Устройство для умножения чисел в коде "1 из 4"

Устройство для умножения чисел в коде "1 из 4"

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам обработки данных, и может быть использовано для построения вычислительных систем с повышенной достоверностью получения результата и с высоким быстродействием.

Известно устройство для умножения чисел (RU №2021633 С1, МПК G06F 7/52, заявлено 10.07.1991, опубл. 15.10.1994), содержащее n одноразрядных узлов умножения (n - разрядность множимого), две группы по n буферных регистров, n комбинационных сумматоров первой группы и (n+1) комбинационных сумматоров второй группы, (n+1) регистров промежуточного результата, n триггеров переноса, (n-1) коммутаторов и узел формирования коррекции с соответствующими связями.

Недостатком данного устройства является то, что в режиме функционирования не проводится проверка правильности выдаваемых данных, что, в свою очередь, не дает возможности повысить достоверность выдаваемых результатов.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в отсутствии средств, обеспечивающих возможность проверки правильности выдаваемого кода данных.

Известен ускоренный умножитель на нейронах (RU №2322688 С2, МПК G06F 7/52, заявлено 03.04.2006, опубл. 20.10.2007, БИ №11), содержащий блок ввода данных, блок регистра множимого, блок регистра множителя, блок суммирования, блок дешифратора, блок хранения результата, блок управления. В умножителе происходит умножение двоичных чисел. Произведение чисел получается как сумма частичных произведений, путем анализа младших разрядов множителя, сдвига на два разряда множителя вправо и сдвига множимого влево.

Недостатком данного устройства является то, что в режиме функционирования не проводится проверка правильности выдаваемых данных, что, в свою очередь, не дает возможности повысить достоверность выдаваемых результатов.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в отсутствии средств, обеспечивающих возможность проверки правильности выдаваемого кода данных.

Известно устройство для умножения чисел по модулю (патент РФ №2143723 С1, МПК G06F 7/52, G06F 7/72, заявлено 29.07.98, опубл. 27.12.99), содержащее первый и второй преобразователи двоичного кода по первому внутреннему модулю, первый и второй преобразователи двоичного кода по второму внутреннему модулю, с первого по шестой блоки элементов И, табличный вычислитель, преобразователи унитарного кода по первому и второму модулям и сумматор по модулю. Устройство обеспечивает умножение чисел в системе остаточных классов по двум модулям.

Недостаток данного устройства заключаются в том, что не проводится проверка правильности выдаваемых данных, что, в свою очередь, не дает возможности повысить достоверность выдаваемых результатов.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в отсутствии средств, обеспечивающих возможность проверки правильности выдаваемого кода данных.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятое за прототип устройство для умножения чисел в коде "1 из 4" (RU №2251144 С1, МПК G06F 7/52, заявлено 28.10.2003, опубл. 27.04.2005, БИ №12), содержащее регистр тетрадного сдвига, блок частичных произведений, блок сумматоров, регистр результата в коде "1 из 4", блок контроля, входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" первого и второго сомножителей устройства, вход записи устройства, вход синхроимпульсов устройства, вход константы 0 в коде "1 из 4" и выходы признака ошибки, при этом регистр тетрадного сдвига содержит n тетрад, где n - количество четверичных разрядов сомножителей, причем входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" первого сомножителя устройства соединены с информационными входами соответствующих тетрад регистра тетрадного сдвига, информационные входы сдвига четверичных разрядов в коде "1 из 4" с первой по (n-1)-ю тетрад соединены соответственно с выходами четверичных разрядов в коде "1 из 4" со второй по n-ю тетрад регистра тетрадного сдвига, информационные входы сдвига четверичных разрядов n-й тетрады соединены с входом константы 0 в коде "1 из 4", блок частичных произведений содержит n узлов частичных произведений в коде "1 из 4", причем входы первой группы тетрад блока частичных произведений соединены с выходами младшей первой тетрады регистра тетрадного сдвига, причем блок сумматоров содержит (n-1) сумматор в коде "1 из 4", а регистр результата в коде " 1 из 4" содержит 2n тетрад четверичных разрядов, причем информационные входы с первой по n-ю тетрад четверичных разрядов регистра результата в коде "1 из 4" соединены с выходами старшей группы четверичных разрядов соответственно со второй по (n+1)-ю тетрад четверичных разрядов регистра результата в коде "1 из 4", выходы четверичных разрядов с (n+2)-й по 2n-ю тетрад регистра результата в коде "1 из 4" соединены соответственно с входами четверичных разрядов второго слагаемого с первого по (n-1)-й сумматоров в коде "1 из 4", при этом блок контроля содержит 2n узлов контроля кода "1 из 4", выходы которых соединены с выходами признака ошибки устройства, входы с первого по (n+1)-й узлов блока контроля кода "1 из 4" соединены с выходами четверичных разрядов соответственно с первой по (n+1)-ю тетрад четверичных разрядов регистра результата в коде "1 из 4", вход записи устройства соединен с входом установки регистра результата в коде "1 из 4" и входом записи регистра тетрадного сдвига, вход синхроимпульсов устройства соединен с синхровходами регистра результата в коде "1 из 4" и регистра тетрадного сдвига.

