Конвейерное операционное устройство

(50 4 С 06 Р 7/ ОПИСАН АВТОРСКОМ Е ИЗО ЕН У ДЕТ деи зями. Кон .ройство о двоичных "золотых золотых нное устс рование . щ боначчи,умножение2 табл.( ерное операци ествляет сумми ов, 1-кодов Фи кодов, а такж кодов. 1 ил кОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Авторское свидетельство СССР У 696452, кл. С 06 Р 7/49, 1977,Авторское свидетельство СССР Р 1137460, кл. С 06 Р 7/49, 1983. (54) КОНВЕЙЕРНОЕ ОПЕРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО(57) Изобретение относится к облас- ти вычислитепьной техники и предназначено для выполнения арифметических операций в высокопроизводительных многорегистровых вычислительных устройствах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет выполнения операции умножения в "золотых" 1-кодах. Поставленная цель достигается тем, что конвейерное операционное устройство, содержащее в каждом разряде регистр, одноразрядный двоичный сумматор, шифратор промежуточных сумм, элементы ИЛИи элементы И, дополнительно соржит второй регистр, элементы ИЛИэлементы И с соответствующими свя 1254470Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к выполнению арифметических операций в высокопроизводительных многорегистровыхвычислительных устройствах,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей засчет выполнения операции умножения в"золотых" 1-кодах,На чертеже представлена функциональная схема разряда конвейера операционного устройства,Конвейерное операционное устройство содержит 2 п + 5 разрядов. Каждый разряд конвейерного операционного устройства состоит из первого регистра. 1, входы первого и второго разрядов которого соединены соответственно с входами разрядов первого и второго операндов конвейера операционного устройства, входы третьего и четвертого разрядов первого регистра 1 соединены с первым и вторым входами переноса данного разряда конвейерного операционного устройства, входы пятого и шестого разрядов первого регистра 1 соединены с первым и вторым входами промежуточных сумм данного разряда конвейерного операционного устройства, вход седьмого разряда первого регистра 1 соединен с первым управляющим входом разряда конвейерного операционного устройства, входы восьмого - десятого разрядов первого регистра 1 соединены соответственно с первым - третьим входами сумм разряда конвейерного операционного устройства, вход одиннадцатого разряда первого регистра 1 соединен с вторым управляющим входом разряда конвейерного операционного устройства, вход двенадцатого разряда первого регистра 1 соединен с выходом суммы последующего седьмого по счету от данного разряда конвейерного операционного устройства, входы тринадцатого, четырнадцатого разрядов первого регистра 1 соединены соответственно с первым и вторым входами множителя разряда конвейерного операционного устройства, выходы первого и второго разрядов регистра 1 соединены соответственно с первыми входами девятого и десятого элементов И 2,3, выход третьего разряда первого регистра 1 соединен с первым входом одноразрядного двоичного сумматора 4, выход суммы которого подключен к 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 первому входу шифратора 5 промежуточных сумм и к первому входу четвертого элемента И б, выход переносаодноразрядного двоичного сумматора4 соединен с вторым входом шифратора5 промежуточных сумм и с первым входом первого элемента И 7, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ 8, выход которогосоединен с первым входом переносаследующего разряда конвейерного опе-,рационного устройства, второй входпервого элемента ИЛИ 8 подключен квыходу пятого элемента И 9, первыйвход которого соединен с выходомчетвертого разряда первого регистра1, пятый и шестой разряды которогосоединены соответственно с третьим ичетвертым входами шифратора 5 промежуточных сумм, выходы которого соединены соответственно с вторым входомпереноса, с первым и вторым входамипромежуточных сумм и с первым входомсуммы следующего разряда конвейерногооперационного устройства, прямой выход седьмого разряда первого регистра 1 соединен с вторыми входамипервого, четвертого элементов И 7,б,с первым управляющим входом следующего разряда конвейерного операционного устройства, инверсный выход седьмого разряда первого регистра 1 сое,динен с вторыми входами третьего ипятого элементов И 10,9, прямой выход восьмого разряда первого регистра 1 соединен с первыми входами второго и шестого элементов И 11, 12,инверсный выход