Арифметическое устройство Советский патент 1981 года по МПК G06F7/38 

(54) АРИФМЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО да с меньшим порядком поступает на сдви,гатель блока выравнивания, сдвигается вправо на величину разности порядков и подается в прямом коде на первый вход сумматора мантисс. Мантисса несдвинутого (большего) операнда поступает на второй вход сумматора мантиссе. В зависимости от знака разности порядков и кода команды эта мантисса принимается в прямом или дополнительном коде. На сумматоре мантисс формируется промежуточная мантисса результата, которая может быть либо в прямом, либо в дополнительном коде. В последнем случае выходы сумматора инвертируются на выходном преобразователе, входящем в состав оборудования сумматора мантисс с учетом единицы Б младшем разряде. Далее результат нормализуется. Для этого производится анализ на наличие пулей в старших левых цифрах и сдвиг влево на величину этих цифр. Сигнал равенства или неравенства пулю цифр поступает со схемы анализа цифр на нуль на вход 4-разрядного шифратора, на котором формируется код денормализации мантиссы, равный числу старших нулевых шестнадцатиричных цифр. Промежуточная мантисса результата сдвигается влево па сдвигателе на величину кода денормализации и запоминается на регистре мантиссы результата. Параллельно со сдвигом мантиссы корректируется порядок. Корректор порядка представляет собой 8-разрядный комбинационный сумматор. На первый вход корректора поступает предварительный порядок результата (порядок большего, несдвинутогого операнда), на второй вход (Б младшие четыре его разряда) - код денормализации мантиссы с шифратора, остальные четыре разряда нулевые. Производится вычитание из предварительного порядка результата величины денормализации мантиссы, после чего порядок и мантисса результата записываются в местную память. Принцип последовательного прохождения информации позволяет совместить во вре мени выполнение различных этапов нескольких команд сложения-вычитания двоичных чисел с плаваюш,ей запятой. Выделяются три основных этапа выполнения операции: этап считывания операндов из местной памяти, выравнивания порядков и суммирования мантисс, этап нормализации и этап записи в местную память результата операции. Одновременно с выполнением второго этапа первой команды выполняется первый этап второй ко.манды, одновременно с выполнением третьего этапа первой команды выполняется вtopoй этап второй команды и первый этап третьей команды. Такая организация системы позволяет одновременно выполнить три команды сложения и наибо .. лее полно загрузить оборудование. Внедренная в устройстве разрядность всех узлов равна максимальной разрядности чисел с плавающей запятой, т. е. 64. Однако в современных ЭВМ возникла необходимость обрабатывать двоичные числа с плавающей запятой расширенного формата (128-разрядные) 2. Недостаток устройства зак„тючается в ограниченных функциональных возможностях, не позволяющих обрабатывать числа расщиренного формата. Цель изобретения - расширение функциональных воможностей устройства. Для достижения поставленной цели в арифметическое устройство, содержащее местную память, счетчик операндов, блок выравнивания, сумматор мантисс, сдвигатель, блок анализа на значимость, шифратор числа старших незначащих разрядов в слове, корректор порядков, регистр мантиссы результата, причем выход счетчика операндов соединен с адресным входом местной памяти, выходы местной памяти соединены со входами блока выравнивания, первый выход местной памяти соединен также с первым входом корректора порядков, выходы блока выравнивания соединены со входами сумматора мантисс, выход сумматора мантисс соединен со входом сдвигателя и со входом блока анализа на значимость, первый выход блока анализа на значимость соединен со входом шифратора числа старщих незначащих разрядов в слове, выход последнего соединен со вторым входом корректора порядков и с управляющим входом сдвигателя, выход сдвигателя соединен со входом регистра мантиссы результата, выход регистра мантиссы результата и выход корректора порядков соединены со входом местной памяти, введен шифратор числа старших незначащих слов, информационный вход которого соединен с выходом счетчика операндов, управляющий вход соединен со вторым выходом блока анализа на значимость и с управляющим входом щифратора старщих незначащих разрядов в слове, а выход - со старщими разряда.ми второго входа корректора порядков. На чертеже приведена схема устройства. Устройство содержит местную память 1, счетчик 2 операндов, блок 3 выравнивания, сумматор 4 мантисс, сдвигатель 5, блок 6 анализа на значимость, щифратор 7 числа старших незначаих разрядов в слове, корректор 8 порядков, регистр 9 мантиссы результата, шифратор 10 числа старщих незначащих слов. Устройство работает следующим образо.м. При сложении-вычитании двоичных чисел с плавающей запятой и длиной мантиссы, в Краз превышающей разрядность устройства, равную п 16-ричных цифр, каждый операнд хранится в К ячейках местной . ,. памяти. Порядок операнда находится в стар.