Накапливающий двоичный сумматор Советский патент 1982 года по МПК H03K23/00 G11C11/14 

(51) НАКАПЛИВАНИЙ ДВОИЧНЫЙ СУММАТОР

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти приме нение при построении операционных устройств на базе пленок одноосных материалбв, содержащих цилиндрические магнитные домены (ЦМД).

По основному авт. св. К 766017 известен накапливающий двоичный сум- матор (НДС), содержащий магнитоодноосную пленку с ЦМД, на поверхности которой расположены Р (по числу разрядов операндов) логических элементов (ЛЭ) -И-ИСКЛОЧАЩЕЕ ИЛИ, соединенных с соответствующими динамическими ловушками (ДЛ) ЦМД, и аннигилятор ЦМД 1.

Недостатком известного НДС является незначительное быстродействие при суммировании массивов чисел, составляющее HP тактов, где Н - количество Р-разрядных чисел, а. такт Эремя оборота вектора поля управления.

Цель изобретения - повышение бысУродействия НДС.

Поставленная иель достигается тем, что сумматор содержит ЛЭ И-ИЛИ по числу разрядов операндов, дополнительные ДП и аннигиляторы ЦМД и дополнительные токовые аппликации, выходы ЛЭ И-ИЛИ связаны с соответствующими дополнительными аннигиляторами и ДЛ ЦМД, а их входы - с пер10выми выходами соответствующих ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых магнитосвязаны С соответствующими дополнительными токовыми аппликациями, дополнительные ДЛ ЦМД соеISдинены с входами соответствующих раз рядов сумматора, связанными с вторыми входами одноименных логических элементов И-ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ.

На чертеже изображена принципиаоальная схема предлагаемого устройства.

