Сумматор Советский патент 1992 года по МПК G06F7/50 

3

И-НЕ, выход шестого элемента И-НЕ соединен с первым входом пятого элемента, ИЛИ-НЕ, выход седьмого элемента И-НЕ соединен с первым входом шее того элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом первого разряда сумматора.

Недостатком данного сумматора является низкое быстродействие, обус- ловленное тем, что задержка распространения переноса через один разряд равна сумме задержек элемента И и элемента ИЛИ.

Целью изобретения является повы шение быстродействия путем использовния отдельных цепей распространения переносов, сформированных в разных разрядах.

Поставленная цель достигается тем, что сумматор, содержащий элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем входы элементов И-НЕ с первого по четвертый соединены с входами соответствующих разрядов перво- го и второго операндов сумматора, а выходы - с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ-НЕ, выходы второго и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с первыми входами соответственно пятого и шестого элементов И-НЕ, выход шестого элемента И-НЕ соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход седьмого элемента И-НЕ соединен с первым входом шестого элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом первого разряда Сумматора, содержит элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ, причем входы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ с первого по четвертый соединены с соответствующими входами соответст- вующих элементов И-НЕ, выход первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ соединен с первыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и седьмого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы которых соединены с входом инверсии переноса сумматора, выходы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ с второго по четвертый соединены с первыми входами элементов ИЛИ-НЕ соотвественно с восьмого по десятый и с входами элементов НЕ соответственно с пятого по седьмой, выходы которых соединены с первыми входами соответственно восьмого, седьмого и девятого элементов И-НЕ, вторые входы ко

$

0 5 5 0 5

0

5

0

торых соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ соответственно с седьмого по девятый, выход седьмого элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы эле- ментов ИЛИ-НЕ с второго по четвертый соединены с выходами элементов ИЛИ- НЕ соответственно с восьмого по десятый, вторые входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ соответственно с первого по третий, выходы шестого и седьмого элементов НЕ соединены с входами соответственно восьмого и девятого элементов НЕ, выходы которых соединены соответственно с первым входом одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ и входом десятого элемента НЕ, выход восьмого элемента И-НЕ соединен с вторыми входами пятого элемента И-НЕ и одиннадцатого элемента ИЛИ- НЕ, выход которого соединен1 с первым входом двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом десятого элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами седьмого элемента И-НЕ и третьего элемента ИЛИ-НЕ, выходы пятого, восьмого и десятого элементов НЕ соединены с первыми входами элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ соответственно с пятого по седьмой, выходы которых подключены к выходам разрядов сумматора соответственно с второго по четвертый, а вторые входы соединены соответственно с выходами первого элемента ИЛИ-НЕ, пятого элемента И-НЕ и двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ, выход девятого элемента НЕ соединен с вторым входом шестого .элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом одиннадцатого элемента И-НЕ, выход которого соединен с выходом переноса сумматора, а второй вход - с выходом двенадцатого элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами одиннадцатого элемента ИЛИ-ИЕ и десятого элемента НЕ, выход девятого элемента И-НЕ соединен с вторым входом шестого элемента И-НЕо

Предлагаемая схемотехническая организация сумматора позволяет последовательно формировать разряды суммы с очень малым шагом задержки сигнала от разряда к разряду, равным задержке на одном двухвходовом элементе И-НЕ и ИЛИ-НЕ, Начальная

5173F8M

ания младшего раз- сумме задержек сигРАВНОЗНАЧНОСТЬ и То есть задержка игналов от разря1-го (разряда суммы

+ 1)-1и/ии

+t

®

5 ч п н г н ф н

где t

- задержка элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ;

СИ/ИАИ Усредненная задержка элементов 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ; t& - задержка элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Тогда шаг задержки сигнала от разряда к разряду суммы равен

V,

+ 1 - Ч: Ч/или

Достигается это следующим образом.

Работу четырехразрядного сумматора можно описать следующими логическими выражениями:

S, - Р, © Сьх j

5г - P2®(G,VCexAPi);

8Э - ,ЛРгУСмЦРгЛР,);

s4 ©(G GtAp /G pji vcaxA

ЛР$АР2ЛР,Х

We G4Y G jA P4 Y G2 Л Р4АРЭ V G, Л Р4Л Р, л APtVCwAP4AP,AP2AP, ,

где S; i-й рязряд суммы;

Р- а;$Ь; - полусумма 1-х разрядов слагаемых (или признак распространения переноса через i-й разряд); CBX входной перенос сумматора; Gj « ajAbJ - признак генерации переноса из i-то разряда; Cj y-jjibixonHofi перенос сумматора; i - 1,4.

