Матричное устройство для умножения и сложения Советский патент 1981 года по МПК G06F7/38 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в специализированных машинах.

По основному авт. св. № 657434 известно матричное устройство для умножения и сложения, состоящее из одноразрядных сумматоров, объединенных в (п-1) строк и 2п столбцов ромбовидной матрицы (блок умножения) и двух п-разрядных регистров множимого и множителя. Каждая строка содержит п однородных сумматоров, связанных между собой цепями переноса. Сумматоры первого ряда образуют произведения множимого на первый разряд множителя и сдвинутого на один разряд влево произведения множимого на второй разряд множителя. Полученная первая сумма частичных произведений суммируется со сдвинутым влево на два разряда произведением множимого на третий разряд множителя на сумматорах второго ряда и т.д. Кроме того, устройство содержит регистр подкоренного числа, схему сравнения, генератор импульсов, ключ, триггер, распределитель тактов, элементы И, причем информационный и управляющий входы ключа соединены г выходами генератора импульсов и триггера,, а выход - со входами элементов И и управляющим входом распределителя тактов, выходы которого соединены с другими входами элементов И, выходами соединенных с разрядньми входами регистроь множимого и множи-еля, один вход схемы сравнения подключен к регистру подкоренно10го числа, другой - к выходу комбинационной схемы умножения, а выход ко входам поразрядного взве1иивания элементов

Недостатком известного устройст15ва является то, что время извлечения квадратного корня независимо от кода подкоренного числа и всегда постоянно.

Цель изобретения - повьиение быст20родействия в режиме извлечения квадратного корня.

Поставленная цель достигается тем, что в матричное устройство для умножения и сложения введены узел выделения старшей единицы кода подкоренного числа и по элементу ИЛИ на каждую пару разрядов регистра подкоренного числа, причем выходы разрядов регистра подкоренного числа попарно соединены с первый и. вторыи входами

элементов ИЛИ, выходы которых подключены ко входам узла вьщеления сташей единицы кода подкоренного числа, выходы которого соединены с соответствующими входами установки в единицу разрядов распределителя, начиная со второго разряда-, вход опроса узла вьщеления старшей единицы кода подкоренного числа подключен ко входу Начало преобразования устройства.

Кроме того, узел вьщеления старшей единии;ы кода подкоренного числа содержит, (п-2) цепочки из последовательно соединенных элементов И-НеНе, п выходных элементов И-Не (где п - число разрядов кода подкоренного числа) и элементы Не и И-Не, причем 1 -ый вход узла выделения старшей единицы кода подкоренного числа для всех разрядов, кроме младшего, соединен с первым входом элемента И-Не соответствующей цепочки, а выхо подключен ко входу элемента Не соответствующей цепочки и к первому входу выходного элемента И-Не (п-1)ой цепочки, второй вход которого соединен со входом опроса узла выделения старшей единицы кода подкоренного числа, а третий вход - с выходом элемента Не соответствующей цепочки, подключенного ко второму входу элемента И-Не (i+1)-ой цепочки вход младшего разряда узла соединен со входом элемента Не и вторым входом элемента И-Не первой цепочки, а вьйсод элемента Не соединен с третьим входом первого выходного элемента И-Не, вход старшего разряда узла подключен ко входу соответствующего элемента И-Не, выход которого соединен с третьим входом посленего выходного элемента И-Не, выходы выходных элементов И-Не являются выходами узла выделения старшей единицы кода подкоренного числа.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - то же, узла выделения старшей единицы кода подкоренного числа.

Устройство (фиг. 1) содержит Генератор 1 импульсов, ключ 2, регистр 3 подкоренного числа, схему 4 сравнения, комбинационную схему 5 умножения, регистр 6 множимого, регистр 7 множителя, элементы И 8, распределитель 9 тактов, триггер 10, элменты ИЛИ 11, узел 12 выделения старшей единицы кода подкоренного числа, вход 13 Начало преобразования, вход 14 младшего разряда узла выделения старшей единицы кода подкоренпо10 числа, выход 15 младшего разряда. Младшие разряды регистра 3 подкоренного числа, регистра 7 множителя и распределител я 9 изображены снизу на фиг. 1.

Узел выделения старшей единицы кода подкоренного числа (фиг. 2) состоит из элементов И-Не 16 и элементов Не 17.

Разряды регистра 3 подкоренного числа условно разбиты, начиная с младшего разряда, попарно. Выходы каждой, пары разрядов регистра соединены с первым и вторым входом элемента ИЛИ 11. Выходы элементов ИЛИ 11 подключены к соответствующим входам узла 12 выделения старшей единицы. Первый выход 15 С младший разряд)узла 12 выделения старшей единицы соединен со входом установки в единицу втрого разряда распределителя 9, следущий выход - с установкой в единицу третьего разряда и т.д.

В режиме извлечения квадратного корня устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 10 находится в .нуле, ключ 2 закрыт. В регистре 3 записано подкоренное число, регистры 6 и 7 и распределитель 9 тактов установлены в нуль. Код регистра 3 подкоренного числа, разряды которого попарно объединены по схеме ИЛИ, начиная с младшего разряда, подается на узел 12 :вьаделения старшей единицы. Если число разрядов регистра 3 нечетное, то выход старшего разряда соединяется прямо с соответствующим входом узла 12 выдления старшей единицы.

