Сумматор с параллельным переносом Советский патент 1980 года по МПК G06F7/385 

I

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено при разработке арифметических устройств, контроль которых организован по четности, а используемые бумматоры образуют разрядные переносы параллельным образом.

Известен сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде узлы формировашя функций генерации и транзита переноса, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита п еноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса предыдущих разрядов и с шиной значения входного переноса сумматора, узел формирования суммы, входы которого соединень с выходом узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда и с шинами значений разрядных слагаемых {1 .

Основным недостатком сумматора является невозможность организации контроля схем об.разования разрядных переносов при контроле .работы сумматора по четности.

Известен сумматор с параллельным переносом и функциональной зависимостью суммы от переноса, содержащий в каждом разряде узлы формирования функций генерации и транзита переноса, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования фзшкций генерации и транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса предьщзодих разрядов и с шиной зна10чения входного переноса сумматора, узел формирования о функциональной зависимостью от переноса, входы которого соеданены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с вюсодами узлов

15 образования параллельных переносов из данного и предьцопщего разрядов и с шинами Значений разрядных слагаемых (2.

Однако и данный сумматор не позволяет организовать полный контроль схем образова20ния параллельных переносов из разрядов, вопреки распространенному мнению (ошибка в образовании (переноса из п-го разряда не будет обнаружена контролем по четности, если разрядные слагаемые в (п+1)-ом разряде сумматора равны: , Ьу, 1 или з 1, Dy 0.- Организовать полный контроль схем образовання параллельных переносов из разрядов позволяет сумматор, который дополнительно содержит в каждом разряде первый злемент сложения ho модулю два, входы которого соединены с шинами значений разрядных слагаемых, элемент сложения по модулю два входы которого соединены с выходами узлов образования параллельных переносов из данного и предыдущего разрядов, элемент И, входы которого соединены с выходами элементов сложения по модулю два, а выход подключен к шине сигнализации сбоя сумматора 3. Существенным недостатком такого сумматора является большой объем оборудования, вызванный сложностью схемь формирования суммы с функциональной зависимостью от переноса н наличием в каждом разряде дополнительно двух злементов сложения по модулю два и элемента И. Наиболее близким к предлагаемому изобре тению является сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде реносом, содержащий в каждом разряде узел формирования функций генерации и узел тран зита переноса, входы которых соёдинеШ с щинами значений разрядных слагаемы, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций гёнераЩ и транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса в предьщущих разрядов и с шиной значения входного переноса cjTviMaTopa, узел формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла формирования функций генерации и транзита переноса, с выходом инверсного значения переноса узла образрвгашй параллельного переноса из данного разряда и с вьгходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из предьщущего разряда. В этом случае предполагается, что разрядные суммы формируются в соответствии с выражением Sn C„(T„ С„) + 0„С„. где G а,Ь Т а „+ Ь„ - функции соответственно генерации и тран зита переноса; Cj-, Cfi -переносы соответственноиз данного и прёдыдуц его разрядов; а, -- - - разрядные сла гаемые п-го ра ряда сумматора 4. Основным недостатком известного сумматоа является невозможность полного контроля злов образования параллельн ис переносов из азрядов и узлов формирования функций геерации переноса, при организации его контроя по четности, что подтверждается анализом начений булевьн разностей и их произведений: gSh аису,(,-Л ас .V4.i ЧС,,С,)( VC.); .aCCtt-(J i -i- CO-t-GmiCv,3 Си ( С.,4.)),4 Су ас. (Qvi-vH «+ 41 Syi аССОп ТпСииМТи+Спн - апСп-н атГат.- dSn d CG ц r Cи-1XTи C - ) ciGiy. -iS-« -° -° / с1Сц r-r - г: nS-Vflv Из полученных значений булевых разностей и их произведений можно сделать следующие ВЫВОДЫ: а)ошибка в образовании С переноса, вызванная неисправностью узла образования параллельного переноса из п-го разряда, не вызьтает ошибок в 8« сумме, когда а Ь С Оилиа, Ь„ С,. 1, и в S. сумме, когда 1, т. е. она может быть необнаружена контролем по четности; б)неисправность узла формирования функ1рш генерации переноса G может привести к необнаруживаемому классу ошибок в работе сумматора, если Т -ЛЦель- изобретения - обнаружение всех ошибок, вызыьаемых одиночной неисправностью сумматора, при организации era контроля по . четности, т. е. повышение его функциональной надежности (вероятности получения. достоверного результата). Поставленная «ель достигается тем, что в сумматор спараллельным переносом, содержащий в каждом разряде .