Устройство для сложения чисел с контролем Советский патент 1981 года по МПК G06F7/50 G06F11/10 

р4) УСТРбЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ ЧИСЕЛ С КОНТЮЛЕМ

Изобретение относится к вычислительно тех нике и может быть использовано при разработке арифметических устройств с контролем по четности. Известно контролируемое устройство для сложения чисел, содержащее четыре регистра две группы элементов И, два узла поразр)щного сравнения и узел анализа нуля 1. Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие, вызванное многотактностью его работы, а также невозможность контроля его входной информации. Известно также устройство для сложения чисел, содержащее два регистра, сумматор, узел сложения по модулю два, блок коррекция четности второго операнда, узел сравнения,элементы И и НЕ 2. Указанное устройство характеризуется больщим временным циклом обработки операндов, вызванным последовательным прохождением во времени входных операндов и результата через один и тот же регистр, к выходу которого подключен узел сложения по модулю два. ; Это не позволяет осуществлять одновременный прием на входы устройства обоих операндов, а также : невозможное распараллеливание во времени записи результата в память с приемом очередных операндов. Кроме тбго, в устройстве не обнаруживаются групповые нечетные ошибки результата, вызываемые одиночной ненсправко( тью сумматора, блок коррекции четности второго операнда достаточно сложный и требует больщого объема оборудования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для сложения чисел, содержащее регистр первого операнда, регистр второго операнда, сумматор, регистр результата, блок формирования четности первого операнда, блок формирования четности второго (шеранда, блок формирования четности переносов, блок предсказання четности результата, блок формирования четности результата, три узла сравнения, причем выходы регистров первого и второго операндов соединены со входами сумматора, выход значения суммы которого соединен со входом регистра результата, входы первого узла сравнения соединены с выходом блока формирования четности перво: го операнда и с шиной значения четности первого операнда, входы второго узла сравнения соединены с выходом блока формирования четности второго операнда и с шиной значения четности второго операнда, выходы первого, .второго и третьего узлов сравнения соединены с шиной сигнализации сбоя устройства, первый и второй входы блока предсказания четности результата соединены с шинами значений четностей первого и второго операндов, выходы регистра результата и блока предсказания результата являются первым и вторым йыходами устройства 3. Основным недостатком известного устройства является большой объем контрольного обо рудования в случае использования сумматора с параллельным переносом. Действительно, если используется сумматор со сквозным лереносом, то для обнаружения всех ошибок, вызываемых одиночнад неисправностью сумматора, достаточно в каждый разряд сумматора ввести, например, узел дублирующего переноса, в то время как при использо бании сумматора с параллельным переносом необходимо дополниггельно в каждом четном разряде использовать узел сравнения. Если в устройстве для сложения чисел используется сумматор с функШюнальной зависимостью суммы от переноса, в котором п носы формируются сквоэйым способом, то в устройстве обнаруживаются все ошибки, вцзываемые одиночной неисправностью сумматора без допошительНого ааедения в cyntMaiop контрольного оборудования. В случае же фс мкрования в сумма торе переносов параллельным способом дли о&шру жжия вобх ошибок, вызываемых одиночной не(НспраВноспю. сумматора, необходимо, например, в ка}1ощй {взряд сумматоре дорояните нр ввести два зяемента сяожения по MOAyjoo даа и элемент И. Таким образом, швестяое устройство не позвошЕет оргшнвовать равноценный контрол (в смысле затрат контрольного оборудования) мматсфов со сквюным н параллельным образованием пфеяосов. Цель нзобре1 {кя - с01фащение контрольно го оборудования сумматора. Поставленная цель достигается тем, что в уа здйсхво для сложения чисел с контролем, ccneienimcc регистр йервото onepioqia, регистр vtopoto оаерайол, сумматора, регистр результата блок форьофованяя четности первого операнда, блок формирования четности втсфого , onepanaa, блок форяшрованкя четности переносов блок предсказания четности результата, блок фсфмиррвання четности результата , вторую п третью схемы сравнения, 1фнчем выходы pentcipOB первого н второго соединены со входами сумматора н со входами соответствующих блоков формирования четности первого и второго операндов, вькод значеНИЛ суммы которого соединен со входом регистра результата, входы первой схемы ср.