Устройство для умножения

)5 С Об Г 7 5 ИСАНИ ЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТ Бюл. Р 21кибернетикиковаенко(088.8)свидетельстс Об Р 7/5свидетельствС 06 Р 7/5 о СССР 1987. СССР 1984. Изобретениетельной техникествам умножениязовано при постустройств электмашин,тносится к вычисли-.в частности устрой- и может быть испольоении арифметических онных вычислительных Цель изобретенфункциональных вовыполнения операцивводе и-разрядногрядного множителях-х разрядов (ьНа чертеже изройства.Устройство длядва элемента 1 и я - расширениеможностей за счети умножения примножимого и и-разс произвольных2 уаи) ебражена схема уструппуумматоз 2 имножения содержизапрета, первый ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вычис - лительной технике и может быть использовано при построении арифмети-. ческих устройств электронных машин, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей .за счет вы-, полнения операции умножения при вводе и-разрядного множимого и и-раз" рядного множителя произвольных -х разрядов (х = 1,2и) . Устройство содержит два и-разрядных кольцевых реверсивных регистра, два элемента запрета, фиксаторы множимого и множителя, два элемента И, две группы из и элементов И, и-разрядные регистры множимого и множителя, и групп из и Формирующих элементов И, и групп из и фиксаторов состояния, и групп из и фиксирующих элементов И, три группыэлементов ИЛИ, четыре подключающих элемента .ИЛИ, шесть полусумматоров, три группы сумматоров разрядов, два элемента ИЛИ, 2 и-разрядный регистр результата. Устройство позволяет выполнять операцию умножения как при прямом, так и при об- Е ратном порядке расположения разрядов множимого и множителя, а также осуществлять суммирование частичных произведений при их произвольном фор"ФС мировании, 1 нл.Ю и-разрядный кольцевой реверсивный ре-гистр 3, фиксатор 4 множимого, вто- рррой кол ьцевой р ев ерсивный р егистр 5,фиксатор 6 множителя, два элементаИи 8, две группы из и элементовИ 9 и 10, и-разрядный регистр. 11 множимого и-разрядный регистр 12 множителя, и групп из и формирующих эле"ментов И 13, и групп из и фиксаторов ф14 состояния, и групп из и фиксирующих элементов И 15, первую группуа 3 а.элементов ИЛИ 16, четыре подключающих элемента ИЛИ 17.1-17.4, вторуюг элементов ИЛИ 18, шесть полус ров 191-19.6, вторую группуи сумматоров 20 разряда, 1654815А = а, ааза; а;а,ав =ь,ь,ьь,ььь) зо Всли разряды сомножителя А или В поступают в прямом порядке, т,е. Га;а+,а 2 а,а,а; а;,31)Ь 1 пй 1 ч сдвиг в соответствующих и-разрядных кольцевых регистрах 3 или 5 выполняется от старших к младшим разрядам этих регистров.Всли разряды сомножителя А или В поступают в обратном порядке, т,е,35 40 1.ююа,адаюа, а +ф ф 2ВвЙР+ р в соответствующих и-разрядных копьцевых реверсивных регистрах 3 или 5сдвиг выполняется от младших к стар-". шим разрядам этих регистров.Подготовка устройства к работе длится и тактов, на (и+1)-и такте начинается обработка разрядов сомножителей, также поступающих через входы 26 и 27 множимого и множителя, т.е. (и+1)-й такт является первым тактом работы устройства.1Так как в исходном состоянии Фиксаторы 4 и 6 множимого и множителя 45 50 третью группу из 2 псумматоров 21разряда, два элемента ИЛИ 22,1 и22.2, третью группу элементов ИЛИ23, первую группу из 20-4 сумматоров524 разряда, 2 п-разрядный регистр 25результата, входы множнмого 26 и множителя 27 устройства.Фиксаторы 4 и 6 множимого и множителя, Фиксаторы 14 состояния, разряды и-разрядных кольцевых реверсивныхрегистров 1 и 2, и-разрядных регистров 11 и 12 множимого и множителя,2 п-разрядного регистра 25 результатапостроены на двойных триггерах (КБили 1 К),В исходном состоянии и-разрядныекольцевые реверсивные регистры 3 и 5и 2 п-разрядный регистр 25 результатаобнулены. Фиксатор 4 множймого, Фиксатор 6 множителя, разряды и-разрядного регистра 11 множимого, разрядыи-разрядного регистра 12 множителяи Фиксаторы 14 состояния установле"ны в единичное состояние, 25Допустим, что множимое и множитель В соответственно равныф находятся в единичном состоянии,то снимаемые с их инверсных выходовнулевые значения разрешают прохождение информации через первый 1 и вто"рой 2 элементы запрета и блокируютее прохождение через первый 7 и второй 8 элементы И,При подготовке устройства к работе единичный сигнал в 1"м разрядекода записывается в и-й разряд первого и-разрядного кольцевого реверсивного регистра 1 и сбрасывает "0" вфиксатор 4 множимого.