Недостатком данного устройства является то, что на каждом шаге вычислений значения текущей накапливаемой суммы частичных произведений устанавливаются на регистре результата через время, равное сумме времени вычисления поразрядных произведений, плюс время поразрядного суммирования и плюс время на выполнение последовательной коррекции n межразрядных переносов.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в том, что в устройстве отсутствуют средства, обеспечивающие хранение поразрядных переносов и связи для передачи их на следующем шаге.

Техническим результатом изобретения является увеличение быстродействия устройства.

Предлагаемое устройство отличает регулярность связей узлов и связей, а также обеспечение повышенной достоверности выдаваемого результата, за счет поразрядного контроля выполнения операции умножения чисел, и равномерное распределение энергии по разрядам в процессе работы, что особенно важно при реализации аппаратуры устройства в виде СБИС.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройство для умножения чисел в коде "1 из 4", содержащее регистр тетрадного сдвига, блок частичных произведений, блок сумматоров, регистр результата в коде "1 из 4", блок контроля, входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" первого и второго сомножителей устройства, вход записи устройства, вход синхроимпульсов устройства, вход константы 0 в коде "1 из 4" и выходы признака ошибки, при этом регистр тетрадного сдвига содержит n тетрад, где n - количество четверичных разрядов сомножителей, причем входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" первого сомножителя устройства соединены с информационными входами соответствующих тетрад регистра тетрадного сдвига, информационные входы сдвига четверичных разрядов в коде "1 из 4" с первой по (n-1)-ю тетрад соединены соответственно с выходами четверичных разрядов в коде "1 из 4" со второй по n-ю тетрад регистра тетрадного сдвига, информационные входы сдвига четверичных разрядов n-й тетрады соединены с входом константы 0 в коде "1 из 4", блок частичных произведений содержит n узлов частичных произведений в коде "1 из 4", причем входы первой группы тетрад блока частичных произведений соединены с выходами младшей первой тетрады регистра тетрадного сдвига, причем блок сумматоров содержит (n-1) сумматор в коде "1 из 4", а регистр результата в коде "1 из 4" содержит 2n тетрад четверичных разрядов, причем информационные входы с первой по п-ю тетрад четверичных разрядов регистра результата в коде "1 из 4" соединены с выходами старшей группы четверичных разрядов соответственно со второй по (n+1)-ю тетрад четверичных разрядов регистра результата в коде "1 из 4", выходы четверичных разрядов с (n+2)-й по 2n-ю тетрад регистра результата в коде "1 из 4" соединены соответственно с входами четверичных разрядов второго слагаемого с первого по (n-1)-й сумматоров в коде "1 из 4", при этом блок контроля содержит 2n узлов контроля кода "1 из 4", выходы которых соединены с выходами признака ошибки устройства, входы с первого по (n+1)-й узлов блока контроля кода "1 из 4" соединены с выходами четверичных разрядов соответственно с первой по (n+1)-ю тетрад четверичных разрядов регистра результата в коде "1 из 4", вход записи устройства соединен с входом установки регистра результата в коде "1 из 4" и входом записи регистра тетрадного сдвига, вход синхроимпульсов устройства соединен с синхровходами регистра результата в коде "1 из 4" и регистра тетрадного сдвига, дополнительно введены регистр второго сомножителя, блок переносов произведения, первый блок сумматоров переносов, блок триггеров переноса суммы, второй блок сумматоров переносов, блок переносов результата и вход сдвига, причем регистр второго сомножителя содержит n тетрад, причем входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" второго сомножителя устройства соединены с информационными входами соответствующих тетрад регистра второго сомножителя, а