Ячейка однородной структуры Советский патент 1990 года по МПК G06F7/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь- овано для построения однородных вычислительных структур, выполняющих параллельную логическую и арифметическую обработку данных.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей ячейки Sa счет реализации операций арифметической обработки и коммутации дан- йых.

На фиг.1 приведена функциональная схема ячейки; на фиг.2 - организация Однородной структуры из ячеек, на фиг.3-7 - примеры функционирования однородной структуры при выполнении соответственно операций вычисления

0

логической функции от k переменных, подсчета единиц в двоичном векторе, .умножения двух двоичных чисел в двоичной системе счисления, двух операций коммутации информационных каналов.

Ячейка однородной структуры содержит информационные входы 1-5, настроечные входы 6-8, информационные выходы 9-13, мультиплексоры 14 и 15, элементы И 16-20, элементы ИЛИ 21-25, элементы ЗАПРЕТ 26-32, сумматор 33.

Однородная структура (фиг.2) содержит группы 34-38 информационных ® входов, группы 39-43 информационных выходов, вход 44 сигнала управления.

Ячейка реализует следующие логические функции:

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения однородных вычислительных структур, выполняющих параллельную логическую и арифметическую обработку данных. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей ячейки за счет реализации операций арифметической обработки и коммутации данных. Ячейка однородной структуры имеет информационные входы 1-5, настроечные входы 6-8, информационные выходы 9-13, мультиплексоры 14,15, элементы И 16-20, элементы ИЛИ 21-25, элементы ЗАПРЕТ 26-32, сумматор 33. Устройство выполняет следующие операции: вычисление логической функции от K переменных, подсчет числа единиц в двоичном векторе, арифметическое умножение двух чисел, арифметическое сложение двух чисел, конкатенация двух двоичных векторов, коммутация каналов. Кроме того, в ряде случаев в однородной структуре возможно совместное выполнение различных операций: совместно выполнимы операции вычисления логических функций от K переменных и вычисления числа единиц в двоичном векторе. 7 ил.

где

s (Sy V Ay)kV Spk;

p ( py)kV Pk Vsk;

x1 z,k(z2x V zat) V tk-,

t (z,Zj,xtV z,z2(xV t) V tz,zz V Oz,z2)k V xk;

,

V xSp V xSp V xSp, xSp V xSpV xSp.

I

А и В

соответственно являются значениями сигналов, формируемых на выходе суммы и выходе переноса сумматора} t,x,S,p,y - соответственно

сигналы, подаваемые на информационные выходы

1-5 ячейкиi ,,i i i i г У х Р t соответственно

сигналы, форми50

55

В зависимости от ния k, подаваемого н ство может работать жимах .

При поступлении с ходах элементов 26-3 сигнал логического элемента 20 - резуль на выходах элементов ния р и S. В результ няет функции:

(1)

0

5

руемые на информационных выходах 9-13 ячейки.

В зависимости от сигнала управления k, подаваемого на вход 6, устройство может работать в нескольких режимах .

При поступлении сигнала на выходах элементов 26-31 устанавливается сигнал логического О, на выходе элемента 20 - результат операции Sp, на выходах элементов 18 и 19 - значения р и S. В результате ячейка выполняет функции:

г I х х;

t1 -t;

при и

при z,0 и

при z,1 и

при и .

Пример формирования в однородной структуре древовидной схемы вычисле ния булевой функции

V Sy VAy; РУ;

, (4)

t x;

.

Такая ориентация ячеек однородной структуры позволяет выполнить в ней операции арифметического умножения и сложения в двоичной системе счисления.

Задача, которую решает устройство в данном режиме, заключается в формировании на группе выходов 39 однородной структуры двоичного числа, равного произведению двух положительных Двоичных чисел, поступающих в однородную структуру соответственно по йходам групп 35 и 38,

Для выполнения данной операции достаточно множимое подать на группу входов 35, причем младший значащий разряд числа должен быть подан на ход 35 , т.е. на вход 2 ячейки пер- feoro столбца первой строки. Множител Додается на группу входов 38 однородной структуры, причем младший значащий разряд числа должен быть подан на вход 384, т.е. на вход 5 ячейки Первого столбца первой строки. При Ьтом в ячейках каждого столбца однородной структуры в соответствии с системой (4) при наличии на входах 5 сигнала выполняется вычисле- «ие следующих функций:

о ™ А

(5)

:, .