В результате единичный сигнал синверсного выхода Фиксатора 4 множимого блокирует первый элемент 1 запрета и разрешает прохождение информации через первый элемент И 7. Таккак код имеет одно единичное значение, то поступление остальных нулевых разрядов кода до сдвига его еди"яичного значения в 1-й разряд первого п"разрядного кольцевого реверсивного регистра 1 не оказывает влиянияна разряды и-разрядного регистра 1.1множимого. Такую же функцию, но длямножителя, выполняют второй элемент2 запрета, второй элемент И 8 и фиксатор 6 множителя, который сбрасывается в нулевое состояние, когда единичный сигнал в 1-м разряде кода записывается в и-йразряд второгоп-разрядного кольцевого реверсивного регистра 2, Таким образом, и управляющая информация, и разряды сомножителей поступают в устройство черезодни и те же входы 26 и 27 множимого и множителя.Запись единичной информации в раз"ряд и-разрядного регистра 11 множимого или в разряд п-разрядного ре-гистра 12 множителя производится через вход установки в "0" данного разряда. В результате записанная информация фиксируется в данном разряде иснимается с инверсного выхода разряда, поддерживаясь на протяжении всего времени выполнения операции умножения над данной парой множимого Аи множителя В,Работа Формирующих элементов И 13,Фиксаторов 14 состояния и фиксирующихэлементов И 15 заключается в формировании и одноразовом использовании длясуммирования соответствующей данномуформирующему элементу И 13 компоненты частичного произведения. Последующий сброс в "О" соответствующего1654815 50 5фиксатора 14 состояния после завершения суммирования сформированнойединичной компоненты частичного произведения блокирует фиксирующий элемент И 15, исключая его повторноесуммирование. При этом не требуетсясдвигов формируемых сумм частичныхпроизведений.Суммирование частичных произве"дений выполняется полусумматорами 19,сумматорами 20, 21 и 24 разрядов припомощи элементов ИЛИ 17, 18 и 23 первой, второй и третьей групп, четырехподключающих элементов ИЛИ 17 и первого и второго элементов ИЛИ 22,При умножении с произвольных разрядов сомножителей в одном такте образуется не более двух частичныхпроизведений с одним весом разрядов.Первая группа элементов ИЛИ 17, 2 п сумматоров 20 разрядов и вторая группа элементов ИЛИ 18, 2 псумматоров21 разрядов исключают соответственнопотерю разряда с единичным значениемпри одновременном формировании двухчастичных произведений с одним весомразрядов Формирующими элементамиИ 13 соседних групп или формирующимиэлементами И 13 несоседних групп.Обе возможные ситуации объединяютсятретьей группой элементов ИЛИ 23 исумматорами 24 разрядов. После выполнения умножения над парой сомножителей А и В результат операции умножения находится в 2 п-разрядном регист ре 25 результата. Если умножениеследующей пары сомножителей А и Ввыполняется с тех же разрядов х и 1сомножителей, то перед поступлениемразрядов сомножителей разряды и-раз 40рядных регистров 11 и 12 множимогои множителя и фиксаторы 14 состоянияустанавливаются в единичное состояние, а разряды 2 п-разрядного регистра25 результата обнуляются (сигналы45установки не показаны) . Если умножение следующей пары множимого А и множителя В необходимо выполнить с других разрядов д, то необходимо повторить и тактов подготовки устройства к работе тре" буемых разрядов.Рассмотрим работу устройства при прямом порядке поступления разрядов сомножителей.В первом такте работы устройства на вход 26 множимого поступает значение,1-го разряда множимого а;, ко 6торое записывается в -й разряд а-разрядного регистра 11 мнозимого. Одновременно на вход 27 множителя поступает значение 1-го разряда множителя Ь, которое записывается в1-й разряд и-разрядного регистра 12 множителя.Во втором такте работы устройства на вход 26 множимого поступает значение (+1)-го разряда множимого акоторое записывается в (и+1)-й разряд и-разрядного регистра 11 множимого, а на вход 27 множителя поступает значение (-1)-го разряда множителя, которое записывается в (1+1)-й разряд п-разрядного регистра 12 множителя. На выходе -го фиксирующего элемента И 15 1-й группы появляется значение первого частичного произведения а;Ь которое суммируется с нулевым значе - нием суммы частичных произведений, и значение первой суммы частичных произведений помещается в 2 п-разрядный регистр 25 результата.