авнения соединены с первым выходом блока формирования четности первого операнда и со входом значения четности первого операнда устройства, входы второй схемы сравнения соединены с первым выходом блока формирования четности второго операнда и со входом значения четности второго операнда усгройства, выходы первой, второй и третьей схем сравнения соединены с выходом сигнализации сбоя устройства, первый и второй входы блока предсказания четности результата соединены со входами значений четностей первого и второго операндов устройства, выходы регистра результата и блока предсказания четности результата являются первым и вторым выходами устройства, введены два сумматора по модулю два и четвертая схема сравнения, причем первый и второй входы блока формирования четности переносов соединены соответственно с выходами значения переносов из четных и нечетных разрядов сумматора, первый выход блока формирования четности Переносов соединен с третьим входом блока предсказания четности результата и с первым входом первого сумматора пЬ модулю два, выход которого соединен с первым входом третьей схемы сравнения, второй Выход блока формйрбвания четности переносов соединен с четвертым входом блока предсказания четности результата и с первым входом второго сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом четвертой схемы сравнения, вторые выходы блоков предсказания четности первого и второго операндов соединены соответственно со вторым н третьим входами первого сумматора по модулю два, третьи выходы блоков предсказания четности первого и второго операндов соединены соответственно со вторым и третьим входами второго сумматора по модулю два, первый и второй входы блока формирования четности результата соединены соответственно с выходами значений нечетных и четных разрядов регистра результата, первый и второй выходы блока формирования четности результата соединены соответственно со вторыми входами третьей н четвертой схемы сравнения, выход четвертой схеАШ сравнения соедш(ен с выходом fiT зации сбоя устройства. Блок формирования четности операнда содержит три сумматора по модулю два, причемВходы первого и второго сумматоров по модулю два образуют соответственно входы значений иечетиых и четных разрядов операнда блока, выходы первого и второго сумматоров по модулю два соединеиы со входами третьего сумматора по модулю два, выход которого является первым выходом блока,, выходы первого 588 и второго сумматоров по модулю два являются соответственно вторым и третьим выходами блока Кроме того; блок формирования четности переносов содержит два сумматора по модулю два, входы и выходы которых являются COOTветственно входами и выходами блока. На чертеже приведена структурная схема устройства для сложения чисел с контролем. Устройство содержит регистры 1 и 2 первого и второго операндов соответственно, сумматор 3, регистр 4 результата, блок 5 формирования четности первого опершда, состоящий из трех сумматоров 6, 7 и S по модулю два, блок 9 формирования четности второго операнда состоящий из трех сумматоров 10, 11и12 по модулю два, блок 13 формирования четности переносов, состоящий из двух сумматоров 14 и 15, по модулю два, блок 16 формирования четности результата, состоящий из двух сумматоров 17 и 18 по модулю два, блок 19 предсказания четности результата, два сумматора 20 и 21 по модулю два и четьфе схемы 22-25 сравнения. При зтом выходы регистров 1 и 2 первого и Btoporo операндов соединены со вхо дами сумматора 3, выход значения суммы которого соединен со входом регистра 4 результата. В блоке 5 формирования четности первого операнда входы первого 6 и второго 7 сумматоров по модулю два соединены с выходами 26 и 27 значения нечетных и четных