В результате на выходах 9 (S ) ячеек столбцов, на входах 5 которых имеется сигнал , формируется сумма двух чисел по модулю 2, поступающих поразрядно на входы 3 (S) и 2 (х) этих ячеек. Одновременно с этим на выходах 11 (х1) ячеек этих же столбцов формируется копия двоичного числа, поступающего по входам 2 (х), причем копия сдвинута на один разряд в вертикальном направлении. В случае наличия на входах 5 ячеек структуры сигнала в этих ячейках выполняется вычисление следующих функций:

S S; Р Pi

х f,

(6)

У УВ результате на выходах S ячеек тех столбцов, в ячейки которых поступает сигнал у-0, формируется копия числа, поступающего по входам S, a на выходах х - сдвинутая на один разряд вниз по вертикали копия числа,

5

0

5

0

5

0

5

0

5

поступающего в ячейки по входам х. В результате выполнения таких преобразований на выходах S ячеек последнего столбца однородной структуры формируется двоичное число, равное произведению множимого и множителя. Пример выполнения операции умножения двух положительных чисел в двоичной системе счисления приведен на фиг.5, где множимое равно 01012, множитель равен 110, на входах S, x, t, p и выходах S , х , t , р1 ячеек однородной структуры приведены значения логических сигналов О или 1,значения сигналов на входах у и выходах у приведены только для ячеек первой строки, сигналы управления k,z1(zz и соответствующие им каналы в однородной структуре опущены. Для рассматриваемого на фиг.5 случая на выходах S ячеек первого столбца формируется первое частное произведение - число 0000г, а на выходах х - число 1010г. На выходах S ячеек второго столбца формируется второе частное произведение, равное сумме чисел 0000 Ј и 1010г, а на выходах х - число 10100j,. На выходах Sr ячеек столбца формируется третье частное произ- ведение;равное 111 110г - сумма чисел 101002. Далее с выходов S ячеек третьего столбца полученное третье частное произведение передается без изменения через остальные ячейки на выходы S ячеек последнего столбца однородной структуры. Это частное произведение и является искомым произведением для рассматриваемого примера, что и требуется. Причем младший разряд числа-произведения формируется на выходе S ячейки первой строки последнего столбца, следующий разряд - на выходе ячейки второй строки последнего столбца и т.д.

Задача, которую решает устройство в данном случае заключается в формировании на группе выходов 39 однородной структуры значения суммы по модулю 2 двух положительных чисел, первое из которых поступает в однородную структуру по входам группы 34, а второе по входам группы 35.

Устройство работает следующим образом.

Первое слагаемое подается на входы группы 34, а второе - на входы группы

Кроме операций арифметического умножения и сложения, при наличии сигнала в однородной структуре реализуются также операции коммутации

г

. данных из вертикальных информационных ходы с , а сигналы с входов t - на

каналов t-t в горизонтальные информационные каналы х-х и наоборот.

Задача, которую решает устройство в этом случае, заключается в формировании на группе выходов 41 вектора ...Ь, элементами которого являются элементы двоичного вектора

. X Q

,х„, поступающего на группу

входов 35 .,,35,.. . ,35П однородной структуры, и элементы двоичного вектора, поступающего на группу входов

.36,, ...tm. Причем

результирующий вектор имеет вид b

хпхгм

...t

...

соответственно

формируется на выходах 414,41g,.., 41 Ј однородной структуры. Однородная структура, ориентированная на выполнив этой .операции, соответственно должна иметь k столбцов и п строк. При этом в структуре из п строк и k столбцов для правильного выполнения рассматриваемой операции число элементов вектора t, подаваемого на группу входов 35, не должно превышать величины k-n. Если число элементов вектора t ft k-n, то k- о последних разрядов вектора b в этом случае дополняются нулями. Пример выполнения рассматриваемой операции в однородной структуре из четырех строк и восьми столбцов приведен на фиг.6, где по0

0

5

казана коммутация информационных каналов в ячейках структуры при . Управляющие входы ячеек на фиг.6 опущены. При поступлении в однородную структуру векторов х,х2х,х4 и t,tat,t,j на ее выходах из группы 41 формируется вектор ч t, .

Задача, которую решает устройство в этом случае заключается в формировании на группе 40 из п выходов однородной структуры из (пхп) ячеек значений элементов n-разрядного двоичного вектора, поступающего на группу входов 36, а на группе выходов 41 - элементов n-разрядного двоичного вектора, поступающего на входы группы 35 однородной структуры.