В третьем такте работы устройства на вход 26 множимого поступает значение (+2)-го разряда множимого а; которое записывается в (д+2)-й разряд п-разрядногорегистра 11 множимого, а на вход 27 множителя поступает значение (1+2)-го разряда множителя, которое записывается в (1+2)-й разряд и-разрядного регистра 12 множителя, Одновременно на выходах х-го фиксирующего элемента И 15 (+1)-й группы и (д+1)-х фиксирующих элементов И 15 1-й и (1+1)-й групп появля- ются сформированные компоненты второго частичного произведения а;Ь а;Ь, а;Ькоторые суммируются со зйачением первого частичного произведения, и значение второй суммы частичных произведений помещается в 2 п-разрядный регистр 25 результата, 1Аналогично в и-м такте работы устройства на вход 26 множимого поступает значение (ь)-го разряда множи" мого а;которое записывается в (1)-й разряд и-разрядного регистра 11 множимого, а на вход 27 множителяпоступает, значение (-1)-го разряда множителя Ъкоторое записывается в (-1)-й разряд и-разрядного регистра 12 множителя. Одновременно на выходах соответствующих Фиксирующих элементов И 25 групп появляются сформированные компоненты (и)-го частичного произведенияДля умножения с тех же разрядов сле-,дующей пары сомножителей А и В разряды п-разрядных регистров 11 и 12множимого и множителя и Фиксаторы 14состояния устанавливаются в единичное 5состояние, а разряды 2 п-разрядногорегистра 25 результата обнуляются.Рассмотрим работу устройства припрямом порядке поступления разрядов. множимого А и обратном порядке поступления разрядов множителя В,В первом такте работы устройствав х-й разряд и-разрядного регистра 11множимого записано значение д-го раз 5ряда множимого а а в -й разряди-разрядного регистра 12 множителязначение 1-го разряда множителя Ь.Во втором такте работы устройствана вход 26 множимого поступает зна 20чение (1+1) -го разряда множимогоа;+, которое записывается в (х+1)-йразряд и-разрядног о р егис тра 11 множимого, а на вход 27 множителя поступает значение Ц)-го разряда множителя Ь, которое записывается вЦ)-й разряд и-разрядного регистра12 множителя. Одновременно на выходех-го Фиксирующего элемента И 15 1-йгруппы появляется сФормированное зна Очение первого частичного произведенияа Ь которое после суммирования с нуФлевым значением суммы частичных произведений в виде первой суммы частичных произведений записывается в 2 п 35разрядный регистр 25 результата.В третьем такте работы устройствана вход множимого поступает значениеЯ+2)-го разряда множимого а которое записывается в (+2)-й разряди-разрядного регистра 11 множимого,а на вход 27 множителя поступает значение (1-2)-го разряда множителя Ь .которое записывается в (1-2)-й раз"ряд и-разрядного регистра 12 множите-ля. Одновременно на выходах х-го Фиксирующего элемента И 15 (-1)-й и1-й групп появляются сФормированныекомпоненты второго частичного произведения а,Ь а;,Ь , а,Ь, которые сумьяруются со значением первогочастичного произведепия, и значениевторой суммы частичных произведенийзаписывается в 2 п-разрядный регистр25 результата.Аналогично в и-м тахте работы устройства на вход 26 мнокимого поступает значение (х.-1)-го разряда множнмого а; 1, которое записывается в О(1-1)-й разряд п-разрядного регистра11 множимого, а на вход 27 множителяпоступает значение Ц+1) -го разрядамножителя Ь , которое записываетсяв Ц+1)-й разряд и-разрядного регистра 12 множителя. Одновременно на выходах соответствующих Фиксирующих,элементов 25 групп появляются сФормированные компоненты (и) -го частичного произведе ия а;Ь;Ф 2 а . Ь 1+г эадЪ 2, а, Ь 2+ а.2 Ь 12,а,-,Ь+2 фч Ь, а Ь , которые суммируются со значенйем (и)-й суммы частичных произведений, и значение(и)-й суммы частичных произведенийпомещается в 2 п-разрядный регистр 25результата,В (и+1) -м такте работы устройствана выходах соответствующих Фиксируютк элементов 25 групп появляютсясФормированные компоненты и-го частичного произведения а,Ь а;Ь+,134 а Ьфап 1 ф ф а ф а 2 Ь ,а, -Ь,ф 1,суммируются со значейием (и)-йсуммы частичных произведений, и значение результата операции умножения первой кары сомножителей А и В помещается в 2 п-разрядный регистр 25 результата. Перед умножением с тех же разрядови 1 следующей пары сомножителей А и В нужно установить в единичное состояние разряды и-разрядных регистров 11 и 12 множимого и множи-. теля и Фиксаторы 14 состояния, а разряды 2 п-разрядного регистра 25 результата нужно установить в нулевое состояние (сигналы установки не показаны).