Конвейрный сумматор Советский патент 1993 года по МПК G06F7/50 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в арифметических устройствах высокопроизводительных спёциализиро ванных процессоров цифровой обработки информации.

Известно конвейерное устройство для суммирования двоичных чисел, содержащее одноразрядные сумматоры, полусумматоры, элементы И, ИЛИ, регистры,

Однако, это устройство имеет большую сложность и низкое быстродействие при сложении трех чисел.

Наиболее близким по технической и функциональной сущности к изобретению является устройство, содержащее входы первого и второго операндов, тактовую шину, (mxn) k-разрядных суммирующих ячеек (п-разрядность операндов, ггип/К, К - число разрядов в группе), шину нулевого потенциала, выходы результата, входы суммирующих ячеек, выходы переноса суммирующих ячеек, причем перенос в сумматоре распространяется по диагонали, а каждая суммирующая ячейка содержит k-разрядный комбинационный сумматор, триггер и регистр.

Однако, такое устройство имеет ограниченную область применения вследствие одновременной обработки только двух операндов.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности одновременной обработки трех входных операндов и повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что конвейерный сумматор содержит матрицу (mxn) суммирующих ячеек (п-разрядность операндов), причем выходы суммы (f,j)-u суммирующей ячейки ( ,m, ,п-1) соединен с информационными входами первой группы (I, +1)-й суммирующей ячейки, выходы суммы суммирующих ячеек последнего столбца соединены с выходами соответствующих разрядов результата сумматора, тактирующие входы суммирующих ячеек первого столбца соединены с тактовой ш.

fe

XI

чО

ел Jb ел

4

ной сумматора, первые и вторые группы информационных входов 1-й суммирующей ячейки первого столбца соединены с входами 1-й группы разрядовО 1, т, , К-чис- ло разрядов в группе) соответственно первого и второго операндов сумматора, выходы переносов суммирующих ячеек последней строки соединены соответственно с выходами переносов сумматора, выход переноса (i, )-й суммирующей ячейки соединен с входом переноса (1 + 1, + 1)-й суммирующей ячейкиО (i, j)-e суммирующие ячейки содержат элемент НЕ, вход которого соединен с тактирующим входом суммирующей ячейки, а выход элемента НЕ соединен с синхровходами регистра и триггера и с тактирующим выходом (i, )-й суммирующей ячейки, который соединен с тактирующим входом (I, +1)-й суммирующей ячейки, выходы внутренних переносов (I, )-й суммирующей ячейки соединены соответственно с информационными входами второй группы (i, j+1)-n суммирующей ячейки, третьи группы информационных входов i-й суммирующей ячейки первого столбца соединены с i-й группой разрядов третьего операнда сумматора, причем каждая суммирующая ячейка первого столбца содержит К полных одноразрядных сумматоров, первый и второй информационные входы и вход переноса каждого из которых являются первым, вторым и третьим информационными входами соответствующего разряда суммирующей ячейки первого столбца, выходы суммы и внутренних переносов которой соединены с разрядными выходами регистра, информационные входы которого соединены соответственно с выходами сумм полных одноразрядных сумматоров с первого no K- й и с выходами переносов полных одноразрядных сумматоров с первого по (К-1)-й, а выход переноса К-ro полного одноразрядного сумматора соединен с информационным входом триггера, выход которого является выходом переноса суммирующей ячейки.

На фиг. 1 представлена структурная схема конвейерного сумматора; на фиг. 2 - функциональная схема суммирующей ячейки первого столбца конвейерного сумматора; на фиг. 3 - функциональная схема суммирующей ячейки j-ro столбца (, n) конвейерного сумматора.

Конвейерный сумматор (фиг. 1) содержит входы 1, 2 и 3 первого, второго и третьего операндов, тактовую шину 4, m К-разрядных суммирующих ячеек 5 первого столбца (, n-разрядность операндов, k-число разрядов в группе), т(п-1)к-разряд- ных суммирующих ячеек 6 j-x столбцов

,п), имеющих информационные входы 7 и информационные выходы 8, тактирующий вход суммирующей ячейки 9, выходы 10 и 11 соответственно переносов и тактирующий

k-разрядных суммирующих ячеек, шину нулевого потенциала 12, выход суммы 13, выход переноса 14. Суммирующие ячейки первого и j-x столбцов (соответственно фиг. 2 и фиг. 3) содержит к одноразрядных сумматоров 15.1...15k и к полусумматоров 16i...T6k соответственно, триггер 17, регистр 18 и элемент НЕ 19.

На входы первой, второй и третьей групп каждой суммирующей ячейки первого

столбца подается по k разрядов первого, второго и третьего операндов соответственно, с информационных выходов (i.j)-u суммирующей ячейки сумма и k-1 разрядов; переноса поступают на входы суммирую

щей ячейки данной строки следующего

столбца, с выхода 10 (i, }-й суммирующей ячейки k-й разряд переноса поступает на вход переноса (1+1, +1)-й суммирующей ячейки.

Устройство работает следующим образом.

В статическом режиме устройство ожидает приема операндов, начальных установок устройство не требует. В динамическом

режиме устройство работает следующим образом. В первом такте в суммирующих ячейках первого столбца происходит вычисление частичных сумм и переносов над первой тройкой операндов. Частичное суммы и.

