Устройство для сложения чисел с контролем

Авторы патента:

G06F7/50 - для сложения; для вычитания (G06F 7/49,G06F 7/544- G06F 7/556 имеют преимущество)

G06F11/10 - добавлением специальных двоичных разрядов или знаков к кодированной информации, например путем контроля по четности, с отбрасыванием девятых или одиннадцатых членов ряда

Союз Соввтских

Социалистичвсних

Рвслублии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61). Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 19.09.78 (21) 2665593/18 вЂ” 24 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

6 06 F 7/50 а об F 11/00

Гюаударстваииыб кеиитет

СССР вв делам изабретеиий и открытий

Опубликовано 30 11.81 Бюллетень М 44

Дата опубликования описания 30.11.81 (53) >ДК 681 326 (088.8) r (72) Автор изобретения

А. А. Шостак

T и0

М, i

:, (4 (71 1 Заявитель

Минский радиотехнический институт

P4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ ЧИСЕЛ С КОНТРОЛЕМ

Изобретение относится к вычислительной технике 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 поразрядного 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 коррекции

1Я четности второго операнда, узел сравнения, элементы И и НЕ (2).

Указанное устройство характеризуется большим временным циклом обработки операндов, вызванным последовательным прохождением

10 вавремени входных операндов и результата через один и тот же регистр, к выходу которого подключен узел сложения по модулю два.

Это не позволяет осуществлять одновременный

2 прием на входы устройства обоих операндов, а также: невозможно;- распараллеливание во времени записи результата в память с приемом очередных операндов. Кроме тЬго, в устройстве не обнаруживаются групповые нечетные ошибки результата, вызываемые одиночной неисправнос тъю сумматора, блок коррекции четности второго операнда достаточно сложный и требует большого обьема оборудования.

Наиболее близким ио 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 операнда, блок формирования четности переносов, блок предсказания 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 первоз 88599 го операнда н 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 четиостн результата являются первым и вторым выходами устройства (3) .

Основным недостатком известного устройства является большой обьем контрольного обо- 15 рудования в случае использования сумматора с параллельным переносом. Действительно, если используется сумматор со сквозным переносом, то для обнаружения всех ошибок, вызываемых одиночкой неисправностью сумматора, достаточо но в каждый разряд сумматора ввести, например, узел дублирующего переноса, в то время как при использовании сумматора с параллельным нереиосом необходимо донолнительно в каждом четном разряде использовать узел сравнения. Если в устройстве для сложения чисел используется сумматор с функ3Вональиой зависимостью суммы от переноса, в котором пере-, носы формируются сквозным способом, то в устройстве обнаруживаются все ошибки, вызываемые одиночной неисправностью сумматора без дополнительного введения в сумматор контрольного оборудования. В случае же формирования в сумма- торе переносов параллельным способом для обнаружения всех ошибок, вызываемых одиночной неисправностью. сумматора, необходимо, например, IN

s какцый разряд сумматора дополнительно ввести 1 два элемента сложения цо модулю два и элемент И. Таким образом, известное устройство . не позволяет организовать равноценный контроль (в смысл затрат контрольного оборудования) сумматоров со сквознмм и параллельным образованием переносов.

Цель изобретения вЂ” сокращение контрольно го оборудования сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что в 4> устройство для сложения чисел с контролем, содержащее регистр первого .операнда, регистр второго операнда, сумматора, регистр результата, блок формирования четности первого опе. ранда, блок формирования четности второго N операнда, блок формирования четности перекосов, блок йредскаэания четности результата, блок формирования четности результата, первую, вторую и третью схемы сравнения, причем выходь1 регистров первого и второго операндов и

Ф сОединены со Входами T0ps н со Входами соответствующих блоков формировшия четности первого и второго операндов, выход значе- °

5 4 ния 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 блока формирования четности второго операнда н со входом значения четности второго операнда устройства, выходы первой, второй и третьей схем сравнеь ння 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 явля- ются первым н 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 nb модулю два, выход которого соединен с первым входом третьей схемы сравнения, второй вьиод блока формирбвания четности переносов соединен с четвертым входом блока предсказания четности результата н с первым входом второго сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом четвертой схемы сравнения, вторые выходы блоков предсказани» 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 вторым и третьим входами второго сумматора по модулю два, первый и второй входы блока формирования четности результата соединены соответственно с выходами значений нечетнъи и четных разрядов регистра результата, первый и второй вьиоды блока формирования четности результата соединены соответственно со вторыми входами третьей и четвертой схемы сравнения, выход четвертой схемы сравнения соединен с выходом «с али-, эации сбоя устройства.

