, с первым и вторым входами промежуточ-ных сумм и с первым входом суммы следующего разряда конвейерного сумматора, выходы шестого и седьмого. элементов И соединены соответственно со вторым и третьим входами сумм следую 60 ащего разряда конвейерного сумматора.Ка фиг,1 представлена структурнаясхема разряда конвейерного сумматора; на фиг.2 - принципиальная схема шифратора промежуточных сумм.Конвейерный сумматор содержит(и+5) разрядов,Каждый разряд конвейерного сумматора состоит из 10-разрядного регистра 1, входы первого и второго разрядов которого соединены соответственнос входами разрядов первого и второго операндов конвейерного сумматора,входы третьего и четвертого разря, -дов регистра 1 соединены с первым ивторым. входами переноса данного разряда конвейерного сумматора, входыпятого и шестого разрядов регистра 1соединены с первым и вторым входамипромежуточных сумм данного разряда .конвейерного сумматора, вход седьмого разряда регистра 1 соединен суправляющим входом разряда конвейерного сумматора, входы восьмого, девятого и десятого разрядов регистра 1соединены соответственно с первым,вторым и третьим входами сумм разряда конвейерного сумматора, выходыразрядов регистра 1 с первого по третий соединены с соответствующими входами одйоразрядного двоичного сумматора 2, выход суммы которого подключенк первому входу шифратора промежуточных сумм 3 и к первому входу двухвходового четвертого элемента И 4, выход переноса одноразрядного двоично-го сумматора 2 соединен с вторым входом шифратора промежуточных сумм 3и с первым входом двухвходового первого элемента И 5, выход которогоподключен к первому входу двухвходового первого элемента ИЛИ 6, выходкоторого соединен. с первым входом переноса следующего разряда конвейерного сумматора, второй вход первого элемента ИЛИ 6 подключен к выходу пятого двухвходового элемента И 7, первыйвход которого соединен с выходомчетвертого разряда регистра 1, пятыйи шестой разряды которого соединенысоответственно с третьим и четвертымвходами шифратора промежуточных сумм3, выходы которого соединены соответственно с вторым входом переноса,с первым и вторым входами промежуточных .сумм и с первым входом суммы следующего разряда конвейерного сумматора, прямой выход седьмого разряда ре-,1374 б 0гистра 1 соединен с вторыми входами первого 5, четвертого 4 элементов И и с управляющим входом следующего разряда конвейерного сумматора, инверсный выход седьмого разряда регистра соединен с вторыми входами двухвходового третьего 8 и пятого 7 элементов И, прямой выход восьмого разряда регистра 1 соединен с первыми входами двухвходовых второго 9 10 и шестого 10 элементов И, инверсный выход восьмого разряда регистра 1 соединен с первым входом двухвходового седьмого элемента И 1, второй вход которого соединен со вторым входом второго элемента И 9 и подключен к прямому выходу девятого разряда регистра 1, инверсный " выход которого соединен со вторым входом шестого элемента И 10, вы= ход десятого разряда регистра 1 соединен с вторым входом двухвходового второго элемента ИЛИ 12, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И 9, выход второго элемента ИЛИ 12 соединен с первым входом третьего элемента И 8, выход которого соединен с пврвым входом двухвходового третьего элемента ИЛИ 13, второй вход которого подключен к вы- ходу четвертого элемента И 4, выход тертьего элемента ИЛИ 13. соединен с выходом суммы данного разряда сумматора, выходы шестого 10 и седьмого 11 элементов И соединены соответственно с вторым и третьим .входами сумм сле- З 5 дующего разряда конвейерного сумматора.1 Пифратор промежуточных сумм 3 1-го разряда конвейерного сумматора служит для формирования переноса Р 1,40 из с-го разряда в (1+2)-й, разрядов; промежуточных сумм 8, Б и суммыъ к81, в зависимости от выходов суммы и переноса С 1, п одноразрядного двоичного сумматора 2 и разрядов45Ь -1 промежуточной суммы 81, 81, поступающих с выходов пятого и шестого разрядов регистра 1 (нижний индекс означает порядковый номер разряда суммы, переноса, слагаемых, в зависимости от него определяется вес этого разряда; верхний индекс означает номер разряда конвейерного сумматора, в котором бып вычислен разряд промежуточной суммы ).В данном случае шифратор 3 содержит дешифратор 4, элементы И-НЕ 15- 18 и элемент НЕ 19. Сответствие входов и выходов шифратора 3 приведено в таблице.Конвейерный сумматор может выполнять поразрядное суммирование чиселпредставленных как в классическойдвоичной системе счисления, так и визбыточных 1-кода Фибоначчи или "золотом" 1-коде,Работает конвейерный сумматор следующим образом.