После несложных логических преобразований получаем новые выражения, описывающие работу сумматора:

S| Р4©СбХ

S2 - P2©(G,V()))

1(GjYGVYjAPtACCajTP,));

S4 - Р„@(G}VG2VP3AP3(VGQJ7gVP VPtД A());

свы С4УС УР4ЛР4 Лц(СгУРз) P Л )ЛР4ЛР3У Р2 Л ( Pt ).

10

5 Из полученных выражений видно, что для формирования каждого последующего разряда суммы достаточно выполнить только одну (или несколько, но параллельно) дополнительную логическую операцию 2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ над уже имеющимися промежуточными функциями, полученными при формировании предыдущего разряда суммы,

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого сумматора

Сумматор содержит элементы И-НЕ 1-12, ИЛИ-НЕ , НЕ 25-ЗА и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35, причем входы элементов И-НЕ с первого по четвертый соединены с входами соответствующих разрядов первого 36-39 и второго операндов сумматора, а выходы - с входами соответствующих эле- ментов НЕ 25-28, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ-НЕ 13-16, выходы второго и четвертого 1 и 16 элементов ИЛИ-НЕ соединены с первыми входами соответственно пятого 5 и шестого 0 6 элементов И-НЕ, выход шестого элемента И-НЕ 6 соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ 17, выход седьмого элемента И-НЕ 7 соединен с первым входом шестого элемента 5 ИЛИ-НЕ 18, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35 соединен с выходом первого разряда сумматора и. Сумматор содержит элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 5-51, причем входы элементов РАВНОЗНАЧ- 0 НОСТЬ k$-k& с первого по четвертый соединены с соответствующими входами элементов И-НЕ 1-А, выход первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 5 соединен с первыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮ- 5 ШЕЕ ИЛИ 35 и седьмого элемента ИЛИ-НЕ 19, вторые входы которых соединены с входом инверсии переноса 52 сумматора, выходы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ с второго по четвертый ц 0 соединены с первыми входами элементов ИЛИ-НЕ 20-22 соответственно с восьмого по десятый и с входами элементов НЕ 29-31 соответственно с пятого по седьмой, выходы которых соеди- нены с первыми входами соответственно восьмого 8, седьмого 7 и девятого 9 элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ 19-21 соответственно с седьмого по девятый, выход седьмого элемента ИЛИ-НЁ 19 соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ 13, вторы входы элементов ИЛИ-НЕ 14-16 с второго по четвертый соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ 20-22 соответственно с восьмого по десятый, вторые входы которых соединены с выходами элементов И-НЕ 1-3 соответственно с первого по третий, выходы шестого 30 и седьмого 31 элементов НЕ соединены с входами соответственно восьмого 32 и девятого 33 элементов НЕ, выходы которых соединены соответственно с первым входом одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ 23 и входом десятого элемента НЕ 3, выход восьмого элемента И-НЕ 8 соединен с вторыми входами пятого элемента И-НЕ 5 и одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ 23, выход которого соединен с первым входом двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ 24, второй вход которого соединен с выходом десятого элемента И-НЕ 10, входы которого соединены с выходами седьмого элемента .И-НЕ 7 и третьего элемента ИЛИ-НЕ 15, выходы пятого 29, восьмого 32 и десятого 34 элементов НЕ соединены с первыми входами элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-51 соответственно с пятого по седьмой,, выходы которых подключены к выходам разрядов сумматора 53-55 соответственно с второго по четвертый, а вторые входы соединены соответственно с выходами первого элемента ИЛИ-НЕ 13, пятого элемента И-НЕ 5 и двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ 24, выход девятого элемента НЕ 33 соединен с вторым входом шестого элемента ИЛИ- НЕ 18, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ 17 выход которого соединен с первым входом одиннадцатого элемента И-НЕ 11, выход которого соединен с выходом переноса сумматора 56, а второй вход - с выходом двенадцатого элемента И-НЕ 12, входы которого соединены с выходами одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ 23 и десятого элемента НЕ 34, выход девятого элемента И-НЕ 9 соединен с вторым входом шестого элемента И-НЕ 6 о

Устройство работает следующим образом.

