КОМБИНАЦИОННЫЙ СУММАТОР Советский патент 1969 года по МПК G06F7/49 

Предложение относится к вычислительной технике.

Комбииаиионный сумматор может быть использован в вычислительных системах высокой производительности, где арифметические операции и кодирование чисел могут выполняться в системе счисления с основан 1ем

(-2).

Известен комбинационный сумматор, оиерирующий в (-2)-ной системе счисления, содержащий блоки поразрядного сложения и логические схемы, где время сложеиия двух чисел прямо пропорционально числу п разрядов сумматора.

Однако в таком сумматоре ири сложеиии двух чисел переносы как аддитивный, так и субстрактивный, должны пройти через все п разрядов, что ограничивает его быстродействие.

Предложенный комбинационный сумматор отличается тем, что входы слагаемых каждого разряда подключены к блоку поразрядного сложения, представляющему собой комбинационную логическую схему первого типа, каждая из трех групп выходов которой соответствует условной сумме, аддитивному и субстрактивному переносам. Блок поразрядного сложения слагаемых первого разряда содержит одну группу выходов и выход, соответствующий условной сумме, (лужнт выходом первого разряда полной суммы. Выходь блока поразрядного сложения второго разряда иодключены к блоку выборки первого уровня, состоящему из трех комбинационных логических схем второго тииа, входами каждой из которых служат выходы, соответствующие аддитивным переносам, условным суммам и субстрактивиым иереносам, блока поразрядного сложения второго разряда, правляющие входы подключены к выходам, соответствующим аддитивному и субстрактивному переносам, блока иоразрядного сложения первого разряда. Выход, соответствующий условной сумме, блока выборки первого уровня служит выходом второго разряда полной суммы, а выходы, соответствующие аддитивному и субстрактивному иереиосам, служат уцравляющцми входами для блока выборки второго уровня. Выходы блока поразрядного сложения последующих четных разрядов иодключеиы к трем блокам выборки первого уровня, каждый из которых состоит из трех комбинациоиных логических схем второго типа, причем на вход каждой из иих иодключены выходы, соответствующие условным суммам, аддитивиым н субстрактивным иереносам, а управляющие входы всех трех комбинационных схем второго типа каждого блока выборки Первого уровня подключены к выходам, соответствующим субстрактивному и аддитивному переносам, одной из трех групп выходов блока поразрядного сложения иредыдущего нечетного разряда. Блок выборки второго уровня состоит из четырех комбинационных логических схем второго типа, причем иа входы одной из них подключены выходы, соответствующие условным суммам блока поразрядного сложёиия третьего разряда, а иа входы остальных - выходы, соответствующие аддитивным и субстрактивным переносам и условным суммам, служащие выходами трех блоков выборки первого уровня, соответствующих четвертому разряду слагаемых. Выходы двух соответствующих логнческих комбниациоииых схем второго типа блока выборки второго уровня служат выходамн третьего и четвертого разрядов полной суммы, а выходы, соответствующие аддитивным и субстрактивиым иереиосом, служат унравляющнми входами для блока выборки третьего уровня, состоящего из щести комбииациоиных логнческкх схем второго типа, входами которых служат выходы, соответствующие условиым суммам, блоков выборки первого уровня н выходы, соответствующие аддитивным и субстрактивным переносам и условным суммам, блоков выборки второго уровня. Выходы соответствующих комбинационных логических схем блока выборки третьего уровня служат выходами, соответствующими пятому, шестому, седьмому и восьмому разрядам полной сульмы. Комбинационная логическая схема первого типа содержит элементы «И, «ИЛИ и «ИЕ, причем первый из элементов «И иодключеи к щине первого слагаемого и через элемент «НЕ - к шине второго слагаемого, второй элемеит «И подключен через элемент «ИЕ к щине первого слагаемого и непосредственно - к щине второго слагаемого, третий элемент - непосредственно к щниам первого н второго слагаемых, а четвертый элемент щинам слагаемых через элементы «НЕ. Выходы первых двух элементов «И посредством элемента «ИЛИ образуют выход, соответствующий условной сумме первой группы, выход второго элемента «И служит выходом, соответствующим субстрактивному переносу первой группы, а выходалп-, соответствующими аддитивным переносам первой н третьей групп, а также выходом, соответствующим субстрактивному переносу второй группы, служит нулевая гимна. Выход третьето и четвертого элементов «И через элемент «ИЛИ образуют выходы, соответствующие условным суммам второй и третьей групп, выход четвертого элемента служит выходом, соответствующим аддитивному переносу второй группы, а через элемент «ME образует выход, соответствующий субстрактивиому переносу третьей группы. Комбинационная логическая схема второго типа содержит логические элементы «И, «ИЛИ, «НЕ, входы, соответствующие, например, условным суммам, а также управляющие входы, соответствующие аддитивньп и субстрактивным переносам, подключены к трем элементам «И, причем уиравляющие входы связаны с элементами «И неиосредственпо и через элементы «ИЕ, выходы элемеитов «И подключены к элементу «ИЛИ, выход которого служит выходом комбинационной схемы второго типа. Эти отличия позволяют повысить быстродействие сумматора и обеспечивают воз.можиость выполнения его иа идентичных логнчеCKIIX схемах иервого и второго типов. Таблица алгоритма работы судгматора имеет следующий вид. В таблице х иг/ - слагаемые; i - номера (позиции) разрядов слагаемых; 5 -сум.ма г-го разряда. С,- и AI-субстрактигзный и аддитивный иереиосы в г-й разряд соответственно. Таблица ио строкам разбита на десять групп (/-X, каждая из которых содержит по три строчки (S;, Cf+i и Л/41). Каждой группе соответствует свое значение из возможных комбинаций Q AI (комбинация , AI (в (-2)-ной системе не существует) . Значения S;, См, Л,- 1В груипах /, //, /// получаются одновременно (в один такт) за время TI и являются результатами поразрядного сложения согласно следующим тре.