восьмого разряда первого регистра 1 соединен с первымвходом седьмого элемента И 13, второйвход которого соединен с вторым входом второго элемента И 11 и подключен к прямому выходу девятого разряда первого регистра 1, инверсный выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И 12, выход десятого разряда, первого регистра 1соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 14, первый вход котброгоподключен к выходу второго элементаИ 11, выход второго элемента ИЛИ 14,соединен с первым входом третьегоэлемента И 10, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ 15, второй вход которого подключен к выходу четвертого элементаИ б, выход третьего элемента ИЛИ 15соединен с выходом суммы данного разряда конвейерного операционного уст1254470 Т а б л и ц а ВЫХОДЫ ШИФРАТОРА ВХОДЫ ШИФРАТОРА Разряды суммы Разряд переноса Разряды промежуточной суммы Сумма и переносодноразрядногосумматора О О О О О О О О ройства,. выходы шестого и седьмого элементов И 12, 13 соединены соответственно с вторым и третьим входами сумм следующего разряда конвейерного операционного устройства, прямой вы ход одиннадцатого разряда первого регистра 1.соединен с вторым управляющим входом следующего разряда конвейерного операционного устройства, с вторыми входами девятого и 1 О десятого элементов И 2,3, выходы . которых соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого элементов ИЛИ 16,17, выходы которых соединены соответственно с вторым и 15 третьим входами одноразрядного дво. ичного сумматора 4, второй вход четвертого элемента ИЛИ 16 соединен с выходом одиннадцатого элемента И 18, второй - четвертый входы пятого эле мента ИЛИ 17 соединены соответственно с выходами двенадцатого - четырнадцатого элементов И 19 - 21, первые входы которых связаны с первым входом одиннадцатого элемента И 18 и с инверсным выходом одиннадцатого разряда первого регистра 1, выход двенадцатого разряда первого регистра 1 соединен с вторым входом одиннадцатого элемента И 18, прямой выход три-ЗО надцатого разряда первого регистра 1 соединен с вторыми входами тринадцатого и четырнадцатого элементов И 20, ,21, инверсный выход тринадцатого разряда первого регистра 1 соединен свторым входом двенадцатого элементаИ 19, третий вход которого соединенс третьим входом четырнадцатого элемента И 21 и с прямым выходом четырнадцатого разряда первого регистра 1,инверсный выход которого соединен стретьим входом тринадцатого элементаИ 20, выходы первого - третьего разрядов, второго регистра 22 соединенысоответственно с четвертыми входамидвенадцатого - четырнадцатого элементов И 19-21, выходы второго и третьего разрядов второго регистра 22 соединены соответственно с первым и вторым входами множимого следующего раз"ряда конвейерного операционного устройства, прямые выходы тринадцатогои четырнадцатого разрядов первогорегистра 1 соединены соответственнос первым и,вторым входами множителяследующего разряда конвейерного операционного устройства, выход суммыданного разряда конвейерного операционного устройства соединен с входом двенадцатого разряда первого регистра предыдущего седьмого по счетуот данного разряда конвейерного операционного устройства,Шифратор 5 промежуточных сумм мо-.,жет быть построен как в прототипе. Соответствие входов и выходов шифратора 5 приведено в табл.1.1254470 Продолжение табл. ВЫХОДЫ ШИФРАТОРА ВХОДЫ ШИФРАТОРА Разряд переноса Разряды суммы Сумма и переносодноразрядногосумматора азряды промежуочной суммы 2 кО О 7 О 8 9 О О О 10 О О ачено не Т а б л и-й разряд частичного произведени зряды мно- Частичное теля С, С проиэведение О О О Ьк,Ь.,О ес В перационн Работает конвейернотройство следующим о ом П р и м е ч а н и е. Знаком "-" обоз,ции на данном наборе,При выполнении операций в избыточ-ных кодах операнды представлены вминимизированной форме, содержащей. не более двух единиц подряд. Вычисле ния выполняются, начиная со старшихразрядов, разряды результата можноиспользовать по мере их получения,не дожидаясь окончания операции. Вотличие от 1-кодов Фибоначчи весаразрядов "золотых" 1-кодов представляют собой степени основания снстеФормирование разряда частичногопроизведения приведено в табл.2.Сумма частичных произведений накаждом такте умножения сдвигаетсявлево на два разряда. еделенное значение функ 1254470На входы П, и Ппервого разряда устройства подаются управляющие сигналы, задающие режим работы устройства при обработке данной пары опе-рандов. Если ГГ= 00, то выполняется умножение "золотых" 1-кодов (В С ); если П,П = 01, то выполняется:суммирование "золотых" 1-кодов или 1-кодов Фибоначчи (А+ В ); если ПП= 11, выполняется суммирова ние двоичных кодов (А+ В).