Первый - четвертый элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45-48 формируют с перво- го-четвертого разрядов 36-39 первого

входного слагаемого и соответственно с первого-четвертого разрядов 40-43 второго входного слагаемого соответствующие инверсии полусумм или, что в данном случае одно и то же, инверсии разрядных признаков распространения переносов. Первый-четвер- тый элементы 2И-НЕ 1-4 формируют с первого-четвертого разрядов 36-39 первого входного слагаемого соответственно с первого-четвертого разрядов 40-43 второго входного слагаемого соответствующие инверсии разрядных

5 признаков генерации переносов. Первый разряд суммы 44 формируется элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35 из инверсного входного переноса сумматора 52 и инверсного первого разряда полусумм с выхода первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45. Второй-четвертый раз- . ряды 53-55 суммы формируются пятым- седьмым элементами РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-51 из соответственно второго, ин5 версного третьего и четвертого разрядов полусуммы с выходов соответственно второго элемента НЕ 29, восьмого элемента НЕ 32 и десятого элемента НЕ 34 и из соответственно инверсии переноса- во второй разряд, переноса в третий разряд и инверсии переноса в четвертый разряд полусуммы с выходов соответственно первого элемента 2ИЛИ-НЕ 13, пятого элемента 2И-НЕ 5 и двенадцатого элемен5 та 2ИЛИ-НЕ 24. Инверсия переноса во второй разряд полусуммы формируется посредством седьмого элемента 2ИЛИ- НЕ 19, первого элемента НЕ 25 и первого элемента 2ИЛИ-НЕ 13 из инверсии входного переноса сумматора 52, инверсии первой полусуммы с выхода первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 45 и из признака генерации переноса с выхода первого элемента 2И-НЕ„

5/

Перенос 6 третий разряд полусуммы формируется посредством элементов используемых для формирования второ0 го разряда полусуммы и инверсии переноса к нему, -а также восьмого элемента 2ИЛИ-НЕ 20, восьмого-элемента 2И- НЕ 8, второго элемента НЕ 26, второго элемента 2ИЛИ-НЕ 14 и пятого элеj мента 2И-НЕ 5. Входная информация для них снимается с выходов первого 45 и второго 46 элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ и с выходов первого 1 и второго 2 элементов 2И-НЕ,

0

0

Инверсия переноса в четвертый разряд полусуммы формируется посредством лементов, используемых для формирования второго и третьего разрядов поусумм и переносов к ним, а также девятого элемента 2ИЛИ-ИЕ 21, седьмого элемента 2И-НЕ 7, одиннадцатого элемен- a 2ИЛИ-НЕ 23,третьего элемента НЕ 27, ретьего элемента 2ИЛИ.-НЕ 15, десятого элемента 2И-НЕ, двенадцатого элеента 2ИЛИ-НЕ 2k. Входная информация ля них снимается с выходов первого- третьего элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ Ц$- 47 и с выходов первого-третьего элементов 2И-НЕ 1-3.

Выходной перенос 56 сумматора формируется посредством элементов, используемых для формирования второ- го-четвертого разрядов полусуммы и переносов к ним, а также десятого элемента 2ИЛИ-НЕ 22, девятого элемента 2И-НЕ 9, пятого 17 и шестого 18 элементов 2ИЛИ-НЕ, одиннадцатого 11 и двенадцатого 12 элементов 2И-НЕ четвертого элемента НЕ 28, четвертого элемента 2ИЛИ-НЕ 16, шестого элемента 2И-НЕ 6„ Входная информация для них снимается с выходов первого- четвертого элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ и с выходов первого-четверто- го элементов 2И-НЕ

Шестой элемент НЕ 30, восьмой элемент НЕ 32 в цепи формирования инверсии третьего разряда полусуммы и девятый 339 десятый 3 элементы НЕ в цепи формирования четвертого разряда полусуммы позволяют равномерно распределить нагрузки на выходы элементов сумматора, так чтобы максимальная нагрузка на выходе лю-. бого элемента не превышала двух входов последователей, что может быть необходимо при реализации сумматора в КМОП базисе

Таким образом заявляемый сумматор позволяет последовательно формировать разряды суммы с очень малым шагом задержки сигнала от разряды к разряду, равным задержке на одном двухвходовом элементе И-НЕ или ИЛИ- НЕ, в....то время как у известного сумматора шаг задержки сигнала от разряда к разряду нерегулярный и большой (от 1 до 3 элементов). Указанное свойство заявляемого сумматора позволяет успешно использовать его при разработке быстродействующих сумматоров для чисел с плавающей запятой,

где требуется с максимальной скоростью формировать разряды суммы для управления параллельным быстродействующим сдвигателем выравнивания порядков,, Известный сумматор не поз- воляет обеспечить требуемую скорость формирования разрядов суммы для управления сдвигателем.

