Устройство для сложения

(51)06 7/50 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Авгуль Леонид Болеславович Петроченко Андрей Сергеевич Супрун Валерий Павлович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство для сложения, содержащее первый и второй мажоритарные элементы с порогом два, первый и второй мажоритарные элементы с порогом четыре, первый элемент И, элементы ЗАПРЕТпервого по четвертый и элементы сложения по модулю два с первого по четвертый, выход -го из которых (1,3 ) соединен с -м выходом устройства, первый и второй входы третьего элемента сложения по модулю два соединены соответственно с выходом первого и выходом второго элемента ЗАПРЕТ, первый прямой вход которого 7269 1 2005.09.30 соединен с первым входом второго элемента сложения по модулю два и выходом четвертого элемента сложения по модулю два, а второй прямой вход соединен с выходом первого мажоритарного элемента с порогом два, -й (1,5 ) вход которого соединен с -м входом первого элемента сложения по модулю два, -м входом первого мажоритарного элемента с порогом четыре и -м входом первой группы входов устройства, отличающееся тем, что содержит второй и третий элементы И, элементы ЗАПРЕТ с пятого по одиннадцатый,первый и второй мажоритарные элементы с порогом шесть и элементы сложения по модулю два с пятого по четырнадцатый, причем первый вход (4 )-го (1,8 ) элемента сложения по модулю два соединен с -м входом второй группы входов устройства, управляющий вход которого соединен со вторым входом (4 )-го элемента сложения по модулю два и первым входом тринадцатого элемента сложения по модулю два, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а (2 )-й вход (1,4 ) соединен с выходом (2 )-го элемента ЗАПРЕТ, выход тринадцатого элемента сложения по модулю два соединен с четвертым выходом устройства, а пятый выход устройства соединен с выходом четырнадцатого элемента сложения по модулю два, -й (1,5 ) вход которого соединен с выходом (6 )-го элемента ЗАПРЕТ, шестой вход соединен с первым входом первого элемента И, вторым входом второго элемента сложения по модулю два, первым входом запрета первого, пятого, десятого и одиннадцатого элементов ЗАПРЕТ, входом запрета шестого и девятого элементов ЗАПРЕТ и выходом второго элемента И, -й вход которого соединен с -м входом первого мажоритарного элемента с порогом шесть и -м входом первой группы входов устройства, (5 )-й вход (1,3 ) которой соединен с(5 )-м входом первого элемента сложения по модулю два, (5 )-м входом первого мажоритарного элемента с порогом два и (5 )-м входом первого мажоритарного элемента с порогом четыре, выход которого соединен с третьим входом второго элемента сложения по модулю два, входом запрета третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ и первым прямым входом шестого, десятого и одиннадцатого элементов ЗАПРЕТ, -й вход четвертого элемента сложения по модулю два соединен с выходом (4 )-го элемента сложения по модулю два, -м входом второго мажоритарного элемента с порогом два, -м входом второго мажоритарного элемента с порогом четыре, -м входом третьего элемента И и -м входом второго мажоритарного элемента с порогом шесть, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента сложения по модулю два, первым входом запрета восьмого элемента ЗАПРЕТ, вторым входом запрета пятого и десятого элементов ЗАПРЕТ, вторым прямым входом шестого элемента ЗАПРЕТ и первым прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, второй прямой вход которого соединен с выходом первого мажоритарного элемента с порогом два, первым прямым входом седьмого элемента ЗАПРЕТ, первым прямым входом восьмого элемента ЗАПРЕТ и четвертым входом второго элемента сложения по модулю два, пятый вход которого соединен с выходом первого мажоритарного элемента с порогом шесть, входом запрета второго и седьмого элементов ЗАПРЕТ, первым прямым входом пятого и девятого элементов ЗАПРЕТ и вторым входом запрета восьмого элемента ЗАПРЕТ, второй прямой вход которого соединен с выходом четвертого элемента сложения по модулю два, вторым входом запрета первого и одиннадцатого элементов ЗАПРЕТ,вторым прямым входом пятого, седьмого и девятого элементов ЗАПРЕТ, третьим прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ и третьим входом запрета десятого элемента ЗАПРЕТ, второй прямой вход которого соединен с выходом второго мажоритарного элемента с порогом два, третьим прямым входом восьмого элемента ЗАПРЕТ и четвертым входом третьего элемента сложения по модулю два, пятый вход которого соединен с выходом второго мажоритарного элемента с порогом четыре, вторым входом первого элемента И, вторым прямым входом одиннадцатого элемента ЗАПРЕТ, третьим прямым входом пятого и седьмого элементов ЗАПРЕТ и седьмым входом четырнадцатого элемента сложения по модулю два, восьмой вход которого соединен с шестым входом третьего элемента сложения по модулю два, прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ, третьим входом запрета одиннадцатого элемента ЗАПРЕТ и выходом третьего элемента И. 