На тактовые входы первого регистра 1 синхронизирующие сигналы подаются постоянно, на тактовые входы второго регистра 22 - только тогда, 15 когда начинается выполнение новой операции умножения и на его информационные входы подаются цифры множимого. Если выполняется операция суммирования, на входы устройства аи 1 20 (1 = 1, 2, З,и)слагаемые подаются, начиная с первого разряда устройства; если операция умножения, то на входы( 1 = и - 1 и + 5) устройства множимое подается, начиная с 25 (и - 1)-го разряда устройства, а циф ра множителя подается попарно каждый . девятый такт на входы С и С первого разряда устройства, В начале новой операции умножения на первом такте Зо должна производиться установка в ноль первого 1 и второго 2 регистров всех разрядов устройства для формирования нулевой начальной суммы частичных произведений, а на девятом такте должна начинаться подача операндов. При выполнении операции умно- жения конвейерное операционное устройство занято только каждый девятый такт, поэтому в промежутках между 4 р этими тактами устройство может также выполнять операции суммирования.Для примера рассмотрим работу -го (1 с = 1,2,3 и + 5) разряда конвейерного операционного устрой ства.Пусть на 2-м такте осуществляетсяприем 1 -х разрядов операндов д и Ь на входы а и о первого и второго разрядов первого регистра 1 и разря О да 5 на вход третьего разряда второго регистра 22 1 -го разряда устройства. Одновременно из предыдущего Ь)-го разряда устройства на выходе с третьего по одиннадцатый первого регистра 1 поступают соответственно перенос из (1-2)-го разряда в М-й разряд Р, перенос иэ (1-1)-го разряда в (+1)-Й разряд Р,два раэряк- К- я да промежуточной суммы Б Б , первый управляющий сигнал П разряды суммы Б , Б БВторой управляющий сигнал Пиэ последующего ( 7)-го разряда устройства на вход двенадцатого разряда первого регистра 1 поступает разряд суммы Б, из предыдущего (1 -1)-го разряда устройства на входы тринадцатого и четырнадцатого разрядов первого регистра 1 поступают разряды множителя С, С , на входы первого и второго разрядов регистра 22 из предыдущего ( -1)-го разряда устройства поступаю;- разряды множимого ь и 5(при условии, что второй регистр 22 тактируется, т.е. начинается новая операция умножения, иначе во втором регистре 22 уже хранятся соответствующие разряды множимого). В зависимости от сигналов П, и П на входы одноразрядного двоичного сумматора 4 через четвертый и пятый элементы ИПИ 1 б, 17 поступают либо ои 6(П = 1, т,е. производится операция суммирования), либо Б (рэзряд суммы частичных произведений) и разряд очередного частичного произведения (П= О, т.е, приэводится операция умножения). Формирование разряда очередного частичного произведения происходит в зависимости от цифр множителя С, С посредством выбора одного из разрядов множимого, б;, Ь , хранящихся во втором регистре 22, при помощи двенадцатого - четырнадцатого элементов И 19-21, Тем самым осуществляется умножение очередной цифры множимого на два разряда множителя и отноСительный сдвиг очередного частичного произведения по отношению к сумме на 0-2 разряда (см.табл.2). В свою очередь сумма частичных произведений каждый такт умножения сдвигает на два разряда влево по конвейерному операционному устроиству при домощи обратной связи, соединяющей выход суммы Ь +7)-го разряда устройства с входом Б , данного 1 -го разряда устройства.После выбора слагаемых осуществляется суммирование либо в "золотом" 1-коде или 1-коде Фибоначчи (П, = О), либо в двоичном коде (П, = 1). Если П,= 1, то выход суммы С одноразрядного двоичного сумматора 4 проходит через четвертый элемент И 6 и третий20 9 1254 элемент ИЛИ 15 и поступает на выход суммы к -го разряда устройства, аналогично выход переноса подноразрядного двоичного сумматора и через первый элемент И 7 и первый элемент5 ИЛИ 8 поступает на вход первого переноса следующего (1+1)-го разряда устройства. Если происходит суммирование в избыточном коде (П, = 0), то вычисление в одноразрядном двоичном 10 сумматоре 4, разряды суммы и переноса, а также разряды промежуточной суммы из пятого и шестого разрядов первого регистра 1 поступают на шифратор 5 промежуточных сумм, где фор мируются перенос в (1+2)-й разрядк кРк, и разряды суммы Я , а , Як В то же время при помощи