разрядов регистр Г грг:ого операнда соответствен но, а их выходы соединены со входами третьего сумматора 8 по модулю два, выход которого соединен с первым входом первой схемы 22 сравнения, второй вход которой соединен со входом 28 значения четности первого операнда. В блоке 9 формирования четности второго операнда входы первого 10 и второго 11 сумматоров по модулю два соединень с выходами 29 и 30 значения нечетных и четных разрядов регистра 2 второго операнда соответствен но, а их выходы соединенысо входами третье го сумматора 12 по модулю два, выход которо го соединен с первым входом второй схемы 23 сравнения, второй вход которой соединен со входом 31 значения четности второго операнда. Вход первого сумматора 14 по модулю два блока 13 формирования четности переносов оое,Дивен с выходом 32 значения переносов из четных разрядов сумматора 3, а его выход соединен с первьпи входом блока 19 предсказания четности результата и с первым входом , Первого сумматора 20 по модулю два, второй и третий входы которого соединены с выходами первых сумматоров б и 10 сложения по модулю два.блоков 5 и 9 формирования четностей первого и второго операндов соответственно, а выход соединен с первым входом третьей схемы 24 сравнения, второй вход которой соединен с выходом первого сумматора 17 по модулю два блока 16 формирования четности результата, вход которого соединен с выходом 33 значения нечетных разрядов регистра 4 результата. Вход второго сумматора 15 по модулю два блока 13 формирования четности переносов соединен с выходом 34 значения переносов из нечетных разрядов сумматора 3, а его выход соединен со вторым входом блока 19 предсказания четности результата и с первым входом второго сумматора 21 по модулю два, второй и третий входы которого соединены с выходами вторых сумматоров 7 и 11 сложения по модулю два блоков 5 и 9 формирования четностей первого и второго операндов соответственно, я выход соединен с первым входом «твертой схемы 25 ср иения, второй вход кот(й соединен с выходом второго сумматора 18 по модулю два блока 16 формирования четности результата, вход которого соединен с выходом 35 значе-, ння четных разрядов регистра 4 {жзультата. Кроме того, третий я 4eTBepTbdi входы блока 19 предсказания четности результата. соеди вены со входами 28 и 31 значения ч гаостей первого и второго операндов соответственно, а его выход является первым выходом 36устройства, выходом 37 которого явля ется выход регистра 4 результата, выходы каждой из схем 22-25 сравнгаия соединены с выходом 38 сипшлвзадин сбоя устройства. Пусть формат обрабатываема информации однобайтный, а первый разряд нечетный и имеет наименыний вес. Тогда функция, реализуемые узлами н блоками н обсяначяшые через Fy° , где i - номер соответствующего узла нлн блока на структурной схеме устройства, нмеют внд Fg ci vc vagVa, iV vb VbgVb, F,-5,, Рао,( F.-q Vd vagvqg P-,e 2V|4Ve6VSg ,,VF,.0 . разрядные слагаемые (,.--,8); t - перенос из п-го разряда; C0j(- входной перенос сумматора; входные четности первого А и второго В операндов соответственно;Sj, - разрядная сумма. Из анализа приведенных логических выражений видно, что в предлагаемом устройстве для сложения чисел используются фактически два независимых канала контроля по четности (кон(троль по четности. нечетных и четных разрядов устройства). Это позволяет организовать конт.роль сумматора с параллельным переносом v при том же кон1рольном оборудоэгшии. что и сумматора со сквозным переносом. Устройство работает Следующим образом. Цикл работы устройства включает два такта. В первом такте одновременно произаойнтся запись очередных операндов во входные регистры и запись полученной в пред1|Щущем такте в сумматоре 3 суммы в регистр 4 | е3 р1ьтата. Во втором такте осуществляется Ох Е овремёШОе сложение в сумматоре 3 очередных олераидся и запись результата с регистра 4 результата и память. Предполагается, что все рв-истры Постр ены на ;:фухтактаых синхронных D-триггерах,а схемы 24 и 25 сравнения содержат запоминающие элементы для временного хранения значешга clrf . налов, сформированных на выходах первого 20 и второго 21 сумматоров по модушо два. С помощью блоков 5 и 9 формирования чешостей входных операндови схем 22 