Параллельный комбинационный сумматорНА пРибОРАХ C элЕКТРОННыМ гиСТЕРЕ-зиСОМ Советский патент 1981 года по МПК G06F7/50 

54) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ КОМБИНАЦИОННЫЙ СУММАТОР

НА ПРИБОРАХ С ЭЛЕКТРОННЫМ ГИСТЕРЕЗИСОМ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и пред- назначено для использования в электронно-вычислительных системах и .системах дискретной автоматики.

Известны сумматоры, используемые в электронно-вычислительных системах для выполнения арифметических операций, выполненные из элементов, включагацих электровакуумные и полупроводниковые триоды или другие приборы и параметрические устройства, или выполненные из магнитных сердечников или пленок из материала с петлей магнитного гистерезиса и 2. .

Однако эти сумматоры имеют ограниченное -быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является парсшлельный комбинационный сумматор на приборах с электронным гистерезисом, содержащий в каждом разряде СВЧприборы с петлей электронного гистере зиса типа отражательного клистрона, а также элемент задержки. Использование этих элементов позволяет получить высокое быстродействие сумматора, а также достичь высокой стабильности параметров и надежности С.

Недостаток известного сумматора невысокое быстродействие, связанное с наличием катодных сопротивлений у выходных СВЧ-приборов, чтообусловливает увеличение, переходных процессов при переключении из одного устойчивого состояния в другое.

Цель изобретения - повышение быстродействия параллельного комбинационного сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что в параллельном комбинационном cy мaтope на приборах с электронным гистерезисом,.содержащем в каждом разряде СВЧ-приборы с электронным гистерезисом и элемент задержки, причем шины входных сигнашов соответствующих разрядов первого и второго операндов подключены к резонаторам первого и второго входных СВЧ-приборов с электронным гистерезисом, резонатор первого выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом соединен с шиной сигнала суммы соответствующего разряда сумматора, резонаторы первого и второго СВЧ-приборов с электронным гистерезисом соединены через .первую полосковую линию связи с боко вой связью со входом элемента задерИСКИ, а через вторую полосковую линию связи с боковой связью - с резонатором второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом, выход элемента задержки и резонатор второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом предыдущего разряда параллельного сумматора соединены через вторую и третью полосковые линщ связи с боковой связью с резонаторами выходных СВЧ-приборов с электронным гистерезисом данного разряда параллельного сумматора.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема сумматора; на фиг. 2 - бистабильная область электронного гистерезиса на зависимости мощности прибора р от напряжения на отражателе Ер и пот ложение рабочего напряжения смещения EoT-p.paS.

Сумматор, предназначенный для сложения двух п-разрядных чисел, содержит СВЧ-приборы 1-16 с петлей электронного гистерезиса типа отражательного клистрона, элементы 17-19 задержки .

При сложении два п-разрядных числа поступают На шины входных сигналов одновременно. Сложение поступивших чисел производится во всех разрядах параллельно. Сумма двух чисел поступает на шины сигналов сумма. Входные приборы 1-4 и 5 - 8 (в зависимости от назначения схемы сумматора) могут являться триггерами регистров, с которых цифры слагаекых одновременно поступают на выходные приборы 9-12 для образования кода суммы, а на выходные приборы 13 - 16 - для образования кода переноса в старший разряд.

Связь между приборами предыдущего разряда и последующего разряда, а: также между входными и выходными приборами каждого разряда, осуществляется с помощью полосковых линий связи 20 с боковой связью 21.

Перед выполнением операции сложения все приборы сумматора переводятся упоавляющим отрицательным импульсом напряжения, подводимым к отражателям приборов, в исходное состояние. Отсутствие генерации при рабочем напряжении на отражателе Е. (фиг. 2). ,

При поразрядном сложении двух чисел складываются сразу три цифры: два одноименных разряда слагаемых и перенос, который, в свою очередь, складывается иэ переноса, образованного в данном и предыдущем разрядах

Сумматор работает следующим образом.

При поступлении чисел на входные приборы 1 - 4 и 5 - 8 переходят в состояния, соответствующие разрядам кодов чисел. При поступлении 1 прибор переходит в со.стояйие генерации, при поступлении О прибор ос|тается в состоянии отсутствия генерации . Переход входных приборов 1 8в состояние генерации происходит вследствие воздействия импульсов

достаточной мощности на колебательную систему резонатора прибора в . режиме электронного гистерезиса при расположении рабочего напряжения смещения в бистабильной области зависимости мощности прибора от напряжения на отражателе (фиг. 2). Соединение входных 1 - 8 и выходных 9 - 12 приборов осуществляется с помощью полосковых линий с боковой связью, в этом случае связь входных приборов 1-7 в каждом разряде с выходными 9-12 приборами рассчитана так, что последние переходят в состояние генерации при воздействии сигнала одного генерирующего входного прибора, при генерирующих двух входных приборов их сигналы поступают на выходной прибор

9- 12 соответствующего разряда в противофазе через петли боковой связи, расположенные на расстоянии Tt ,

2

и последний остается в состоянии отсутствия генерации.