Пусть на -м такте осуществляется прием М-х разрядов 1. иЬ слагаеьмых А и В на входы первого и второго разрядов регистраК-го разряда устройства. Одновременно из предыдущего (%-1)-го разряда устройствана входы третьего и четвертого разрядов регистра 1 поступают соответственно перенос из (%-2)-го разрядав Ь-й разряд Р 1, и перенос из (%-1)-го.разряда в (%+1)-й разряд Р 1, , на .входя пятого и шестого разрядов регистра 1 подаются два разряда промежуточной суммы Б, Б 1, на входыс-1восьмого, девятого и десятого разрядов регистрапоступают разрядысумм 81, , 81, , 81,. На вход седьмого разряда регистра 1 может прийтилибо логический нуль ( это означает,что в 1-й разряд устройства поступилиоперанды, представленные в избыточном коде, либо логическая единица(должно выполняться суммирование вклассической двоичной системе счисления ),После приема кодов регистромпроисходит следующее. Содержимое .первых трех разрядов регистра 1 поступает на вход сумматора 2, где происходит суммирование по правиламклассической двоичной системы счисления В-х разрядов операндов а и%Ьи переноса в 1-й разряд Р 1,. Вычйсленные в одноразрядном двоичномсумматоре 2 разряды суммы С и переноса иа также разряды промежуточнои суммы Б , 8 из пято%-1го и шестого разрядов регистра 1поступают в шифратор промежуточных сумм 3, где формируется перенос в (%+2)-й разряд Р,и разря"дь у 81,1,1В то же время при помощи второго 9, шестого 10 и седьмого 11 элементов И и второго элемента ИЛИ 12производится, если это возможно,свертка разрядов суммы Б 81,Б374 бО Входы шифратора Выходы шифратора Разряд переноса Разряды суммы Ср О О О О О О О О О О О О О О О О 7 113 десятого разрядов регистра 1 . При 1 помощи четвертого 4 и третьего 8 элементов И и третьего элемента ИЛИ 13 формируется выход суммы В-го разряда конвейерного сумматора, т.е, в зависи мости от содержимого седьмого разряда регистра 1 на выход третьего элемента ИЛИ 13 проходит либо разряд двоичйой суммы (признак П равен логической единице), либо разряд суммы избыточного кода (признак П равен логическому нулю 1. Аналогично формируется перенос в (1+1)-й .разряд конвейерного сумматора при помощи первого 5 и пятого 7 элементов И и первого элемента ИЛИ 6. На выход первого элемента ИЛИ 6 проходит либо .двоичный перенос о, из одноразрядного двоичного сумматора 2 (признак П - логическая единица), либо перенос избыточного кода Р 1, , вычисленный в (%-1)-м разряде устройства и хранящийся в четвертом разряде регистра 1. На (ф+)-м такте содержимое узлов 1-го разряда сумматора передается на соответствующие входы 0+1)-го разряда конвейерного сумматора, а именно: разряд переноса с выхода первого элемента ИЛИ 6 подается на второй вход переноса (%+1)-разряда устройства, информация с выходов шифратора промежуточных сумм 3 передается соответственно на второй вход переноса, первый и вто,рой входы промежуточных сумм, первый вход суммы (1+1) разряда устройства, прямой выход седьмого разряда Сумма и перенос од- Разряды промежуноразрядного сум- точной суммыматора1 регистра 1 соединен с управляющимвходом (% +)-го разряда конвейерного сумматора, с выходом шестого 10,седьмого 11 элементов И информация 5 поступает на второй и третий входысумм (%+1)-го разряда устройства.Описанные преобразования повторяются для каждого разряда устройства,В случае избыточного кода 1 -я цифра О окончательной сумма Формируется в5+5)-м разряде устройства, однакорезультат суммирования принимается,начиная с четвертого разряда устройства, так как могут возникнуть два 5 разряда переноса(переполнения), которые не должны быть утрачены. Тогдас выхода суммы четвертого разрядаснимается старший разряд переполнения, с выхода суммы пятого разря да - младший разряд переполнения, свыхода суммы шестого разряда снимается старшая первая цифра суммы ит.д., с выхода суммы (в+5)-го разряда - младшая ь-я цифра суммы, причем 25 на каждом такте осуществляется прием новой пары операндов.Таким образом, в отличие от прототипа время вычисления п-разряднойсуммы одной пары операндов для данного сумматора составляет (и+5)Количество операций, выполняемыхконвейерным сумматором в единицу вре-.мени, составляет 1/ (без учета начальной задержки конвейера, которой. 35 можно пренебречь , в то время как+ ей .Входы юифрвтора Выходы аифраторававаееваемвеЬю Ю 4 Ф Сумма и перенос од- Разряды аромежуиоразрядно 1 о сум-точной суммыматора Разряд переноса азряды суммыВМ Вй 2 Чвею ее евай е 0 О 0гФ О 0 О О 0 О 0 0 О О О и м е ч а н и е: Знаком "-" обозначено неопределенное значение фун циина данном наборе.Ре Рк юз -в юФиг. 1. Заказ 10525/36 Тираж 710 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рауш