выходы регистра соединены с входами второй группы соответствующих тетрад блока частичных произведений, при этом блок переносов произведения и первый блок сумматоров переносов содержат по n узлов, причем выходы тетрад блока частичных произведений в коде " 1 из 4" соединены с входами первой группы соответствующих узлов первого блока сумматоров переносов, входы второй группы которого соединены с выходами в коде "1 из 3" соответствующих узлов блока переносов произведения, выход переноса узлов первого блока сумматоров переносов соединен с первым входом одного переноса соответствующих узлов блока переносов произведения, второй вход одного переноса и вход двух переносов узлов блока переносов произведения соединены с одноименными выходами соответствующих узлов тетрад блока частичных произведений в коде "1 из 4", выходы в коде "1 из 4" с первого по (n-1)-й узлов первого блока сумматоров переносов соединены с соответствующими входами четверичных разрядов в коде "1 из 4" первого слагаемого соответственно с первого по (n-1)-й сумматоров блока сумматоров, выходы в коде "1 из 4" n-го узла первого блока сумматоров переносов соединены с информационными входами 2n-й тетрады четверичных разрядов регистра результата в коде "1 из 4", при этом блок триггеров переноса суммы и второй блок сумматоров переносов содержат по (n-1) узлов, причем входы первой группы в коде "1 из 4" с первого по (n-1)-й узлов второго блока сумматоров переносов соединены с информационными выходами соответственно с первого по (n-1)-й сумматоров в коде "1 из 4" блока сумматоров, входы второй группы в коде "1 из 2" с первого по (n-1)-й узлов второго блока сумматоров переносов соединены с соответствующими выходами соответственно с первого по (n-1)-й узлов блока триггеров переноса суммы, выход переноса с первого по (n-1)-й узлов второго блока сумматоров переносов соединен с первым входом переноса соответствующих узлов блока триггеров переноса суммы, второй вход переноса которых соединен с выходами переносов соответственно с первого по (n-1)-й сумматоров в коде "1 из 4" блока сумматоров, блок переносов результата содержит (n-1) узлов, причем информационные входы первой группы в коде "1 из 4" с первого по (n-1)-й узлов которого соединены с информационными выходами четверичных разрядов с (n+2)-й по 2n-ю тетрад регистра результата в коде "1 из 4", первые входы переносов с первого по (n-1)-й узлов блока переносов результата соединены с прямым выходом единицы в коде "1 из 2" соответственно с первого по (n-1)-й узлов блока триггеров переноса суммы, вторые входы переносов со второго по (n-1)-й узлов блока переносов результата соединены с выходами переносов соответственно с первого по (n-2)-й узлов блока переносов результата, второй вход переносов первого узла блока переносов соединен с константой нуля, входы с (n+2)-го по 2n-й узлов блока контроля кода "1 из 4" соединены с выходами четверичных разрядов соответственно с первого по (n-1)-й узлов блока переносов результата в коде "1 из 4", вход синхроимпульсов устройства также соединен с синхровходами узлов блока переносов произведения и блока триггеров переноса суммы, вход записи устройства также соединен с входом записи регистра второго сомножителя, с входами установки узлов блока переносов произведения и блока триггеров переноса суммы, вход сдвига устройства соединен с входом сдвига с первого по (n-1)-й узлов блока переносов результата.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для умножения чисел в коде "1 из 4"; на фиг.2 представлен вариант реализации узла 3_i блока частичных произведений; на фиг.3 представлен вариант реализации узла 6_i блока сумматора в коде "1 из 4"; на фиг.4 представлен вариант реализации узла 10_i блока переноса результата; на фиг.5 представлен вариант реализации узла 4_i блока переносов произведения; на фиг.6 представлен вариант реализации узла 7_i блока триггеров переноса суммы; на фиг.7 приведены временные диаграммы управляющих сигналов.