щих восьми разрядах ячейки местной памяти с младшим адресом. В остальных разрядах этой ячейки находится старшее слово мантиссы операнда (п 16-ричных цифр). Старшие восемь разрядов следуюш,их К-1 ячеек местной памяти игнорируются, а в остальных разрядах каждой из этих ячеек находится одно слово мантиссы операнда. Пусть К 3, а п 8. Обозначим через П1 порядок первого операнда, П2 - порядок второго операнда. Ml -- 1, М2-1, МЗ-1 - три слова мантиссы первого операнда, М2 -1 М2-2, МЗ-2 - три слова мантиссы второго операнда. Под управлением счетчика 2 операндов осуш,ествляется последовательная выборка слов операндов. Так, при чтении из местной памяти третьих слов операндов значение выхода счетчика 2 равно 10; при обращенйи ко вторым словам - 01; при чтении старших, первых слов операндов - 00. Работа счетчика 2 при обрашении не к парам операндов, а к словам промежуточных результатов аналогична В блоке выравнивания 3 осушествляется подготовка операндов к суммированию: вычисляется разность порядков РП П1-П2 и мантисса операнда с меньшим порядком поступает на сдвигатель, входящий в состав блока выравнивания (на чертеже не указан) для выравнивания весов операндов. Организуется сдвиг мантиссы операнда с меньшим порядком вправо на величину разности порядков последовательно по словам, начиная со старшего, с учетом разрядов вдвинутых в слово из соседнего старшего слова. В зависимости от знака разности порядков и кода команды на сумматоре 4 мантисс производится сложение или вычитание мантисс операндов. Сложение или вычитание мантисс производится начиная с младших слов. На первый вход сумматора поступает мантисса операнда после сдвига; на второй вход - мантисса несдвинутого операнда. Вначале происходит суммирование слов и МЗ-2 и формируется Z МЗ. Затем Z МЗ передается в регистр 9 и далее в ВЗУ1. Во время записи j; МЗ в ВЗУ1 осуш,ествляется сложение следующих двух слов мантисс операндов в М2-1 и М2-2На первый вход узла 4 поступает мантисса операнда после сдвига, на второй вход - мантисса несдвинутого операнда. Мантиссы М2-1 и суммируются, на сумматоре 4 мантисс формируется Z М2. Через регистр 9 мантиссы результата 21 М2 записывается в местную память 1. Во время записи М2 в местную.память происходит суммирование Ml - 1 и Ml-2 на сумматоре 4 мантисс и формируется 2. Ml. После получения на сумматоре 4 мантисс старшего слова промежуточной мантиссы (51М1) по ее знаку можно судить о необходимости преобразования мантиссы в прямой код. Если знаковый разряд равен 1, то промежуточная мантисса получена в дополнительном коде и ее необходимо преобразовать в прямой код. Преобразование начинается с младших слов. Считанная из местной памятиZ МЗ посылается на сумматор 4 мантисс, где инвертируется с учетом единицы дополнительного кода, а затем передается в регистр 9 мантиссы результата. Одновременно с этим старшее сло.во промежуточной мантиссы Ml записывается в местную память. Затем аналогично преобразуется 5 М2. В это время преобразованная ZM3 записывается в местную память. .Аналогично преобразованию S МЗ и М2 преобразуется 5, Ml. Во время преобразования в прямой код Z Ml преобразованная М2 записывается в местную память. После преобразования старшего слова промежуточной мантиссы 51 Ml последнее помешается в местную память. Анализ на нормализацию производится одновременно с формированием или преобразованием слов промежуточной мантиссы МЗ, 2 М2 и 2 Ml. Полученное на сумматоре 4 мантисс третье слово промежуточной мантиссы51МЗ анализируется на значимость схемой 6. Шиф ратор 7 выставляет код денормализацииЕМЗ в пределах слова, т. е. внутри Z МЗ (число старших нулевых 16-ричных цифр). Шифратор 10 представляет собой два триггера. на которые переписывается значение счетчика 2 операндов. Так, при сложении третьих слов мантисс на шифратор 10 переписывается значение счетчика операндов 2, равное 10. Таким образом, шифратор 10 определяет величину денормализации третьего слова промежуточной мантиссы Z МЗ в пределах операнда в предположении, что два старших слова промежуточной мантиссы 2 М2 и ZM1 равны нулю. Если-в процессе формирования суммы или ее преобразования окажется, что второе и первое слово промежуточной мантиссы результата равны нулю, то шифраторы 7 и 10 не изменят своего состояния. Полученный код денормализации равен: 8 (числл нулевых цифр 51 Ml) + 8(число нулевых цифр М2) -f р (число старших нулевых цифр внутри2МЗ). Если полученное на сумматоре 4 мантисс второе еловое промежуточной мантиссы результата Z М2 не равно нулю, то врезультате анализа на шифраторе 7 выставляется новый код денормализации М2 внутри слова, а на шифратор 10 переписывается значение счетчика 2 операндов, равное 01. Таким образом определяется код денормализации промежуточной мантиссы в предположении, что старшее слово2М1 0. Он равен: 8 (число нулевых цифр2:М1) + р (число старших нулевых цифр S.M2). Это . значение кода денормализации сохранится на шифраторах 7 и 10, если старшее слово промежуточной мантиссы 5Г Ml получается

равным нулю. При анализе старшего слова JM1 в случае его неравенства нулю, шифратор 7 выставляет величину денормализации JM1 внутри слова, а на шифратор 10 переписывается со счетчика операндов 2 код 00. Это и есть величина денормализации промежуточной мантиссы, полученной в результате сложения двух операндов длиной в три слова.