и 23 сравнения осуществляется контроль за правильностью передачи информации по шинам связи на входы устройства, а также контроль за правильностью ее записи во входные регистры 1 и 2. С помощью блоков 13 и 16, сумматоров 20 и 21 и схем 24 и 25 сравнения осуществляется контроль за работой сумматора 3 и регистра 4 резуль та. Блок 16 предназначен для формирования четности суммы (резуль тата) к моменту начала либо окончания ее записи в регистр 4 результата. Рассмотрим подробнее вопрос контроля сумматора 3. Пусть в устройстве используется сумматор с функдиональной зависимостью суммы от пере носа и параллельным образованием переносов. Покажем, что в этом случае нет необходимости введения дополнительного контрольного оборудования в сумматор с целью обнаружения всех ошибок, вызьшаемых его одиночной неисправно тью (в известном устройстве в случае использования сумматора с функциональной зависимостью сзммы от переноса и параллельным образованием переносов для обнаружения всех ошибок, вызываемых одиночной неисправностью сумматора, в каждый его разряд необходимо ввести дополнительно два элемента сложения по модулю два и элемент И). Если возникла ошибка, например, в переносе Ct, она обязательно вызывает ошибку в разрядной сумме S, которая обнаруживается на выходе 38 четвертой схемы 25 сравнения, так как на ее входы поступают значения переносов из нечетных разрядов сумматора, которые V рассматриваемом случае сформированы все правильно. Нетрудно показать, что и другие оищбкл, вызьгваемые одиночной неисправностью сумматора всегда обнаруживаются в устройстве. Пусть в устройстве используется сумматор с параллельным образованием переносов и сквозным дублированием перекосов. Покажем, что я в этом случае нет необхойИмости введения в сумматор дойойиитейьного контрольного оборудования с целью обнаружения всех ошибок, вызываемь1Х с Шочной неисправностью сумма.1ор& (в lQse«THOM устройстве в этом случае в казВДом четирм разряде сумматора. ТШйойьзуёЛЯ Дополнительно узел сравнения).Если вЬзншсла ошибка, например, в переносе , я(а обязательно вшывает ошибку в разрядной сумме &., которая обнаруживается Ш выходе Т|)етвеЙ 24 сравнения, так как на ее входы поступают значения дублируюпщх из четньк разрядов суммалорл, которые в этом случае сформированы все правильно. Момсно показать, что все другие ошибки, вызываемые одиночной неисправностью сумматора, всегда обнаруживаются контролем по четности В устройстве. Таким образом, устройство для сложения чисел с контролем позволяет организовать равноценный контроль (в смысле затрат контрольного оборудования) сумматоро со сквозным и параллельным оСфазованием переносов, что, в свою очередь, приводит к значительному повышению эффективности контроля сумматоров с параллельным образованием переносов. Кроме тото, в устройстве обнаруживается большой процент ошибок, вызываемых двойной неисправностью сумматора (ошибки, относящиеся к различным каналам контроля). В случае использования в устройстве последовательного принципа приема операндов и вы борки результата целесообразно ограничиться применением только одного блока формирования чейос ш, с. соответствующим узлом сравнения, например блока 5 формирования четности первого операнда с первым узлом 22 сравнения, исключая при зтрм из устройства регистр 4 результата, два блока 9 и 16 и соответствующие им схемы 23, 24 и 25 сравнения и заменяя первый 20 и второй 21 сумматоры по модулю два на два Т-триггера. Такой вариант 988 устройства относится к наиболее экономичному, хотя и с пониженным быстродействием. Производя сравнение контрольного оборудования предлагаемого устройства и известного, видно, что они примерно равны (дополнительно введены два трехвходовых сумматора 20 и 21 по модулю два и схема 25 сравнения и одновременно исключены из блоков 13 и 16 два двухвходовых узла сложения по модулю два). Вместе с тем в предлагаемом устройстве в сумматоре 3 сокращено контрольное оборудование на 100% (случай использования сумматора с функциональной зависимостью суммы от переноса и параллельным образованием переносов) или на 50% (случай использования сумматора с параллельным образованием переносов и сквозным дублированием переносов). Таким образом, конструкция