Накапливающий двоичный сумматор содержит магнитоодноосную пленку 1 39 с ЦМД II, на поверхности которой расположены Р ЛЭ И-11СКЛЮЧАЮ11ЕЕ ИЛИ III, соединенных с основным аннигилятором ЦМД IV и соответствующими основными ДЛ V, магнитосвязанными с основной токовой аппликацией VI, Р ЛЭ И-ИЛИ VHj взаимосвязанных с .соответствующими дополнительными аннигиляторами ЦМД VIН, дополнитель ными динамическими ловушками ЦМД IX, каналами продвижения,ЦМД X и с первыми выходами ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые выходы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, дополнительные ДЛ ЦМД магнитосвязаны соответственно с первой Xf и второй XII дополнительными токовыми аппликациями. X, , Х, Х и У У, и У - разряды первого и второго операндов со ответственно, а С,С2, ...Ср - разря ды (Р-старщий разряд) результата сум миров ния, 1-8, Г-8, l -6 - позиции, занимаемые ЦМД во время перемещения по элементам НДС (см. чер. теж), . Работа НДС в режиме суммирования двух операндов протекает следующим образом. По параллельным входным каналам входные переменные Х ,Х-,),.. . и ii, УГЗ. Ъ ° поступают в сумматор, причем их младшие разряды продвигаются по каналам Х и У. Через четверть такта с момента поступления операндов в позиции 5 и 5 оба слагаемых сводятся разряд к разряду на расстоя ние, достаточное дЛя взаимодействия ЦМД в одноименных разрядах (позиции и 6 ). 3 результате взаимодействия доменов через 0,75 такта а позиции основных ДЛ образуется результат по разрядного суммирования по модулю 2, а в позициях 7 и 7 конъюнкция содержимого одноименных разрядов, пр чем в позициях 7 неиспользуемые ЦМД переносов уничтожаются при возбуждении основного аннигилятора IV и не приходят на выходы сумматора C-f, . С,,.. ,Ср , а. из позиции 7 ЦМД переносов М-х разрядов НДС (1 i М г р) по каналу распространения переносов 5 - 6 - 7 - 8 - поступают на пер вые входы (М+1)-х ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (дополнительная токовая аппликация (ТА) XI не возбуждена), где в течение следующего такта сложения взаимодействуют с результатом первого поразрядного суммирования по моду 4 ,лю 2, находящимся в основных ДЛ V, и образуют в них результат второго суммирования по модулю 2, а в позициях 7 и 7 - переносы в более старшие разряды. Процесс суммирования заканчивается в момент времени, когда в канале распространения переносов г If т Q 5- 6 - 7 - о - не остается ЦМД-переносов, При этом результат сложения хранится в основных ДЛ V, откуда он может быть считан из позиции 2 при возбуждении основной ТА Vf. ЦМД результата сложения продвигаются по выходным каналам 2-7 и поступают в каналы вывода результата И 2. Ср. Процесс образования результата суммирования по модулю 2 и переноса а старший разряд рассмотрим более под робно на примере суммирования двух разрядов операндов, В момент времени, когда ЦМД, соответствующий второму разряду первогооперанда, поступает на первый вход 2-го разряда НДС (позиция 5). ЦМД, соответствующий 2-му разряду второго операнда, поступает в позицию в на + - аппликации. Отслеживая полюса аппликаций, возникающие под действием поля управления, упомянутые ЦМД перемещаются по. входным каналам и5-2 и достигают позиций 6 и 2 соответственно, из которых за счет взаимного отталкивания переходят в выходные каналы б 7 и 2-7, реализуя тем самым единицу переноса в старший разряд и ноль в основной ДЛ 1-2-3-. Если в одном из двух разрядов операндов ЦМД отсутствует, то присутствующий во 2-ом разряде другого операнда ЦМД, не испытывая отталкивающего воздействия, из позиции 2 (или 6 ) через половину такта поступит в позицию основной динамической ловушки, реализуя тем самым единицу поразрядной суммы по модулю 2 и ноль переноса в старший разряд. Случай с двумя нулями двух разрядах операндов тривиален, вследствие чего не рассматривается. В известном НДС могут быть выполнены следующие поразрядные логические операции (ЛО): Конъюнкция (в яозицкях 7 и 7 ), Неравнозначность (в позиции k), а также Инверсия и Запрет, причем ЛО Инверсия над одной из логических переменных реализуется в позиции k при равенстве дру-. гой переменной единице, а ЛО Запрет - в позиции 4 при возбуждении в момент логического взаимодействия ЦМД одноименных разрядов слое основной ТА VI, инициирующей вывод ЦНД первого слоя из позиции 2 в выходные каналы 2-7. Введение в структуру НДС Р по чис лу разрядов слов ЛЭ И-НЛИ, взаимосвязанных по выходу с соответствующими дополнительными аннигиляторами доменов и дополнительными ДЛ, а по входу - с первыми выходами соответствующих ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем первые входы ЛЭ И-ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛ и дополнительные ДЛ магнитно связаны с соответствующими дополнительными ТА XI и ХН,-что позволяет сущест венно расширить его функциональные возможности. Наличие в предлагаемом суммато)}е ЛЭ И-ИЛИ дает возможность дополнительно реализовать в НДС поразрядную ЛО Дизъюнкция , над информационным tсодержанием дополнительных ДЛ IX и поступающей по каналам продвижения ЦМД X информацией, что совместно с существованием обратной связи с функ ционального выхода Конъюнкция каждого ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через соотбетствующие каналы продвижения доменов X, ЛЭ И-ИЛИ Vi|, дополнительную ДЛ IX на его первый вход позволяет реализовать всевозможные переключательные функции от двух логичес ких переменных, а также выполнять упомянутые логические преобразования над сложными логическими выражениями Процесс ускоренного суммирования массива двоичных чисел в предлага емом НДС осуществляется следующим образом. Основным недостатком известного НДС при суммировании массива двоичных чисел является значительный разрыв во времени реализации ЛО и опера |ции суммирования (1 такт на выполне|ние ЛО против Р тактов на операцию суммирования), который особенно появляется при выполнении длинных ариф метических операций. Известно, что, фиксируя значения слов частичных сум и переносов, можно избежать многокра ного повторения длительного процесса распространения переносов в НДС при суммировании массивов чисел. С этой целью при поступлении каждого последующего элемента массива чисел, на пример, К-го (У), (К 3,Н количество элементов массива чисел), происходит образование нового слова частичных сумм С и слова переносов П в соответствии с выражением у С к.