м системам логических уравнений: для группы / Si xi tji + X, у I С,-+1 : A}. для группы // S Xiyt + A-j у I / n CIT 1 и ,i Xfyi для груииы /// Silir i л:/ f/i -Г Лг У С,-41 л-;-|-г/г Л):;,:0. Значения Si, , Au-i для групп IV, V и VI являются результатами одновременного (в момент Та) сложения взятых изолированно по два разряда слагаемых с учетол трех значений комбинаций С;, AI . Чтобы ускорить сложение, процесс сложения можно заменить процессом простой выборки соответствующих четных столбцов из групп I, II или /// - в зависимости от значения комбинации Cj-ii и в нечетных столбцах, а значение сумм четных нозиций в груипах IV, V и V можно получить простым повторением значения сумм тех же позиций групп /, // и ///. Например, зпачение сумм группы /У первой позиции получают переносом значения суммы труппы / той же позиции. Значение столбца второй позиции груииы /У(52, , Лг Ополучают выТаблицагруппы /, // пли ///, в зависпмости от значения и в первой позинпп группы /. Так как d i 1 , i О совпадает со значеннем Q А для второй группы, то значение С2 , С2 1 и Л2 1 совпадает со значением 52 - 1 , С2 i 1 О и Л2 1 0. Аналогично этому путем аналнза значений переносов C,-:i п Л/, 2 на нечетных позпппях заполняют остальные четные столбны групп IV, V н VI, а значение сумм Si в нечетных позннпях групп IV, V п VI, иерепнсвгвают соответственно нечетным позинням групп /, // и ///. Рассмотрим определение значений S,-, С,-, i, Л,-,1 группы VII. Значения Si : О, Sl 1 перенесением получают нросты SlV i oIV1oVll 1 --О, 2 1, а значения 5з 0, iVII /л oVII р, VII 1 „ п 04 : и , С4 1 - i и A4t 1 - и совнадают со 5Г-0, 5/ o,, значениями , так как Cz i--О и Л2-|-1 0 совпадают со значением С; 0, /4 0 для грунпы /V. Аналогичным образом определяют значепня rpvHH VII, VIП и IX. УY Для груниы X значения S,- : О , S2 1 , , получают неренесепием значении сумм тех же позиций группы VII. Так как значения С441 1 и Л4, i --- О совнадают со значением Q Л группы Vlf, то значення Ss.ks 1, О, О, 1 и О , :--::0 онрсделяют значения 5;, , Л,. в тех же позициях группы А , что н является 0 оцчателвивьм резуоТьтатом сложения двух восьмиразрядных чисел (/г 8). Такнм образом, рассматриваемый снособ обеспечивает сложение двух /г 8 разряд1 ых чисел за время Tj-f Г2-гГ;{- -Г4 4Го. Здесь Го - среднее время, необходимое для сложеВИЯ двух одноразрядных слов, ил среднее время выборки одного числа из трех возможных чисел. Время t, необходимое для сложения двух п-разрядных чи-сел по рассмотрениому сиособу, равно logaW+llCo. Поэтому выигрыш во времени по сравнению с обычным параллельным сумматором, работающим в (-2)ной системе счислеиия, будет; К logo п -f 1 На фиг. 1 н 2 показана полная блок-схема комбинационного восьмиразрядного сумматора, работающего в системе счислеиия (-2); на фиг. 3 -схема блока поразрядного суммирования комбпнацнонпой логической схемы первого типа; на фиг. 4, 5 и 6 - блоки выборки соответственно первого, второго н третьего уровней; на фиг. 7 - комбинационная логическая схема второго типа. Сумматор содержит блоки поразрядного сложения - комбинационные логические схемы / первого типа, блокп выборки 2, 3 м 4 соответственно первого, второго и третьего уровней. Объединение блоков иоразрядного сложения и блоков выборки первого уровия для двух разрядов слагаемых образует блока. Комбпиироваиные логические схемы содержат элементы «И 6, «ИЛИ 7 и «НЕ 8. Для большего числа разрядов наращивают типовые блоки. Предложенный сумматор целесообразно реалнзовать на больших иитегральных схемах, содержащих несколько тысяч компонентов. Предмет и з о б р е т е и и я Комбинационный сумматор, работающий в системе счисления (-2), содержащий блоки иоразрядиого сложения и блоки выборки иервой, второй, третьей и т. д. ступеией, отличающийся тем, что, с целью упрощения п иовыщеиия быстродействия, входы слагаемых каждого разряда подключены к блоку норазрядного сложения, представляющему собой ко.мбииационную логическую схему первого типа, каждая нз трех групп выходов которой соответствует условной сумме, аддитивному и субстрактивному иереносам, ириче.м блок иоразрядного сложения слагаемых первого разряда содержит одну группу выходов и выход, соответствующий условной сулше, служит выходом первого разряда нолной суммы; выходы блока поразрядного сложения второго разряда подключены к блоку выборки первого уровня, состоящему из трех комбниацпонных логических схем второго тина, входами каждой из которых -служат выходы, соответствующие аддитивным переносам, условиым суммам п субстрактивным переноса, блока поразрядного сложения второго разряда, управляющие входы иодключеиы к выходам, соответствующим аддитивиому и субстрактивному нереноса, блока поразрядного сложения нервого разряда, выход, соответствующий условной сумме, блока выборки первого уровия служит выходом второго разряда полной суммы, а выходы, соответствующие аддитивному и субстрактивному переносам, служат управляющими входами для блока выборки второго уровия; выходы блока поразрядного сложения носледующпх четных разрядов подключены к трем блокам выборки первого уровня, каждый из которых состоит нз трех комбинационных логических схем второго типа, причем а вход каждой из ннх подключены выходы, соответствующие условным суммам, адднтнвным и субстрактивным переносам, а управляющие входы всех трех комбинацнонных схем второго типа каждого блока выборки первого уровня подключены к выходам, соответствующим субстрактивному и аддитивному переносам, одной из трех групп выходов блока поразрядного сложения предыдущего иечетиого разряда; блок выборю второго уровня состоит из четырех комбинационных логических схем второго тина, прнчем на