Для решения этой задачи достаточно подать на вход 44 однородной структуры сигнал . При этом в ячейках однородной структуры выполняются функции системы (4), т.е. сигналы с

входов х ячеек коммутиоуются на выг

ходы с , а сигналы с входов t - на

выходы х . Пример выполнения данной операции в однородной структуре из четырех строк и четырех столбцов при- веден на фиг.7, где графически показаны коммутируемые информационные каналы для рассматриваемого случая. Кроме того, в ряде случаев в однородной структуре возможно совместное выполнение различных операций: совместно выполнимы операции вычисления логических функций от k переменных и вычисления числа единиц в двоичном векторе, причем исходные данные для первой операции поступают по входам 35 и 36, а для второй - по входам 41 и 42.

Формула изобретения Ячейка однородной структуры, содержащая первый и второй информационные входы, первый и второй информационные выходы, первый и второй настроечные входы, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй мультиплексоры и элемент ЗАПРЕТ, причем первый информационный вход ячейки,соединен с первым входом первого элемента И, первым входом первого элемента ИЛИ, первым информационным входом первого мультиплексора и вторым информационным входом второго мультиплексора, второй информационный вход ячейки

соединен с вторым пходом первого эле- ,мента И, вторым входом первого элемента ИЛИ и первым информационным входом второго мультиплексора, первый настроечный вход ячейки соединен с первым управляющим входом первого мультиплексора, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго мультиплексора и вторым настроечным входом ячейки, второй информационный вход первого мультиплексора соединен с входом логического нуля ячейки, выход первого элемента И соединен с третьим информационным входом первого мультиплексора, четвертый информационный вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ЗАПРЕТ, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет реализации операций коммутации и арифметической обработки данных, она содержит сумматор, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы ЗАПРЕТ, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, третий, четвертый и пятый элементы И, третий, четвертый и пятый информационные входы, третий настроечный вход, третий, четвертый и пятый информационные выходы, причем выход первого мультиплексора соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с инверсным входом первого элемента ЗАПРЕТ, инверсным входом второго элемента ЗАП- РЕТ, первым входом третьего элемента-И, первым входом четвертого элемента И, первым входом пятого элемента И, третьим настроечным входом ячейки, первым инверсным входом третьего элемента ЗАПРЕТ,, инверсным входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, первым инверсным входом пятого элемента ЗАПРЕТ, инверсным входом шестого элемента ЗАПРЕТ

и первым прямым входом седьмого эле- элемента ИЛИ, четвертый информамента ЗАПРЕТ, выход, которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента ЗАПРЕТ,

ционный выход ячейки соединен с выхо дом четвертого элемента ИЛИ, пятый информационный выход ячейки соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

прямой вход которого соединен с первым информационным входом ячейки, второй информационный вход ячейки соединен с прямым входом первого элемента ЗАПРЕТ и входом первого слагаемого сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с третьим информационным входом ячейки, прямым

входом пятого элемента ЗАПРЕТ, вторым входом третьего элемента И и вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход

5 которого соединен с выходом пятого элемента И, второй вход которого соединен с четвертым информационным входом ячейки, входом переноса.сумматора, прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ и третьим входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым информационным выходом ячейки, второй

5 информационный выход ячейки соединен с первым прямым входом второго элемента ЗАПРЕТ, пятым информационным входом ячейки, вторым инверсным входом третьего элемента ЗАПРЕТ, первым прямым

0 входом четвертого элемента ЗАПРЕТ и вторым инверсным входом пятого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ,, третий вход которого соединен с выхог дом второго элемента ЗАПРЕТ, второй прямой вход которого соединен с выходом суммы сумматора, выход переноса которого соединен с вторым прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ,

Q выход которого соединен с третьим входом четвертого элемента ИЛИ, четвертый вход которого соединен с выходом третьего элемента ЗАПРЕТ, первый настроечный вход ячейки соединен

с с инверсным входом седьмого элемента ЗАПРЕТ, второй прямой вход которого соединен с выходом второго мультиплексора, третий информационный вы- ход ячейки соединен с выходом третьеционный выход ячейки соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, пятый информационный выход ячейки соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

36

Г

ФигЗ

37

38

ft Л

P

/

Фиг

{ i .s Vf, ьъ& Ч л

ffflr J/ЙЧгЙf j/ J44 У{ts/ iS

Фиг.5

,f « ,з Л ,

Редактор Н.Лазаренко

X3 хг Фие.1

Составитель М.Кауль

Техред М.Ходанич Корректор Л.Бескид

Заказ 1643

Тираж 564

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ C(JCP 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

4

tr tzt3 U

il Jli LLL HI

Подписное.