Ф о р и у л а и з о б р е т е н и яУстройство для умножения, содержащее и-разрядные регистры множимого и множителя (и - разрядность сомножителей), первую и вторую группы из и и пэлементов И соответственно, два полусумматора, первую группу из 2 псумматоров разряда и 2 п-разрядный регистр результата, вход 1-го разряда которого соединен соответственно с выходом суммы сумматора 1-го разряда (1 = 3,4,2 п-З);, выход переноса котброго соединен соответственно с первым входом сумматора (1-1)-го разряда, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 11 1 б 54815 12 что, с целью расширения Функциональ- ный выход которого соединен с инверсных возможностей за счет выполнения ным входом второго элемента запрета операции умножения при вводе п-раз- и вторым входом второго элемента И, рядного множимого н п-разрядного мно- инверсный выход х-го разряда и-разяителя с произвольных х-х разрядов 5 рядного регистра множимого соединен ( = 1 п), введены два и-разряд- соответственно с первым входом -го ных кольцевых реверсивных регистра, фиксирующего элемента И 1-й группы два элемента запрета, Фиксаторы мно- ( = 1,2п), вторые входы х-х жимого и множителя, два элемента И, Формирующих элементов И в каждой груп- один элемент И в вторую группу элеменпе объединены и соединены соответсттов И, и групп из п формирующих эле- венно с инверсным выходом 1-го разментов И, п групп из п Фиксаторов сос- ряда п-разрядного регистра множителя, тояния, и групп из п фиксирующих эле- выход х-го формирующего элемента И ментов И, п групп изи Фиксаторов 1-й группы соединен соответственно с состояния, три группы из 4 п, 4 п15 первым входом х-го фиксирующего элеи 4 пэлементов ИЛИ соответственно мента И 1-й группы и входом установчетыре подключающих элемента ИЛИ -че- ки в "0" х-го фиксатора состояния тыре полусумматора, вторую и третью ,1-й группы, прямой выход которого со" . группы из 2 пи 2 псумматоров раз- единен соответственно с вторым вхоряда соответственно и два элемента 20 дом х-го фиксирующего элемента И 1-й ИЛИ, выходы которых соединены соответ- группы, выход первого Фиксирующего ственно с входами первого и 2 п-го элемента И первой группы соединен о разрядов 2 п-разрядного регистра ре- первым входом первого полусумматора, зультата, выходы которых соединены второй вход которого соединен с выс первыми входами соответственно пер- ходом второго разряда 2 п-разрядного вого и второго элементов ИЛИ, вход регистра результата, вход второго множимого устройства соединен с пря- разряда которого соединен с выходом мым входом первого элемента запрета и суммы сумматора второго. разряда первым входом первого элемента И, вто" первой группы, выход переноса которо" рой вход которого соединен с инверс го соединен с вторым входом первого ным выходом Фиксатора множимого и элемента ИЛИ, третий вход которого инверсным входом первого элемента соединен с выходом переноса первого запрета, выход которого соединен с полусумматора, выход суммы которого входомустановки в "О" Фиксатора мно- соединен с вторым входом сумматора жимого и входом п-го разрядагпервого З 5 второго разряда первой группы, вып-разрядного кольцевого реверсивного ходы второго фиксирующего элемента регистра,. выход х-го разряда которого 1 И первой группы и второго фиксирую- соединен соответственно с первыМ вхо- . . щего элемента И второй грУппы соеди- дом. х-го элемента И первой группы, вы" нены соответственно с первым и втоход первого элемента И соединен е 40 Рым входами сумматора третьего разряобьединенныьи вторыми входами элемен-, да второй группы, третий вход которо" тов И первой группы, выходы которых го соединен с выходом третьего разрясоединены с входаж установки в "0" да 2 п-Разрядного Результата, выход соответствующих разрядов п-разряд- третьего фиксирующего элемента И перного регистра множимого, вход множи- а 5 вой гРуппы соединен с первыми входа", теля устройства соединен с прямым ми первого и второго подключающих входом второго элемента запрета и элементов КПИ, вторые входы которых первым входом второго элемента И, соединены соответственно с выходами1 выход которого соединен с первым вхо- первого фчксирующего элемента И третьдом х-го элемента И второй группы, 50,ей гРуппы и второго фиксирующего элевыход которого соединен с входом ус мента И второй группы, а выходы - с тановки в "О" соответственно х-го