Устройство для умножения чисел в коде "1 из 4" (фиг.1) содержит регистр тетрадного сдвига 1, регистр второго сомножителя 2, блок частичных произведений 3, блок переносов произведения 4, первый блок сумматоров переносов 5, блок сумматоров 6, блок триггеров переноса суммы 7, второй блок сумматоров переносов 8, регистр результата в коде "1 из 4" 9, блок переносов результата 10, блок контроля 11, входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" первого В и второго А сомножителей устройства, вход записи устройства 12, вход синхроимпульсов устройства 13, вход константы 0 в коде "1 из 4" 14, вход сдвига 15 и выходы признака ошибки 16. При этом регистр тетрадного сдвига 1 содержит n тетрад четверичных разрядов в коде "1 из 4" 1₁…1_n, где n - количество четверичных разрядов сомножителей, и предназначен для первого сомножителя, осуществляет сдвиг в сторону младших разрядов потетрадно за один такт и вводом константы 0 в коде " 1 из 4" с входа 14 в старшие разряды, регистр второго сомножителя 2 содержит n тетрад четверичных разрядов в коде "1 из 4" 2₁…2_n, блок частичных произведений 3 содержит n узлов частичных произведений 3₁…3_n, блок переносов произведения 4 содержит n узлов хранения переносов в коде " 1 из 3" 4₁…4_n, первый блок сумматоров переносов 5 содержит n узлов в коде "1 из 4" 5₁…5_n, блок сумматоров 6 содержит (n-1) сумматор в коде "1 из 4" 6₁…6_n-1, блок триггеров переноса суммы 7 содержит (n-1) узлов хранения переносов 7₁…7_n-1, второй блок сумматоров переносов 8 содержит (n-1) узлов в коде "1 из 4" 8₁…8_n-1, регистр результата в коде "1 из 4" 9 содержит 2n тетрад четверичных разрядов 9₁…9_2n, блок переносов результата 10 содержит (n-1) узлов в коде "1 из 4" 10₁…10_n-1, блок контроля 11 содержит 2n узлов контроля в коде "1 из 4" 11₁…11_2n.

Входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" первого сомножителя В устройства соединены с информационными входами соответствующих тетрад 1_i регистра 1 тетрадного сдвига, информационные входы сдвига четверичных разрядов в коде "1 из 4" с первой по (n-1)-ю тетрад 1₁-1_(n-1) соединены соответственно с выходами четверичных разрядов в коде "1 из 4" со второй по n-ю тетрад 1₂-1n регистра 1 тетрадного сдвига, информационные входы сдвига четверичных разрядов n-й тетрады 1_n соединены с входом 14 константы 0 в коде "1 из 4".

Входы четверичных разрядов в коде "1 из 4" второго сомножителя А устройства соединены с информационными входами соответствующих тетрад 2_i регистра 2 второго сомножителя.