второго, шестого и седьмого элементов И 11-13 и второго элемента ИЛИ 14 производится, если это возможно, сверка разрядов ,суммы Я , Я , Я з (набор 011 заме-, няется набором 100), поступающих из восьмого-десятого разрядов первого регистра 1, Через третий элемент И 10 и третий элемент ИЛИ 15 полученный результат проходит на выход суммы 1 -го разряда конвейерного операционного устройства. Аналогично формируется первый перенос в последующий (к+1)-й разряд устройства при помощи пятого элемента И 9 и первого элемента ИЛИ 8. На (1+ 1)-м такте содержимое узлов к-го разряда конвейерного операционного устройства передается на соот- З 5 ветствующие входы (к+1)-го разряда конвейерного операционного устройства, а именно: разряд переноса с выхода первого элемента ИЛИ 8 подается на первый вход переноса (к + 1) -го разряда устройства, информация с выходов шифратора 5 промежуточных сумм передается соответственно на второй выход переноса, первый и второй входы промежуточных сумм, первый вход сум мы (к+ 1)-го разряда устройства, прямой выход седьмого разряда первого регистра 1 соединен с первым управляющим входом (+1)-го разряда устройства, с выходов шестого и седьмого элементов И 12, 13 информация поступает на второй и третий входы сумм (Ф+1)-го разряда устройства, прямой выход одиннадцатого разряда первого регистра 1 поступает на второй управляю щий вход (1+1)-го разряда, прямые выходы тринадцатого и четырнадцатого разрядов первого регистра 1 соедине 4701 Оны соответственно с первым и вторым разрядами множителя (к + 1) -го разрчда устройства, выходы второго и третьего разрядов второго регистра 22 соединены с первым и вторым входами множимого (к +1)-го разряда конвейерного операционного устройства, выход суммы к-го разряда конвейерного операционного устройства подается на вход двенадцатого разряда первого регистра 1 (1-7)-го разряда конвейерного операционного устройства.Описанные выше преобразования повторяются для каждого разряда устройства. В случае избыточного кода результат вычисления принимается следующим образом: с выхода суммы четвертого разряда устройства снимается старший разряд переполнения, с выхода суммы пятого разряда - младший разряд переполнения (у произведения оба этих разряда должны быть нулями), с выхода суммы шестого разряда - старшая первая цифра результата и т.д;, с выхода суммы (п+5)-го разряда - и-я цифра результата, с выхода суммы (2 п+5)-го разряда - 2 п-я цифра результата. 2 п-разрядное произведение вычисляется за бп+5 тактов.Формула изобретенияКонвейерное операционное устройство, содержащее в каждом разряде одноразрядный двоичный сумматор, семь элементов И, три элемента ИЛИ, первый регистр и шифратор промежуточных сумм, причем выход переноса одноразрядного двоичного сумматора соединен с первым входом первого элемента И, выход которого 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 устройства, входы разрядов первого и второго операндов конвейерного операционного устройства соединены соответственно с входами первого и второго разрядов первого регистра, входы третьего и четвертого разрядов которого соединены с первым и вторым входами переноса данного разряда кои" вейерного операционного устройства, входы пятого и шестого разрядов пер 1254470 12.вого регистра соединены с первым и вторым входами промежуточных сумм данного разряда конвейерного операционного устройства, вход седьмого разряда первого регистра соединен с первым управляющим входом разряда конвейерного операционного устройства, входы восьмого, девятого и десятого разрядов первого регистра соединены соответственно с первым, 10 вторым и третьим входами сумм разряда конвейерного операционного устройства, выход третьего разряда первого регистра соединен с первым входом одноразрядного двоичного сумма тора, выход суммы которого подключен к первому входу шифраторапромежуточных сумм и к первому входу четвертого элемента И, выход которого, соединен с вторым входом третьего эле мента ИЛИ, выход переноса одноразрядного двоичного сумматора соединен с . вторым входом шифрагора промежуточ" ных сумм, выход четвертого разряда первого регистра соединен с первым 25 входом пятого элемента И, выход которого подключен к второму входу пер вого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом переноса следующего разряда конвейерного операционного устройства, выходы пятого и шестого разрядов первого регистрасоединены соответственно с третьими четвертым входами шифратора промежуточных сумм, прямой выход седьмого 35 разряда первого регистра соединенс вторыми входами первого и четвертого элементов И и с первым управляющим.