первыми входами соответственно второразряда п-разрядного регистра множи- го и третьего полусумматоров, выхоД теля, а второй вход - с выходом х-го (Р-Й)-го Фиксирующего элемента И й-й разряда второго кольцевого реверсив группы (Р-разряд Результата, р = 5,6, ного регистра, вход и-го разряда ко-ф 2 п-З, Й = 1,3,5,,и) соединен торого соединен с выходом второго соответственно с входом (Р"4)-го не- элемента запрета и выходом установки четного элемента ИЛИ первой группы, в "0" фиксатора множителя, инверс- выход которого соединен соответственно с первым вхоцом сумматора р-го разряда второй группы, выход (р-ц)-го фиксирующего элемента И и-й группы (Ч = 2,4,6 п) соединен соответственно с входом (р)-го четного элемента ИЛИ первой группы, выход которого соединен соответственно с вторым входом сумматора р-го разряда второй группы, выход (р-Ь)"го фиксирующего элемента И Ь-й группы (Ь =1,2+ 1,+ 4,+ 5 и " 3, и - 2) соединен соответственно с входом (р)-го нечетного элемента ИЛИ второй группы, выход кото 15 рого соединен с первым входом сумматора р-го разряда третьей группы, выход (р-О "го фиксирующего элемента И К-й группы (й = 3,4,7,8. . . 1 - 2, х - 1 з, + 2 1 + 3 и - 1, и)Ф20 соединен соответственно с входом (р)-го четного элемента ИЛИ второй группы, выход которого соединен соответственно с вторым входом сум" матора р-го разряда третьей группы, выход и-го фиксирующего элемента И (и)-й группы соединен с первыми входами третьего и четвертого подключающих элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами (и)-го фиксирующего элемента И п-й группы и (и)-го фиксирующего элемента И (п)-й группы, а выходы - с первыми входами четвертого и пятого попусумматоров, выходы и-го фиксирующего элемента И (п)-й 35 группы и (и)-го фиксирующего элемента И и-й группы соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора (2 п)-го разряда второй группы, выход суммы которого соединен 40 с входом (2 п)-го разряда 2 и-разрядного регистра результата, выход (2 и)-го разряда которого соединен с третьим входом сумматора (2 и)-го разряда второй группы, выход перено45 са которого соединен:с первым входом шестого полусумматора, выход которого соединен с входом (2 п)-го разряда 2 п-разрядного регистра результата, выход п-го фиксирующего элемента И50 и-й группы соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, третий вход сумматора второго разряда первой группы соединен с выходом переноса сумматора третьего разряда второй группы, выход суммы которого соединен с вторым входом сумматора третьегоразряда первой группы, выход р-горазряда 2 п-разрядного регистра результата соединен соответственно стретьими входами сумматоров р-х разрядов второй и третьей групп, выходы переносов второго и третьего полусумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами первогоэлемента ИЛИ третьей группы, выходкоторого соединен с третьим входомсумматора третьего разряда первойгруппы, выходы суммы второго и третьего полусумматоров соединены соответ"ственно с первым и вторым входамивторого элемента ИЛИ третьей группы,выход которого соединен с вторым входом сумматора четвертого разряда первой группы, выходы переноса сумматора р-х разрядов второй и третьейгрупп соединены соответственно с первым и вторым входами (р)-го нечетного элемента ИЛИ третьей группы,первый и второй входы (р)-го четного элемента ИЛИ третьей группы соединены соответственно с выходами суммысумматоров р-х разрядов второй итретьей групп, выходы (р)-х нечетных и четных элементов ИЛИ третьейгруппы соединены соответственно свторым входом сумматора (р)-го разряда первой группы и третьим входом сумматора р-го разряда первойгруппы, выходы переносов четвертогои пятого полусумматоров соединенысоответственно с первым и вторым вхадами (4 п)-го элемента ИЛИ третьейгруппы, выход которого соепинен стретьим входом сумматора (2 п)-горазряда первой группы, выходы суммычетвертого и пятого полусумматоровсоединены соответственно с первым ивторым входами (4 и)-го элементаИЛИ третьей группы, выход которогосоединен с вторым входом шестого полусумматора, выходы четвертого и(2 п)-го разрядов 2 п-разрядного регистра результата соединены соответственно с вторыми входами второго,третьего, четвертого и пятого полусумматоров, выход р-го разряда 2 празрядного регистра результата соеди- .нен соответственно с третьими входами сумматоров р-х разрядов второйи третьей групп, 1654815