Перенос 1 из предыдущего разряда в последующий производится с помощью приборов 13 - 16. Связь через полосковые линии 1-8 входных приборов с приборами 13 - 16 рассчитана так, чтобы последние переходили в состояние генерации только -при синфазном воздействии сигналов двух генерирующих входных приборов. Мощность колебаний, поступающих от одного ВХОДНОГО прибора 1 - 8 на прибор 1316 через боковые связи, недостаточна для возбуждения колебаний в приборе 13 - 16. Возбуждение колебаний в приборе 13 - 16 при одном генерирующем входном приборе происходит лишь при синфазном воздействии с сигналом последнего и сигнала переноса предыдущего разряда (фиг. 1).

В цепи связи входных приборов 2 4/ 6 - 8 с выходными 10 - 12, начиная со вторЬго разряда, включены элементы 17 - 19 задержки, время, задержки которых рассчитано таким образом, чтобы сигнал переноса предыдущего разряда поступал на выходной прибор данного райряда одновременно с сигналами от входных приборов этого же разряда. Следовательно, время задержки элемента 17 задержки определяется временем срабатывания (длительность переходных процессов) одного прибора 13, время 3адержки элемента 18.задержки - Суммарной длительностью, переходных процессов двух приборов 13,14 и т.д. таким образом, при раСпрост-. ранении переноса из младшего разряда в старший все элементы задержки оказываются включенными последовательно (один перенос вызываетдругой и т.д.) из-за чего время выполнения суммирования увеличивается. Поэтому времясуммирования при заданном числе разр дов п определяется в основном време образования единицы переноса t в каждом разряде сумматора Т ntp , Быстродействие схемы, в основном, определяется длительностью переходных процессов в приборе и характеризуется отношением тактовой частоты F к частоте собственных колебаний f , Ft Т т7 и, следовательно VT где) -коэффициент быстродействия; Т - период собственных колебанииJ период тактовой частоты; ст время установления колебаний; ti - время спада колебаний. Наименьшее число периодов Мрр,; в одном цикле работы триггера равно гх . / Ьуогт + тск-ц. Как показывает ангшиз переходных про цессов, время установления колебаний в отражательном клистроне равно ,1.2 8 О Т о н где 0. - добротность нагруженного ре зонатора. Поскольку в слаботочных клистрона Q 100-200, то tjjcT составляет около 10 периодов, а в клистронах с широким диапазоном электронной настройки () - 30-50 периодов генерируемых колебаний. Если предположить, что / максимальное быстродействие триггера построенного на микроприборе СВЧ-типа отражательного клистрона, находит ся из соотношения и минимальное число периодов в одном цикле работы триггера равно N 1 2t:vcT Т При использовании для построения схе мы приборов, у которых период колебаний составляет 20 пс (f 50 ГГц), получают быстродействие порядка 2 не ;(F; 0,5 ГГц). : Для получения суммы в сумматоре двух п-разрядных чисел необходимо производить п тактов работы . Следовательно, , Ьде Т-период тактовой частоты; ; п - количество разрядов. Для случая Tj, - 2 НС ((у 0,5ГГц и п 36 время суммирования равно НС НС 7,2ч10 с. Введение новых связей позволяет повысить быстродействие предлагаемого сумматора на один порядок по сравнению с известным. Формула изобретения Параллельный комбинационный сумматор на приборах с электронным гистерезисом, содержащий в каждом разряде СВЧ-приборы с электронным гистерезисом и элементом задержки, причем ишны входных сигналов соответствующих разрядов первого и второго операндов подключены к резонаторам первого и второго входных СВЧ приборов с электронным гистерезисом, резонатор первого выходного СВЧ-прибора с электронным гистереэисом соединен с шиной сигнала .суммы соответствующего разряда сумматора, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, резонаторы первого и второго СВЧ-приборов с электронным гистерезисом соединены череэ первую полосковую линию связи с боковой связью со входом элемента задержки, а через вторую полосковую линию связи с боковой связью - с резонатором второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом, выход элемента задержки и резонатор второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом предыдущего разряда параллельного сумматора соединены через вторую и третью полосковые линии связи с боковой связью с резонаторами выходных СВЧ-приборов с электронным гистерезисом данного разряда параллельного сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 226946, кл. G 06 F 7/50, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР 374600, кл. G 06 F 7/50, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР о заявке 2481375/18-24, кл. G 06 F 7/50, 1977 (прототип).

tpue. 2 П

floaS TlV 11 г omp.