Формула изобретения

5

5

о

о

Сумматор, содержащий элемент И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем входы элементов И-НЕ с первого по четвертый соединены с входами соответствующих разрядов первого и второго операндов сумматора, а выходы - с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ-НЕ, выходы второго и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с первыми входами соответственно пятого и шестого элементов И-НЕ, выход шестого элемента И-НЕ соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход седьмого элемента И-НЕ соединен с первым входом шесто- го элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом первого разряда сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, сумматор содержит элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ, при5 чем входы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ с первого по четвертый соединены с соответствующими входами соответствующих элементов И-НЕ, выход первого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ соединен

0 с первыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и седьмого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы которых соединены с входом инверсии переноса сумматора, выходы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ с

5 второго по четвертый соединены с первыми входами;элементов ИЛИ-НЕ соответственно с восьмого по десятый и с входами элементов НЕ соответственно с пятого по седьмой, выходы кото0 рых соединенч с первыми входами соответственно восьмого, седьмого и девятого элемента И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ соответственно с седь5 мого по девятый, выход седьмого элемента ИЛИ-НЕ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы элементов ИЛИ-НЕ с второго по

четвертый соединены с выходами элементов ИЛИ-НЕ соответственно с восьмого по десятый, вторые вхрлы которых соединены с выходами элементов И-НЕ соответственно с( первого по третий, выходы шестого и седьмого элементов НЕ соединены с входами соот ветственно восьмого и девятого элементов НЕ, выходы которых соединены соответственно с первым входом одиннадцатого элемента ЙЛИ-НЕ и входом десятого элемента НЕ, выход восьмого элемента И-НЕ соединен с вторыми входами пятого элемента И-НЕ и одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом десятого элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами седьмого элемента И-НЕ и третьего элемента ИЛИ-НЕ, выходы пятого, восьмого и десятого элементов НЕ соединены с первыми входами элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ соответственно с пятого по седьмой, выходы которых подключены к выходам разрядов сумматора соответственно с второго по четвертый, а вторые входы соединены соответственно с выходами первого элемента ИЛИ-НЕ, пятого элемента И-НЕ и двенадцатого элемента ИЛИ-НЕ, вы- ход девятого элемента НЕ соединен с вторым входом шестого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с 3 первым входом одиннадцатого элемента И-НЕ, выход которого соединен . с выходом переноса сумматора, а второй вход - с выходом двенадцатого эле- мента И-НЕ, входы которого соедине- 0 ны с выходами одиннадцатого элемента ИЛИ-НЕ и десятого элемента НЕ, вы ход девятого элемента И-НЕ соединен с вторым входом шестого элемента И-НЕ,

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствах ЭВМ. Целью изобретения является повышение быстродействия путем использования отдельных цепей распространения переносов, сформированных в разных разрядах. Сумматор содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, две группы элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, три группы элементов И-НЕ, две группы элементов Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствах ЭВМ. Известен сумматор, содержащий в двух разрядах пять элементов 2И-2ИЛИ-НЕ, элемент 2И-2НЕ-2ИЛИ-НЕ и элемент НЕ. Недостатком известного сумматора является низкое быстродействие, обусловленное использованием много- входовых элементов 2И-2ИЛИ-НЕ и 2И- 2НЕ-2ИЛИ-НЕ. НЕ, две группы элементов ИЛИ-НЕ, четыре элемента ИЛИ-НЕ, три элемента HF, два элемента И-НЕ. После подачи двух чисел и входного переноса на входы сумматора в каждом разряде формируется сумма,соответствующих разрядов входных чисел, которые одновременно являются сигналами распространения переноса через соответствующий разряд и сигналом генерации переноса из данного разряда в старшие разряды сумматора. Эти переносы и входной перенос распространяются в. сторону старших разрядов каждый по отдельной цепочке. Для получения i-ro разряда суммы объединяются переносы, сформированные в разрядах , и входной перенос, распространяющиеся по этим цепокам. Объеди-- ненный перенос складывается с суммой 1-х разрядов входных чисел. Выходной перенос получается объединением переносов, распространяющихся по всем цепочкам. 1 л. Известен сумматор, содержащий элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем входы элементов И-НЕ с первого по четвертый соединены с входами соответствующих разрядов первого и второго операндов сумматора, а выходы - с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ-НЕ, выходы второго и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с первыми входами соответственно пятого и шестого элементов СЛ -J 00 ел 00 4