После анализа промежуточной мантнссы шифратор 7 вырабатывает сигнал величины сдвига для сдвигателя 5. Сдвиг влево промежуточной мантиссы результата на величину денормализации внутри слова производится следуюшим образом: записанные после суммирования (или преобразования) в пря1мой код слова результата подаются носледовательно, начиная с младших, из местной памяти на сумматор 4 мантисс, сдвигаются на сдвигатель 5 с учетом разрядов вдвинутых Б слово из соседнего младшего слова и последовательно записываются в местную намять.

Рассмотрим следующие возможные случаи.

Два старших слова промежуточной мантиссы результата равны нулю, а третье - не равно нулю (SM1 ZM2 0,5. МЗ 0). После сдвига на величину денормализации внутри слова МЗ формируется от«ормализованное слово мантиссы МЗн. Оно записывается на место старшего слова Ml - 1, .а в ячейки М2-1 и МЗ-1 записываются нули.

Старшее слово промежуточной мантиссы результата равно нулю (2 Ml О, ZM2 0). Осуществляется сдвиг двух слов 21М2 на величину денормализации внутри2М2. Полученное после сдвига старшее слово М2п записывается в ячейку Ml - 1 а МЗп - в ячейку М2-1, в ячейку МЗ-1 ВЗУ1 записывается ноль.

Старшее еловой Ml промежуточной мантиссы результата не равно нулю. Величина сдвига определяется по анализу Z Ml, три слова МЗ, ZM2,2. Ml сдвигаются на эту величину и соответственно записываются в ячейки МЗ-1, М2-1, Ml - 1 местной памяти.

Формирование порядка результата производится следующим образом: на первый вход корректора порядка, представляющего собой 8-разрядный комбинационньт сумматор, поступает предварительный порядок (порядок большего операнда). Три младших разряда второго входа корректора 8 соединены с выходом шифратора 7, с которого поступает величина денормализации внутри слова. Два соседних старших разряда второго входа корректора 8 соединены с выходом шифратора 10, на котором могут быть коды 10,01 или 00 - величина денормализации в пределах операнда. Оставшиеся два разряда второго корректора входа нулевые. Из предварительного порядка вычитается полный код денормализации, сформированный на втором входе корректора 8 и полученный порядок результата записывается в местную память.

Введение в устройство шифратора числа старших незначащих слов позволяет нормализовать многоразрядные промежуточные результаты без дополнительных затрат времени на анализ степени денормализации. Это дает возможность выполнять в устройстве сложение-вычитание двоичных чисел с плавающей запятой любой точности без увеличения разрядности устройства.

Формула изобретения

Арифметическое устройство, содержащее местную память, счетчик операндов, блок выравнивания, сумматор мантисс, сдвигатель, блок анализа на значимость, шифратор числа старших незначащих разрядов в слове, корректор порядков, регистр мантиссы результата, причем выход счетчика операндов соединен с адресны.м входом .местной памяти, выходы местной памяти соединены со входами блока выравнивания, первый выход местной памяти соединен также с первым входом корректора порядков, выходы блока выравнивания соединены со входами сумматора мантисс, выход сумматора мантисс соединен со входом сдвигателя и со входом блока анализа на значимость, первый выход блока анализа на значимость соединен со входом шифратора числа старших незначаших разрядов в слове, выход которого соединен со вторым входом корректора порядков и с управляющим входом сдвигателя, выход сдвигателя соединен со входом регистра мантиссы результата, выход регистра мантиссы результата и выход корректора порядков соединены со входом местной памяти, отличающееся тем, что, с целью расщирення функциональных возможностей устройства, заключающегося в возможности обработки чисел с плавающей запятой ресщиренного формата, в него введен шифратор числа старщих незначащих слов, информационный вход которого соединен с выходом счетчика операндов, управляющий вход соединен со вторым выходом блока анализа на значимость и с управляющим входом щифратора старщих незначащих разрядов в слове, а выход - со старщими разрядами второго входа корректора порядков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Дроздов Е., Комарницкий В. и Пятибратов А. Электронные вычислительные мащины единой системы.М., «Мащиностроение 1976, с. 210 и 241.

2.Патент США № 3551665, кл. G 06 F 7/38, 1970 (прототип).