Входы первой группы узлов 3_i тетрад блока частичных произведений 3 соединены с выходами младшей первой тетрады 1_i регистра тетрадного сдвига 1, входы второй группы узлов 3_i тетрад блока частичных произведений 3 соединены с выходами соответствующих узлов 2_i тетрад регистра 2 второго сомножителя.

Выходы узлов 3_i тетрад блока частичных произведений 3 в коде "1 из 4" соединены с входами первой группы соответствующих узлов 5_i первого блока 5 сумматоров переносов, входы второй группы которого соединены с выходами в коде "1 из 3" соответствующих узлов 4_i блока переносов произведения 4, выход переноса ПМ1 узлов 5_i первого блока сумматоров переносов 5 соединен с первым входом одного переноса ПМ1 соответствующих узлов 4_i блока переносов произведения 4, второй вход одного переноса Р1 и вход двух переносов Р2 которых соединены с одноименными выходами соответствующих узлов 3_i тетрад блока частичных произведений 3 в коде "1 из 4".

Выходы в коде "1 из 4" с первого по (n-1)-й узлов 5₁-5_(n-1) первого блока сумматоров переносов 5 соединены с соответствующими входами четверичных разрядов первого слагаемого соответственно с первого по (n-1)-й узлов 6₁-6_(n-1) блока сумматоров 6 в коде "1 из 4", выходы в коде "1 из 4" n-го узла 5_n первого блока сумматоров переносов 5 соединены с информационными входами 2n-й тетрады 9_2n четверичных разрядов регистра результата 9 в коде "1 из 4".

Входы первой группы в коде "1 из 4" с первого по (n-1)-й узлов 8₁-8_(n-1) второго блока сумматоров переносов 8 соединены с информационными выходами соответственно с первого по (n-1)-й узлов 6₁-6_(n-1) блока сумматоров 6 в коде "1 из 4", входы второй группы в коде "1 из 2" с первого по (n-1)-й узлов 8₁-8_(n-1) второго блока сумматоров переносов 8 соединены с соответствующими выходами соответственно с первого по (n-1)-й узлов 7₁-7_(n-1) блока триггеров переноса суммы 7, выход переноса ПС с первого по (n-1)-й узлов 8₁-8_(n-1) второго блока сумматоров переносов 8 соединен с первым входом переноса ПС соответствующих узлов 7₁-7_(n-1) блока триггеров переноса суммы 7, второй вход переноса ПS которых соединен с выходами переносов ПS соответственно с первого по (n-1)-й сумматоров 6₁-6_(n-1) в коде "1 из 4".

Информационные входы с первой по n-ю тетрад 9₁-9_n четверичных разрядов регистра результата 9 в коде "1 из 4" соединены с выходами старшей группы четверичных разрядов соответственно со второй по (n+1)-ю тетрад 9₂-9_(n+1) четверичных разрядов регистра результата 9 в коде "1 из 4", выходы четверичных разрядов с (n+2)-й по 2n-ю тетрад 9_(n+2)-9_2n регистра результата 9 в коде "1 из 4" соединены соответственно с входами четверичных разрядов второго слагаемого с первого по (n-1)-й узлов 6₁-6_(n-1) блока сумматоров 6 в коде "1 из 4" и информационными входами первой группы в коде "1 из 4" с первого по (n-1)-й узлов 10₁-10_(n-1) блока переносов результата 10, первые входы переносов ТП с первого по (n-1)-й узлов 10₁-10_(n-1) блока переносов результата 10 соединены с прямым выходом ТП единицы в коде "1 из 2" соответственно с первого по (n-1)-й узлов 7₁-7_(n-1) блока триггеров переноса суммы 7, вторые входы переносов П со второго по (n-1)-й узлов 10₂-10_(n-1) блока переносов результата соединены с выходами переносов П соответственно с первого по (n-2)-й узлов 10₁-10(n-2) блока переносов результата 10, второй вход переносов П первого узла блока переносов 10₁ соединен с константой нуля.