-, ((. )у П Процесс заканчивается образованием слов с и П, которые суммируются обычным образом. 0,5 такта с момента поступления ЦМД одноименных разрядов двух первых элементов массива X и у в позиции 5 и 5 (при описании работы НДС упомянутый момент принят за начало отсчета времени) в позициях 7 и 7 формируется слово переносов П а через 0,75 такта в позиции k - слово частичных сумм С , причем слово С фиксируется а основных ДЛ У, а слово п поступает в канал распространения переносов. Подавая импульсный сигнал в первую дополнительную ТА XI, переводим ЦМД слова п из позиции 7 канала распространения переносов по каналам продвижения X на первые входы ЛЭ И-ИЛИ (позиции 8) и далее в дополнительные ДЛ IX, откуда по, входным каналамНДС 1 - 3 5 - на вторые входы (позиции 6 ). одноименных ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Одновременно с распространением ЦМД слова п по позициям З, 5 каналов ввода операндов У на входы НДС У1,У|,Уз,... поступают ЦМД очередного, третьегг элемента массива чисел - У, которые последовательно занимают позиции 6, г входных каналов. Через 3,25 такта слово П поступает на вторые входы ЛЭ И-ИСКЛ ЗЧАЩЕЕ ИЛИ (позиции б ), а слово У занимает позиции 2 входных каналов. В результате сближения ЦМД слов с и П в ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЮП ЕЕ ИЛИ через такта в позициях 7 каналов распространения переносов образуется слЬво С п , ЦМД которого при возбуждении первой дополнительной ТА XI вновь поступают по каналам X на первые входы ЛЭ И-ИЛИ (позиции 8), а через 3 75 такта в позициях основных ДЛ V формируется слово С+П . Через kf2S такта ЦМД слова с п поступают в позиции 2 дополнительных ДЛ IX, а ЦМД слов У и с+ п сближаются для взаимодействия в ЛЭ И-ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ; в результате которого через ,5 такта в позициях 7 кана7ла распространения переносов формируется слово (с + П)У (С V П)У которое при возбуждении ТА XI через каналы X поступает на первый вход ЛЭ И-ИЛИ (позиция 8), а через ,75 такта 8 позициях 4 основных ДЛ V слово С С+п+У. В этот момент времени на первом входе ЛЭ И-ИЛ в позиции 8 находятся ЦМД слова (с а на втором входе в пози ции - ЦМД слова С П , сблизившиеся на расстояние, достаточное для ло гического взаимодействия в одноименных разрядах, В результате взаимодей ствия через 5 тактов в позициях 5 образуется слово спУ(с vn), ЦМД которого уничтожаются в дополнительных аннигиляторах доменов VIII, :И подается импульсный сигнал во вторую дополнительную ТА ХМ, препятствующий выводу ЦМД из позиции 1 дов позиции 2 полнительных ДЛ силу чего через входных каналов. 5,25 такта в позициях 2 дополнитель ных ДЛ фиксируется слово П ..Сnv (cVn . У , которое, от.слеживая полюса 2, 3 , J, 1 2 3 , j выводится во входные каналы НДС. И так далее до момента формирования слов С и П , которые суммируются в течение последующих Р тактов, причем на протяжении всего процесса суммирования первая дополнительная ТА XI не возбуждается, что обеспечивает последовательное распространение ЦМД переносов между ЛЭ И-ИСКЛЮ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ НДС. Из приведенного описания работы НДС следует, что для суммирования элементов массива из Н Р-разрядных двоичных чисел требуется Р + 7Н 8,5 тактов (2,5 тактов - ввод слова у на вторые входы ЛЭ И-ИСКШЧАЮ- 1 ,ЩЕЕ ИЛИ; 3 такта - формирование П на вторые входы ЛЭ И-ИСслов с , КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; по 7 тактов на образование очередных пар слов С, П и Р тактов на заключительное суммирование с последовательным распространением переносов, что в рН/{Р + 7Н - 8,5) раз меньше аналогичного показателя известного НДС. Формула изобретения Накапливающий двоичный сумматор по авт. св. № 766017, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия сумматора, он содержит логические элементы И-ИЛИ по числу разрядов операндов, дополни- . тельные динамические ловушки и аннигиляторы цилиндрических магнитных доменов и дополнительные токовые аппликации, выходы логических элементов И-ИЛИ связаны с соответствующими дополнительными аннигиляторами и динамическими ловушками цилиндрических магнитных доменов, а их входы - с первыми выходами соответствующих логических элементов И-ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, первые входы которых магнитосвязаны с соответствующими дополнительными токовыми аппликациями, дополнительные динамические ловушки цилиндрических магнитных доменов соединены с входами соответствующих разрядов сумматора, связанными с вторыми входами одноименных логических элементов И-ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 о Авторское свидетельство СССР W 766017 заявка № 2658298/18-2t, 1978, кл. Н 03 К 23/00 (прототип).