Блок формирования четности операнда содержит три сумматора по модулю два, причемвходы первого и второго сумматоров по модулю два образуют соответственно входы значений нечетных и четных разрядов операнда блока, выходи первого и второго сумматоров по модулю два соединены со входами третьего сумматора ло модулю два, выход которого яв ляется первым выходом блока, выходы первого

885995 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 соот- 5 ветственно 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 операнда, состоящий из трех сумматоров 6, 7 и 8 ло модулю два, блок 9 формирования четности второго операнда, состоящий из трех сумматоров 10, 11 и 12 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 четыре схемы 22 вЂ” 25 сравнения. При этом выходы регистров 1 и 2 первого и второго операндов соединены со входами 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 выхо-, дами 26 и 27 значения нечетных и четных раз- 30 рядов регистр г ".;..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 олераида входы первого 10 и второго 11 сумматоров по модулю два соединейы с выходами 29 и 30 значения нечетных и четных разрядов регистра 2 второго операнда соответственно, а их выходы соединены со входами третье- го сумматора 12 по модулю два, выход которого 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 соединен с выходом 32 значения переносов из четных разрядов сумматора 3, à его выход соединен с первым входом блока 19 предска50 зания четности результата и с первым входом . первбго сумматора 20 по модулю два, второй и третий входы которого соединены с выходами первых сумматоров 6 и 10 сложения по модулю два,блоков 5 и 9 формирования четностей

55 первого и второго операндов соответственно, а выход соединен с первым входом третьей схемы

24 спавнения, 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 нз нечетных разрядов сумматора 3, а его выход соединен со вторым входом блока 19 нредсказаиия четности результата и с первым входом второго сумматора 21 но модулю два, второй и третий входы которого соединены с выходами вторых сумматоров 7 и 11 сложения по модулю два блоков 5 и 9 формирования четкостей первого и второго операндов соответственно, а выход соединен сйервым входом четвертой схемы 25 сравнения, второй вход которой соединен с выходом второго сумматора 18 по модулю два блока 16 формирования четности результата, вход которого соединен с выходом 35 значе-. ния четных разрядов регистра 4 результата.

Кроме того, третий и четвертый входы блока 19 предсказания четности результата соеди» иены со входами 28 и 31 значения четностей первого и второго операндов соответственно,. а его выход является первым выходом 36 устройства, вторым вмходом 37 которого является выход регистра 4 результата, выходы каждой из схем 22 вЂ” 25 сравнения соединены с выходом 38 сигиализадии сбоя устройства.

Пусть формат обрабатываемой информадии ° щнобайтный, а первый разряд нечетный и имеет иаименыпий вес. Тогда функции, реализуемые узлами и блоками и обозначенные через F-, где i - номер соответствующего узла или блока на структурной схеме устройства, имеют вид

6 1 3 5 т

10 1 3 б 7

Р= 13

Ч 4 6

4 6 8

Ви b2УЬФVttМЪВ

4Е 2 4+ 6 + 8

,и " и"Ъ" в=О

19 М Ы А+ Si

885995 где а„, Ь вЂ” разрядные слагаемые (n= 1,...,8);

С, вЂ” перенос иэ и-го разряда;

С вЂ” входной перенос сумматора;

Рд, Рв вЂ” входные четности первого А и второго В операндов соответственно;

8 вЂ” разрядная сумма. и

Из анализа приведенных логических выражений видно, что в предлагаемом устройстве дли сложения чисел используются фактически два 1О независимых канала контроля по четности (кон-! троль по четности нечетных и четных разрядов устройства). Это позволяет организовать конт- ,роль сумматора с параллельным переносом при том же контрольном оборудовании, что и сумматора со сквозным переносом.

Устройство работает следующим образом.

Цикл работы устройства включает два такта.

В первом такте одновременно производится за- . пись очередных операндов во входные регистры що и запись полученной в предыдущем такте в сумматоре 3 суммы в регистр .4 результата.

Во втором такте осуществляется Одновременное сложение в сумматоре 3 очередных операндов и запись результата с регистра 4 результата в память. ПреДполагается, что все регистры постро, ены на двухтактных синхронных О-триггерах, а схемы 24 и 25 сравнения содержат запоминающие элементы для временного хранения значения сиг . налов, сформированных на выходах первого 20 и второго 21 сумматоров по модутио два.

С помощью блоков 5 и 9 формирования четностей входных операндов и схем 22 и 23 сравнения осуществляется контроль за йравильностью 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 результата. Блок 16 предназначен для формирования четности суммы (результата) к моменту начала либо окончания ее записи в регистр 4 результата.

Рассмотрим подробнее вопрос контроля сумматора 3.

Пусть в устройстве используется сумматор с функциональной зависимостью суммы от переноса и параллельным образованием переносов.