переносы запоминаются в регистрах и триггерах суммирующих ячеек. Во втором такте в ячейках первого столбца производится обработка второй тройки операндов, а в ячейках второго столбца продолжается

обработка первой тройки операндов. Таким образом, выполняется мультиконвейерная обработка массива операндов с диагональным распространением переносов. Обработка первой тройки операндов

завершается через К тактов, а последующие результаты появляются на выходе устройства, в следующем такте. При этом тактовые импульсы от столбца к столбцу инвертируются на элементах НЕ суммирующих ячеек,

Тактовый генератор вырабатывает последовательность импульсов типа Меандр. За счет этого суммирующие ячейки смежных столбцов срабатывают в различные моменты времени.

Поясним функционирование предлагаемого устройства на конкретном примере:

А Ј 2П ап , где эо - 0, а - 1 . 32 1 . аз 1 ; n 0

В 2) 2П bn . где bo - 1. Ь1 0 . b2 1 . Ьз 0 ; n -0

-i.

С 2j1 cn . где со - 0 . с) 1 . c2 1 . сз 1 ; n 0

Для данного случая имеем и . Следовательно, .

Алгоритм суммирования отображен в таблице.

Числа А, В, С подаются на входы 1, 2, 3 в следующем порядке:

- разряды ао. 31, 32, аз на входы И, i ячейки.5ц и на входы Н г ячейки 521 соответственно;

- разряды bo, bi, b2. Ьз на входы-2г, 22 ячейки 5ii и на входы 2i, 22 ячейки 521 соот- ветственно;

- разряды со. ci, C2, сз на входы 3i, 32 ячейки 5ц и на входы 3i, 32 ячейки 5ai соответственно;

- на все входы ячейки 5з1 подают нули.

Результат суммирования Y A+B+C снимается с выходов 8 ячейки 6i4, выход 8 ячейки 624, выходов 10 ячеек 623 и 624 со старшего разряда по младший (по стрелке в таблице).

Таким образом Ґ 100001.

Таким образом, предлагаемое устройство, обрабатывая на один операнд больше, чем устройство-прототип, имеет более широкую область применения и обладает при этом большей надежностью за счет разнесения времени срабатывания.суммирующих ячеек смежных столбцов.

Формулаизобретения

Конвейерный сумматор, содержащий матрицу из (mxn) суммирующих ячеек, где n-разрядность операндов, причем выходы суммы JI. jj-й суммирующей ячейки (, m; , n-1) соединены с информационными входами первой группы (i, +1)-й суммирующей ячейки, выходы суммы суммирующих ячеек последнего столбца соединены с выходами соответствующих разрядов резуль- тата сумматора, тактирующие входы

суммирующих ячеек первого столбца соединены с тактовой шиной сумматора, первые и вторые группы информационных входов i-й суммирующей ячейки первого столбца соединены с входами i-й группы разрядов .(i f, m. m n/K, К-число разрядов в группе) соответственно первого и второго операндов сумматора, выходы переносов суммирующих ячеек последней строки соединены соответственно с выходами переносов сумматора, выход переноса (i, j)-u суммирующей ячейки соединен с входом переноса (i+1, +1)-й суммирующей ячейки, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности одновременной обработки трех операндов и повышения надежности, в (i, j)-io суммирующую ячейку введен элемент НЕ, вход которого соединен с тактирующим входом суммирующей ячейки, а выход элемента НЕ соединен с синхровходами регистра и триггера и с тактирующим выходом (i, )-й суммирующей ячейки, который соединен с тактирующим входом (i, +1)-й суммирующей ячейки, выходы внутренних переносов (i, )-й суммирующей ячейки соединены соответственно с информационными входами второй группы (i,j+1)-n суммирующей ячейки, третьи группы информационных входов i-й суммирующей ячейки первого столбца соединены с i-й группой разрядов третьего опе- ранда сумматора, причем каждая суммирующая ячейка первого столбца содержит К полных одноразрядных сумматоров, первый и второй информационные входы и вход переноса каждого из которых являются первым, вторым и третьим информационными входами соответствующего разряда суммирующей ячейки первого столбца, выходы суммы и внутренних переносов которой соединены с разрядными выходами регистра, информационные входы которого соединены соответственно с выходами сумм полных одноразрядных сумматоров с первого по К-й и с выходами переносов полных одноразрядных сумматоров с первого по (К-1)-й, а выход переноса К-го полного одноразрядного сумматора соединен с информационным входом триггера, выход которого является выходом переноса суммирующей ячейки.

Фиг.1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствах высокопроизводительных специализированных процессоров цифровой обработки информации. Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности одновременной обработки трех входных операндов и повышение надежности. Конвейерный сумматор содержит входы первого, второго и третьего операндов, тактовую шину, m k- разрядных суммирующих ячеек первого столбца, m(n-1) k-разрядных суммирующих ячеек j-x столбцов, имеющих информационные входы, информационные выходы, тактовые входы, выходы переноса и выходы тактирующие, шину нулевого потенциала, выход суммы и выход переноса, соединены между собой функционально. 3 ил, 1 табл.