предлагаемого устройства позволяет сократить в среднем на 75% контрольное оборудование сумматора с параллельным образованием переносов, что, в свою очередь, приводит к снижению стоимости и повьпиению надежности; позволяет повысить функциональную надежность устройства за счет обнаружения некоторых ошибок, вызываемых двойной неисправностью. Формула изобретения Устройство Для сложения чисел с контролем содержащее регистр первого операнда, регистр второго операнда, сумматор, регистр результата, блок форм1фования г.:.... первого операнда, блок формирования четности второго операнда, блок формирования четности переносов, блок щ едсказания четности результата, блок формирования четности результата, первую, вторую я третью схемы сравнения, причем выходы регистров первого н второго операндов соединены со входами сумматора и со входами соответ ствующих блоков формирования четности первого и второго операндов, выход значения суммы которого соединен со входом регистра результата, входы первой схемы сравнения соединены с : первым выходом блока формирования четности первого операнда и со входом значения четности первого операнда устройства, входы второй схемы сравнения соединены с первым выходом бло ка формирования четности второго операнда и со входом значения четности второго операнда устройства, выходы первой, второй и третьей схемы сравнения соединены с выходом сигнализации сбоя устройства, первый и второй входы блока предсказания четности результата соединены со входами значений четностей первого и второго операндов устройства, выходы регистра результата и блока предсказания четности результата являются первым и вторым выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью сокращения оборудования, оно содержи два сумматора по модулю два и четвертую схему сравнения, причем первый и второй входы блока формирования четности переносов соединены соответственно с выходами значения переносов из четных н нечетных разрядов сул матора, пер- . вый выход блока формирования четности переносов соединен с третьим входом блока предсказания четности результата и с первым входом первого сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом третьей схемы сравнения, второй выход блока формирован1Ш четности переносов соединен с четвертым входом блока предсказания четности результата и с первым входом второго сумматора по модулю Два, выход которого соединен с первым входом . , четвертой схемы сравнения, вторые выходы блоков предсказания четности первого и второго операндов соединены соответственно со вторым и третьим входами первого сумматора по модулю два, третьи выходы блоков предсказания четности первого и второго операндов соединены соответственно со вторьпл и третьим входами второго сумматора по модулю два. первый и второй входы блока формирования четности результата соединены соответственно с выходами значений нечетных и четнь1х разрядов регистра результата, первый и второй выходы блока формирования четности результата соединены соответственно со вторыми входа1МИ третьей и четвертой схемы сравиеиия, выход четвертой схемы сравнения соединен с выходом сигнализации сбоя устройства. 2.Устройство по п. 1, .о т л и ч а ю Ц) ее с я тем, что блок формирования четности операнда содержит три сумматора по модулю два, причем входы первого и второго суммато ров по модулю два образуют соответственно входы значений нечетных и четных разрядов опёршзда блока, выходы первого и второго сумматоров по модулю два соедшены со входами третьего сумматора по модулю два, выход которого является первым выходом блока, выходы первого и второго сумматоров по модулю два . являются соответственно вторьпл и третьим выходами блока. 3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, блок формирования четиостя переносов содержит два сумматора по модулю два, и выходы которых являются соответственио входами и выходами блока. Источники информации, принятые во внимание при зкспертязе 1. Авторское свидетельство СССР FP 450164, клСОб, F 7/385, 1972. . 2, Авторское свидетельство СССР N 535088, кл. 6 06 F 7/385, 1974. 3. Селлерс Ф. Метода обиаружеиня ошибок в работ ЭЦВМ. М., Мир, 1972, с. 98-102, 117 (прототип).

2

i

b-J

«ъ

rt

Щ

/V

Q sj

hv

О

/

go «

fe