2 7269 1 2005.09.30 Изобретение относится к вычислительной технике и микроэлектронике и предназначено для построения арифметическо-логических устройств высокопроизводительных ЭВМ и спецпроцессоров. Известен одноразрядный четверичный сумматор, содержащий два элемента сложения по модулю два, мажоритарный элемент с порогом два и мажоритарный элемент с порогом четыре 1. Недостатками сумматора являются ограниченные функциональные возможности, так как он не выполняет сложение более двух двухразрядных чисел, а также не обеспечивает суммирование чисел со знаками. Наиболее близким по функциональным возможностям и конструкции техническим решением к предлагаемому является устройство для сложения (сумматор пяти двухразрядных двоичных чисел), содержащее два мажоритарных элемента с порогом два, два мажоритарных элемента с порогом четыре, четыре элемента сложения по модулю два,элемент И, четыре элемента ЗАПРЕТ и элемент ИЛИ 2. Недостатками известного устройства для сложения также являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не выполняет сложение более пяти двухразрядных чисел и не может суммировать числа со знаками. Изобретение направлено на решение задачи расширения функциональных возможностей устройства для сложения за счет обеспечения возможности сложения восьми двухразрядных двоичных чисел, а также сложения восьми одноразрядных двоичных чисел со знаками, представленных в дополнительном коде. Названный технический результат достигается путем введения в состав устройства для сложения дополнительно двух элементов И, семи элементов ЗАПРЕТ, двух мажоритарных элементов с порогом шесть и десяти элементов сложения по модулю два, а также изменением связей между элементами устройства. Устройство для сложения содержит первый и второй мажоритарные элементы с порогом два, первый и второй мажоритарные элементы с порогом четыре, первый элемент И,элементы ЗАПРЕТ с первого по четвертый и элементы сложения по модулю два с первого по четвертый. Выход -го (1,3 ) элемента сложения по модулю два соединен с -м выходом устройства. Первый и второй входы третьего элемента сложения по модулю два соединены соответственно с выходом первого и выходом второго элемента ЗАПРЕТ. Первый прямой вход второго элемента ЗАПРЕТ соединен с первым входом второго элемента сложения по модулю два и выходом четвертого элемента сложения по модулю два. Второй прямой вход второго элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом первого мажоритарного элемента с порогом два, -й (1,5 ) вход которого соединен с -м входом первого элемента сложения по модулю два, -м входом первого мажоритарного элемента с порогом четыре и -м входом первой группы входов устройства. В отличие от прототипа устройство содержит второй и третий элементы И, элементы ЗАПРЕТ с пятого по одиннадцатый, первый и второй мажоритарные элементы с порогом шесть и элементы сложения по модулю два с пятого по четырнадцатый. Первый вход (4)-го (1,8 ) элемента сложения по модулю два соединен с -м входом второй группы входов устройства. Управляющий вход устройства соединен со вторым входом (4)-го элемента сложения по модулю два и первым входом тринадцатого элемента сложения по модулю два. Второй вход тринадцатого элемента сложения по модулю два соединен с выходом первого элемента И, а (2)-й вход (1,4 ) соединен с выходом (2)-го элемента ЗАПРЕТ. Выход тринадцатого элемента сложения по модулю два соединен с четвертым выходом устройства. Пятый выход устройства соединен с выходом четырнадцатого элемента сложения по модулю два, -й (1,5 ) вход которого соединен с выходом (6)-го элемента ЗАПРЕТ. Шестой вход четырнадцатого элемента сложения по модулю два соединен с первым входом первого элемента И, вторым входом второго элемента сложения по моду 3 7269 1 2005.09.30 лю два, первым входом запрета первого, пятого, десятого и одиннадцатого элементов ЗАПРЕТ, входом запрета шестого и девятого элементов ЗАПРЕТ и выходом второго элемента И. При этом -й вход второго элемента И соединен с -м входом первого мажоритарного элемента с порогом шесть и -м входом первой группы входов устройства, (5)-й вход(1,3 ) которой соединен с (5)-м входом первого элемента сложения по модулю два,(5)-м входом первого мажоритарного элемента с порогом два и (5)-м входом первого мажоритарного элемента с порогом четыре. Выход первого мажоритарного элемента с порогом четыре соединен с третьим входом второго элемента сложения по модулю два, входом запрета третьего и четвертого элементов ЗАПРЕТ и первым прямым входом шестого, десятого и одиннадцатого элементов ЗАПРЕТ. В четвертом элементе сложения по модулю два -й вход соединен с выходом (4)-го элемента сложения по модулю два, -м входом второго мажоритарного элемента с порогом два, -м входом второго мажоритарного элемента с порогом четыре, -м входом третьего элемента И и -м входом второго мажоритарного элемента с порогом шесть. Выход второго мажоритарного элемента с порогом шесть соединен с третьим входом третьего элемента сложения по модулю два, первым входом запрета восьмого