узлы формирования функций генерации и транзита переноса, входы которых соединены с шинами значений разряд; ,ных слагаемых, узел образования параллельно- . го переноса из данного разряда, входы которо-, го соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса в предыдущих разрядах и с шиной значения входного переноса сумматора, узел формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла формирования функций транзита переноса, с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда, введены в каждый разряд дополнительный узел формирования функции генерации переноса, входы которого соединены с шинами значе ний разрядных слагаемых, а выход соединен с дополнительным входом узла формирования суммы, сумматор также содержит в каждом разряде с весом 2 (К О, 2, 4) первый элемент И, входы которого соединены с выходом дополнительного узла формирования функции генерации переноса и С выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда, второй элемент И, первый вход которого через элемент НЕ соеддшен с выходом узла формирования функции транзита переноса, а второй вход соединен о выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементо И соединены с шиной сигнализации сбоя сумматора, в каждом разряде с весом 2 сумматор содер)шт дополнительный узел образования переноса из данного разряда, входы кот рого соединены с выходами дополнительного узла формирования функции генерации перено са и узла формирования функции транзита переноса, а также с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного пере носа из предыдущего разряда и схему сравнения, входы которой соединены с выходом дополнительного узла образования переноса из данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда, а выход соединен с шиной сигнализации сбоя сумматора. При этом узел формирования функции ген радии переноса выполнен в виде логического элемента И, входь и выход которого являютс входами и выходом узла формирования функ ции генерации переноса, а узел формирования функции транзита переноса выполнен в виде логического элемента ИЛИ, входы и выход ко торого являются входами и выходом узла формирования функции транзита переноса. На чертеже приведена схема сумматора с параллельным переносом.Сумматор содержит в каждом разряде узы 1, 2. формирования соответственно функий генерации и транзита переноса, входы котоых соединены с шинами 3 значений разрядных слагаемых узел 4 образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов 1, 2 формирования соответственно функций генерации и тран}ита переноса, с шинами 5 значений функций генерации и транзта переноса в предьщущих разрядах и с Ииной 6 значения входного переноса сумматора, узел 7 формирования суммы, входы которого соединены с выходим узла 2 формирования функции транзита переноса, с выходом 8 инверсного значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из данного разряда и с выходом 9 прямого значения переноса узла 4 образования параллельного ;переноса из предыдущего разряда, дополнительный узел 10 формирования функций генерации переноса, входы которого соединены с шинами 3значений разрядных слагаемых, а выход соединен с дополнительным входом узла 7 формирования суммы; в каждом разряде с. весом 2 первый элемент И 11, входы которого соединены с выходом дополнительного узла 10 формирования функции генерации переноса и с выходом 8 инверсного значения переноса узла 4 образования параллельиого переноса из данного разряда, второй элемент И 12, первый вход которого через элемент НЕ 13 соединен с выходом узпя 2 формирования функции транзита переноса, а второй вход соединен с выходом прямого значения переноса-узла 4 образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементов И 11, 12 соединены с шиной 14 сигнализации сбоя сумматора; в каждом разряде с весом 2 дополнительный узел 15 образования переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами дополнительного узла 10 формирования функцш генерации переноса и выходом узла 2 формирования функции транзита переноса, а также с выходом 9 прямого значения переноса узла 4образования параллельного переноса из /федьщущего разряда, схему сравнения 16, входы которой соединены с выходом дополнительного узла 15 образования переноса из данного разряда и с выходом 9 прямого значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из данного разряда, а выход соединен с цшной 14 сигнализации сбоя Сумматора. Сумматор работает следуюищм образом. На правильность формирования результата сумматора влияет работоспособность только |узлов 1, 2, 4, 7 и 10. С целью анализа возможности контроля перечисленных схем по четности, рассмотрим следующие случаи: .