ветствующие условным суммам, олока поразрядного сложения третьего разряда, а на входы остальных - выходы, соответствующие аддитивныл и субстрактивным переносам п условным суммам, служащие выходами трех блоков выборки первого уровня, соответствующих четвертому разряду слагаемых; выходы двух соответствующих логических комбинационных схем второго типа блока выборки второго уровня служат выходами третьего и четвертого разрядов полной суммы, а выходы, соответствующие аддитивным и субстрактпвным переносам, служат управляющими входами для блока выборки третьего уровня, состоящего из щести комбинационных логических схем второго типа, входами которых служат выходы, соответствующие условным суммам, блоков выборки первого уровня и выходы, соответствующие аддитивным и субстрактпвным переносам и условным .aм, блоков выборки второго уровня; выходы соответствующих комбинационных логических схем блока выборки третьего уровия служат выходами, соответствующими пятому, шестому, седьмому и восьмому разрядам полной су.ммы.

2. Сумматор по п. 1, отличающийся тем. что комбинационная логическая схгма первого типа содержит элементы «И, «ИЛИ, «ИЕ, причем первый из элементов «И подключей к щипе первого слагаемого и через элемент «ИЕ - к щине второго слагаемого, второй элемент «И подключен через элемент «ИЕ к щине первого слагаемого и пе|Посредстве«но - к щине второго слагаеJL

мого, третий элемент подключен иепосредствбнно к шинам первого и второго слагаемых, а четвертый «И подключен к шинам слагаемых через элементы выходы иервых двух элемеитов «И посредством элемента «ИЛИ образуют выход, соответствующий условной сумме первой группы, выход второго элемента -Л1 служит выходом, соответствующим субстрактивному переиосу первой грхпиы, а выходами, соответствующими аддитивным переносам первой и третьей групп, а также выходом, соответствующим субстрактивному иереносу второй группы, служит нулевая шипа; выход третьего и четвертого элe ieитoв «И через элемент «ИЛИ образуют выходы, соответствующие условным суммам второй и третьей групи, выход четвертого элемента служит выходом, соответствующим аддитивиому переносу втоpoii группы, а через элемент «ИЕ образует выход, соответствующий субстрактивному переносу третье группы.

3. Сумматор по пи. 1 и 2, от.1ичаю:циися тел1, что комби аиионная логическая схема второго типа содержит логическ 1е элементы ччИ, «ИЛИ, «ИЕ, входы, соответствующ 1е, 1апример, услоБ 1Ь 1 , а также управляющие входы, соответствующие аддитивным субстрактивн з : 1 переносам, подключены к трем элементам «И, приче управляющие входы связаи с элементами «И пепосредственно 1 через элеА;е 1ты «ИЕ, выходы элe eптов «И подключены к элементу «ИЛИ, выход которого выходом комб И1ацпопной второго типа. J

fue-Z

Ss

.3

г

LL