Покажем, что в этом случае нет необходимости введения дополнительного контрольного оборудования в сумматор с целью обнаружения всех ошибок, вызываемых его одиночной.неисправностью (в известном устройстве в случае использования сумматора с функциональной зависимостью суммы от переноса и параллельным ss образованием переносов для обнаружения всех ошибок, вызываемых одиночной неисйравностью сумматора, в каждый его разряд необходимо ввести дополнительно два элемента сложения по модулю два и элемент И).

Если возникла ошибка, например, в переносе С1, она обязательно вызывает ошибку в разрядной сумме $, которая обнаруживается на выходе 38 четвертой схемы 25 сравнения, т»к как на ее входы поступают значения переносов иэ нечетных разрядов сумматора, которые ъ рассматриваемом случае сформированы все правильно. Нетрудно показать, что и другие, оип бки, вызываемые одиночной неисправностью сумматора, всегда обнаруживаются в устройстве.

Пусть в устройстве используется сумматор с параллельным образованием переносов и сквозным дублированием переносов. Покажем, что и в этом случае нет необходимости введения в сумматор дополийтельного контрольного оборудования с целью обнаружения всех ошибок, вызываемых Одиночной неисправностью сумматора (в йзвестном устройстве в этом случае в каяц1ом четном разряде сумматора .Исиользуется дополнительно узел сравнения) ..

Есяйвозникла ошибка, напрймер, в пере-носе С, она обязательно вызывает ошибку в разрядной суМме 8., которая обнаруживается н» вмходе третьей схемы 24 сравнения, так как на ее входи поступают значения дублирующих переносов из четных разрядов сумматора, которые в этом случае сформированы все правильно.

Можно показать, что все другие ошибки, вызываемые одиночной неисправностью сумматора, всегда обнаружив»ются контролем по четности в устройстве.

Хаким образом, устройство для сложения чисел .с контролем позволяет организовать равноценный контроль (в смысле затрат контрольного оборудования) сумматоров- со сквозййм и параллельным образованием переносов, что, в свою очередь, приводит к значительному повышению эффективности контроля сумматоров с параллельным образованием переносов.

Кроме того, 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 выборки результата целесообразно ограничиться применением только одного блока формирования четности, с.соответствующим узлом сравнения, например блока 5 формирования четности первого операнда с первым узлом 22 сравнения, исключая при этом 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

9 88599 устройства относится к наиболее экономичному, хотя и с пониженным быстродействием.

Производя сравнение контрольного оборудования предлагаемого устройства и известного, видно, что они примерно равны (дойолнительно введены два трехвходовых сумматора 20 и 21 по модулю два н 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 фуйкциональной 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 повышению надежности; позволяет повысить функциональную надежность устройства за счет

1обнаружсния некоторых ошибок, вызываемых двойной неисправностью.

Формула изобретения

Устройство вопя сложения чисел с контролем, содержащее регистр первого операнда, регистр второго операнда, сумматор, регистр результата, блок формирования ""; .;. гервого операнда блок формирования четности второго операнда, блок формирования четности переносов, блок предсказания четности результата, блок формирования четности результата, первую, вторую

35 и третью схемы сравнения, причем выходъ регистров первого и второго операндов соединены со входами сумматора и со входами соответствующих 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 схе- 45 мы сравнения соединены с первым выходом блока 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 оиераидов устройства, выходы регистра результата и блока предсказания четности результата являются первым и вторым выходами устройства, от л и чаю щ ее с я тем,что, с целью сокращения оборудования, оно содержит

10 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 и нечетных разрядов сумматора, первый выход блока формирования четности переносов соединен с третьим входом блока предсказания четности результата и с первым входом первого сумматора по модулю два, выход кото-. рого соединен с первым входом третьей схемы сравнения, второй выход блока формирования 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 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 разря-. дов регистра результата, первый и второй выходы блока формирования четности результата соединены соответственно со втбрыми входаМи третьей и четвертой схемы сравнения, выход четвертой схемы сравнения соединен с выходом сигнализации сбоя устройства.

2. Устройство по п. 1, .о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок формирования Четности операнда содержит три сумматора по модулю два, причем входы первого и второго сумматоров по модулю два образуют соответственно входы значений нечетных и четных разрядов ойеранда, блока, выходы первого и второго сумматоров по модулю два соедйиены со входами третьего сумматора по модулю два, выход которого является первым выходом блока, выходы первого и второго сумматоров по модулю два . являются соответственно вторым и третьим выходами блока.

3. Устройствопоп. 1, отличающее с я тем, что, блок формирования четности переносов содержит два сумматора по модулю два, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 450164, кл G06> F 7/385, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР У 535088, кл. 6 06 F 7/385, 1974.

3. Селлерс Ф. Методы обнаружения ошибок в работе ЭЦВМ. М., "Мир", 1972, с. 98 вЂ” 102, 117 (прототип).