1)неисправность узла 7 или узла 10 в любом разряде сумматора может привести к возникновению только одиночной ошибки в соответствующем разряде суммы, что всегда обнаруживается контролем по четности;

2)пусть неисправен узел 2 формирования функции транзита переноса в разряде с весом 2 {апалогичные рассуждения можно привести и для других разрядов сумматора). Так как произведение булевых разностей | |j:jp всегда равно нулю, то ошибка в формировании Тц функции может привести к возникновению только следующих сочетаний ошибок в разряSK,

SK К

суммы.и переноса: S,

К+Н

к,

Я - - ° всегда

.f.

К/

будет обнаружена контролем по четности;

3)пусть возникла ошибка в образовании Сц переноса из разряда с весом 2 вследствие неисправности узла 1 или узла 4. Данная ошибка вызовет ошибку в формировании S суммы во всех случаях, кроме тех когда; a Ьц

С. 1 или а , Ьц С 0. Если .ошибка в CK не вызывает оишбку в формировании S суммы, то она будет выделена либо элементом И 11 (при а к к-) бо элементом И 12 (при a Ьц, С 0). Кроме того, ошибка в С ц вызовет ошибку в формировании ,. сзммы, если ак+.Ь,,. О либо ошибку на выходе дополнительного узла

образования переноса из разряда с весом 2 если а (.V-b к,4 1, с последующим вьщелением на схеме сравнения 16. Таким образом, ошибка в Сц переносе обнаруживается либо контролем но четности, если она вызывает одновременно ошибки в формировании 5ц и либо выделяется элементами И И, 12 и схемой сравнения 16;.

4)ошибка в образовании Сц, переноса, вызванная неисправностью либо узла 1, либо узла 4 будет всегда вьщелена схемой сравнения 16.

Итак, сумматор с параллельным переносом позволяет организовать обнаружение всех сочетаний ошибок, вызываемых одиночной неисправностью сумматора, при организации его контроля по четности. Объем введенного дополнительного оборудования невелик и составляет на разряде величину, примерно равную 10 в смысле цены Квайна.

В заключение целесообразно сравнить предлагаемый сумматор с параллельным переносом и обеспечивающим обнаружение всех ошибок, вызываемых одиночной неисправностью, с известным сумматором с параллельным переносом 3J, в котором также охвачено контролем все оборудование сумматора. С равнениеПоказывает, что известный сумматор значительно уступает предлагаемому сумматору по объему требуемого для его построения оборудования, а следовательно и по надежности. Действительно объем оборудования схемы формирования сзМмы в предлагаемом сумматоре примерно в 1,8 раза меньше, чем в известном сумматоре, . а объем введенного дополнительно в каждый разряд контрольного оборудования примерно в 1,7 раза меньше в сравнении с известным сумматором.

Формула изобретения

1. Сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде узлы фор1ушрованил функций генерации и транзита переноса, входы которых соединены с шинами значений разрядных слагаемых, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с Нинами значений функций генерации и транзита переноса предьщ}тцих разрядов и с шиной значения входного переноса сумматора узел формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла формирования функций транзита переноса, с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения его функциональной надежности, сумматор содержит в каждом разряде дополнительный узел формирования ф нкции генерации переноса, входы которого соединенб с шинами значений разрядных слагаемых, а выход соединен с дополнительным входом узла формирования суммы, сумматор также содержит в каждом разряде с весом 2 (К-О, 2, 4,...) первый элемент И,входы которого соединены с выхо, дом дополнительного узла формирования функции генерации переноса и с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда,второй элемент И, первый вход которого через элемент НЕ соединен с выходом узла формирования фзшкции транзита переноса, а второй вход соединен с выходом прямого значения перенЬса узла образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементов И соединены с шиной сигнализации сбоя сумматора, в каждом разряде с весом сумматор содержит дополнительный узел образования переноса

из данного разряда, входы которого соединены с выходами дополнительного узла формирова