входом следующего разряда конвейерного операционного устройства, ин версный выход седьмого разряда первого регистра соединен с вторыми входами третьего и пятого элеменшов И,прямой выход восьмого разряда первого регистра соединен с первыми вхоедами второго и шестого элементов И,инверсный выход восьмого разряда первого регистра соединен с первым входом седьмого элемента И, второй входкоторого соединен с вторым входом 50второго элемента И и подключен к прямому выходу девятого разряда первого регистра, инверсный выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И, выход десятого разряда пер вого регистра соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выходы шифратора промежуточных. сумм соединены соответственнц с вторым входом переноса, с первым и вторым входами промежуточных сумм и с первым входом суммы следующего разряда конвейерного операционного устройства, выходы шестого и сецьмого элементов И соединены соответственно с вторым и третьим входами сумм следуюшег о разряда конвейерного операционного устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения операции умножения в "золотых" 1-кодах, оно дополнительно содержит в каждом разряде второй регистр, семь элементов И, два элемента ИЛИ, причем входы первого и второго разрядоввторого регистра соединены соответственно с первым и вторым входами множимого данного разряда конвейерного операционного устройства, вход третьего разряда второго регистрасоединен с входом второго операнда конвейерного операционного устройства, первые входы девятого и десятого элементов И соединены соответственно с выходами первого и второгоразрядов первого регистра, вход одиннадцатого разряда которого соединен с вторым управляющим вхсдом разряда конвейерного операционного устройства, вход двенадцатого разряда первого регистра соединен с выходомсуммы последующего седьмого по счету от данного разряда конвейерного операционного устройства, входы тринадцатого и четьгрнадуатого разрядов первого регистра соединены соответственно с первым и вторым входами множителя данного разряда конвеиерного операционного устройства, прямой выход одиннадцатого разряда первого регистра соединен с вторым управляющим входом следующего разряда конвейсрного операционного устройства и с вторыщи входами девятого и десятого элементов И, выходы которых соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами одноразрядного двоичного сумматора, второй вход четвертого элемента ИЛИ соединен с выходом одиннадцатого элемента И, второй, третий и четвертый входы пятого элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого элементов И, первые входы которых соединены с1254470 Ъ Ъг 48 У.,14 чхпня с с Ь-г Ь Состяви гель А.Клюе Техред Л,Сердюков ктор В.Синицк Редактор Н,Слободяник Тираж 67 Государств елам изобр Москва, Жакаэ 4721/52 Подпинного комитета СССРтений и открытий5, Раушская наб., д о ИИПИ 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужг Проектная,первым входом одиннадцатого элементаИ и с инверсным выходом одиннадцатогоразряда первого регистра, выход двенадцатого разряда которого соединенс вторым входом одиннадцатого элемен-, 5та И, прямой выход тринадцатого разряда первого регистра соединен свторыми входами тринадцатого и четырнадцатого элементов И, инверсный выход тринадцатого разряда первого регистра соединен с вторым входом двенадцатого элемента И, третий входкоторого соединен с третьим входомчетырнадцатого элемента И и с прямымвыходом четырнадцатого разряда первого регистра, инверсный выход которогосоединен с третьим входом тринадцатого элемента И, выходы первого, второго и третьего разрядов второго регистра соединены соответственно с четвертыми входами двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого элементовИ, выходы второго и третьего разрядоввторого регистра соединены соответственно с первым и вторым входамимножимого следующего разряда конвейерного операционного устройства,прямые выходы тринадцатого и четырнадцатого разрядов первого регистрасоединены соответственно с первым ивторым входами множителя .яедующегоразряда конвейерного операционногоустройства, выход суммы данного разряда конвейерного операционного устройства соединен с входом двенадцатогоразряда первого регистра предыдущегоседьмого по счету от данного разрядаконв ейерного операционного устройства.