элемента ЗАПРЕТ, вторым входом запрета пятого и десятого элементов запрет, вторым прямым входом шестого элемента ЗАПРЕТ и первым прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ. Второй прямой вход четвертого элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом первого мажоритарного элемента с порогом два, первым прямым входом седьмого элемента ЗАПРЕТ, первым прямым входом восьмого элемента ЗАПРЕТ и четвертым входом второго элемента сложения по модулю два. Пятый вход второго элемента сложения по модулю два соединен с выходом первого мажоритарного элемента с порогом шесть, входом запрета второго и седьмого элементов ЗАПРЕТ, первым прямым входом пятого и девятого элементов ЗАПРЕТ и вторым входом запрета восьмого элемента ЗАПРЕТ. Второй прямой вход восьмого элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом четвертого элемента сложения по модулю два, вторым входом запрета первого и одиннадцатого элементов ЗАПРЕТ, вторым прямым входом пятого, седьмого и девятого элементов ЗАПРЕТ,третьим прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ и третьим входом запрета десятого элемента ЗАПРЕТ. Второй прямой вход десятого элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом второго мажоритарного элемента с порогом два, третьим прямым входом восьмого элемента ЗАПРЕТ и четвертым входом третьего элемента сложения по модулю два. Пятый вход третьего элемента сложения по модулю два соединен с выходом второго мажоритарного элемента с порогом четыре, вторым входом первого элемента И, вторым прямым входом одиннадцатого элемента ЗАПРЕТ, третьим прямым входом пятого и седьмого элементов ЗАПРЕТ и седьмым входом четырнадцатого элемента сложения по модулю два. Восьмой вход четырнадцатого элемента сложения по модулю два соединен с шестым входом третьего элемента сложения по модулю два, прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ, третьим входом запрета одиннадцатого элемента ЗАПРЕТ и выходом третьего элемента И. На фиг. 1 представлена схема устройства для сложения. Устройство содержит четырнадцать элементов сложения по модулю два 1-14, два мажоритарных элемента с порогом два 15 и 16, два мажоритарных элемента с порогом четыре 17 и 18, три элемента И 19, 20 и 21, два мажоритарных элемента с порогом шесть 22 и 23, одиннадцать элементов ЗАПРЕТ 24-34, восемь входов первой группы 35-42, восемь входов второй группы 43-50, управляющий вход 51 и пять выходов 52-56. Устройство для сложения работает в двух режимах - режиме формирования суммы восьми двухразрядных чисел без знака и режиме сложения восьми одноразрядных чисел 4 7269 1 2005.09.30 со знаком. Выбранный режим определяется значением сигнала 0,1, подаваемого на управляющий вход устройства. В режиме формирования суммы восьми двухразрядных чисел без знака на управляющий вход устройства подается сигнал 0. При этом операнды , (1,8 ) интерпретируются как положительные двухразрядные двоичные числа 2 а 10. Очевидно, что 0,1,2,3 или в двоичном коде 8 00,01,10,11. Результат операции сложенияпринимает значения из мно 1 жества 0,124 и в двоичном коде представляется пятиразрядным числом 43210, таким, что В режиме формирования суммы восьми одноразрядных двоичных чисел со знаком на управляющий вход устройства подается сигнал 1. В этом случае разряды операндов а 1,1,8 , рассматриваются как знаковые, а сами операнды считаются представленными в дополнительном коде-2 а 1 а 0 и-2,-1,0,1. В двоичном коде 10,11,00,01. Следовательно-16,-15-1,0,18 и также может быть представлено пятиразрядным двоичным числом 43210. Однако в данном режиме разряд 4 является знаковым, а само число считается представленным в дополнительном коде 16 4 Изображения двоичных чисел 43210, соответствующих множеству возможных значений , будут иметь вид 10000,1000111111,00000,0000101000. Устройство для сложения работает следующим образом. На первую группу входов устройства 35-42 поступают (в произвольном порядке) разряды операндов 1,0-8,0, на вторую группу входов устройства 43-50 поступают (в произвольном порядке) разряды операндов а 1,1-а 8,1.управляющий вход устройства 51 подается управляющий сигнал , определяющий режим работы устройства. На выходах 52-56 формируются соответственно разряды суммы 0-4. Работа устройства для сложения описывается приводимой ниже таблицей (фиг. 2). Устройство для сложения построено в соответствии со следующими соотношениями 002 4 6 1111114 2 2 4 6200 106 111110 4 4 2 6 4 4 2 2 6301160 100 1 1 100 1 1 106 1 1 1 0 0 2 406 1 10 Здесь( 1 ,2 8 ) - функция, реализуемая восьмивходовым мажоритарным элементом с порогом р (р 2,4,6), которая определяется следующим образом 1, если где 1,8 ,0,1,0,1,0,1. Достоинствами устройства являются широкие функциональные возможности и высокое быстродействие, которое определяется глубиной схемы и равно 4, где- задержка на вентиль. Источники информации 1. А.с. СССР 1827672, МПК 06 7/50, 1993. 2. Патент РБ 2629, МПК 06 7/50, 1999 (прототип). Таблица работы устройства для сложения 8 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.