По переднему фронту сигнала начал преобразования вьщеления старшая единица в коде подкоренного числа устанавливает в единицу соответствующий разряд в распределителе 9 тактов, а По заднему фронту устанавливается в единицу триггер 10 и открывается ключ 2. Номер разряда раслределителя тактов, устанавливаемого в единицу, определяется следующим образо

i41i|2)H,

i - номер разряда распределитегделя тактов;

h - четный номер разряда регистра 3 из объединенной пары разрядов, в которой записана старшая единица подкоренного числа. Первый импульс генератора через элемент И 8 того разряда распределителя, который был установлен в единицу, устанавливает в единицу триггеры в регистре 6 множимого и регистре 7 множителя и переводит распределитель 9 в следующее состояние.

На выходе комбинационной схемы умножения формируется квадрат числа, записанного в регистрах, который подается на схему 4 сравнения. Если квадрат числа меньше подкоренного числа, то на выходной шине схемы 4

сравнения будет нуль и второй импульс генератора через открытый элемент И 8 установит следукнций разряд регистров 6 и 7 в единицу, а распределитель 9 переведет в следующее состояние. Единица/ ранее записанная в старший разряд регистров 6 и 7, сохраняется. На выходе комбинационной схемы 5 умножения формируется новый квадрат числа.

Если квадрат числа превысит величину подкоренного числа, то на выходе схемы 4 сравнения формируется рарешающий потенциал и второй импульс с генератора 1 сбрасывает старший разряд регистров множимого и множителя в нуль, а в следующий за ним разряд запишет единицу. Далее схема работает аналогично до тех пор, пока распределитель 9 тактов не опросит все разрдцы-регистров. По заднему фронту последнего такта триггер 10 устанавливается в нуль и ключ 2 закрывается. На выходе регистров 6 и 7 сформируется результат.

Узел выделения старшей единицы работает следующим образом.

Подкоренное число с регистра 3 через элементы ИЛИ 11 в обратном коде подается на узел 12 вьщеления .старшей единицы. Схема распределяет потенциалы таким образом, что стасялая единица, распространяясь на значащие младшие разряды, запрещает прохо)вдение сигналов значащих цифр на выходыVмладших разрядов схемы. Логические выражения для каждого выхода узла следующие:

. .х.

o--,,.. .

....

V -- И

-выходы узла;

У X

-выходы элемента ИЛИ.

Интерпретация этих выражений в виде структуры на основе элементов Не и И-Не приведена на принципиальной схеме (фиг. 2).

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении быстродействия при извлечении квадратного корня, достигнутого за счет перевода устройства в асинхронный режим работы. Экономия времени становится особенно ощутимой при многократном выполнении этой операции.

Формула изобретения

1.Матричное устройство для умножения и сложения по авт. св.№657434,

отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия в режиме извлечения квадратного корня, 3 него введены узел выделения стар1ей единицы кода подкоренного числа и по элементу ИЛИ на каждую пару разрядов регистра подкоренного чис0ла, причем выходы разрядов регистра подкоренного числа попарно соединены с первь и вторьм входами элементов ИЛИ, выходы которых подключены ко входам узла выделения старшей

5 единицы кода подкоренного числа, выходы которого соединены с соответствующими входами установки в единицу разрядов распределителя, начиная со второго разряда, вход опроса узла

0 вьаделения старшей единицы кода подко ренного числа подключен ко входу Начало преобразования устройства.

2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что узел выделения старшей единицы кода подкоренного

5 числа содержит ( и-2 ) цепочки из последовательно соединенных элемен,тов И-Не-Не п выходных элементов Л-Не

(где п - число разрядов кода подкоренного числа) и элементы Не и И-Не

0 причем i -ый вход узла выделения старшей единицы кода подкоренного числа для всех разрядов, кроме младшего соединен с первым входом элемента И-Не соответствующей цепочки, а вы5ход подключен ко входу элемента Не соответствующей цепочки и к первому входу выходного элемента И-Не (п-1)-ой цепочки, второй вход которого соединен со входом опроса узла

0 выделения старшей единицы кода подкоренного числа, а третий вход с выходом элемента Не соответствующей цепочки, подключенного ко второму входу элемента И-Не (-И)-ой цеПОЧ11И, вход младшего разряда узла

5 соединен со входом элемента Не и вторьм входом элемента И-Не первой цепочки, а выход элемента Не соединен с третьим входом первого выходного элемента И-Не, вход старшего разряOда узла подключен ко входу соответствующего элемента И-Не, выход которого соединен с третьим входом последнего выходного элемента И-Не, выходы выходных элементов И-Не являются вы5ходами узла выделения старшей единицы кода подкоренного числа.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР . 657434, кл. G 06 F 7/38, 1977 ( прототип) .

fS

fj

/

f

U -J

JJ

0fff.f

fj