Входы с первого по (n+1)-й узлов 11₁-11_(n+1) блока 11 контроля кода "1 из 4" соединены с выходами четверичных разрядов соответственно с первой по (n+1)-ю тетрад 9₂-9_(n+1) четверичных разрядов регистра результата 9 в коде "1 из 4", входы с (n+2)-го по 2n-й узлов 11_(n+2)-11_n блока 11 контроля кода "1 из 4" соединены с выходами четверичных разрядов соответственно с первого по (n-1)-й узлов 10₁-10_(n-1) блока переносов результата 10 в коде "1 из 4".

Выходы 2n узлов 11₁-11_2n блока 11 контроля кода "1 из 4" соединены с выходами 16 признака ошибки устройства.

Вход 12 записи устройства соединен с входом установки регистра результата 9 в коде "1 из 4", входом записи регистра тетрадного сдвига 1, входом записи регистра второго сомножителя 2, с входами установки узлов блока переносов произведения 4 и блока триггеров переноса суммы 7.

Вход 13 синхроимпульсов устройства соединен с синхровходами узлов регистра результата 9 в коде "1 из 4", регистра тетрадного сдвига 1, блока переносов произведения 4 и блока триггеров переноса суммы 7.

Вход сдвига 15 устройства соединен с входом сдвига с первого по (n-1)-й узлы 10₁-10_(n-1) блока переносов результата 10.

Возможный вариант узла частичных произведений в коде "1 из 4" 3_i (фиг.2) содержит с первой по четвертую группы элементов И 17-20, группу элементов ИЛИ 21 и элемент ИЛИ 22. Группа элементов ИЛИ 21 содержит 4 элемента ИЛИ, каждая группа элементов И 17-20 содержит 4 элемента И, образуя матрицу 4×4. Первые входы одноименных элементов И с первого по четвертый каждой группы соединены между собой и соединены с соответствующими бинарными составляющими четверичного разряда сомножителя а_3i a_2i а_1i а_0i, являющиеся второй группой входов узла 3_i, вторые входы элементов И каждой группы с первой по четвертую соединены между собой и соединены с соответствующими бинарными составляющими четверичного разряда сомножителя b_0i b_1i b_2i b_3i, являющиеся первой группой входов узла 3_i. Выходы матрицы 4х4 элементов И подсоединены к входам группы элементов ИЛИ 21 и элементу ИЛИ 22 в соответствии с преобразованием входных значений сомножителей в частичные произведения и переносы, приведенным в таблице 1, а выходы группы элементов ИЛИ 21 являются группой выходов узла 3_i бинарных составляющих четверичного разряда произведения с_3i с_2i с_1i с_0i, выход р1_i элемента ИЛИ 22 является выходом одного переноса узла 3_i, выход р2_i первого элемента четвертой группы элементов И 20 является выходом двух переносов узла 3_i.

Возможный вариант узла сумматора в коде "1 из 4" 6_i (фиг.3) содержит с первой по четвертую группы элементов И 23-26, группу элементов ИЛИ 27 и элемент ИЛИ 28. Группа элементов ИЛИ 27 содержит 4 элемента ИЛИ, каждая группа элементов И 23-26 содержит 4 элемента И. Группы элементов И 23-26, аналогично узлу частичных произведений 3_i, образуют матрицу 4×4, но выходы матрицы соединены к входам группы элементов ИЛИ 27 и элементу ИЛИ 28 в соответствии с преобразованием входных значений слагаемых в сумму и перенос по таблице 2. Группы входов а_3i а_2i а_1i а_0i и b_3i b_2i b_1i b_0i являются группами первого и второго слагаемых узла 6_i блока сумматоров 6, а выходы группы элементов ИЛИ 27 являются группой выходов узла 6_i бинарных составляющих четверичного разряда суммы s_3i s_2i s_1i s_0i выход ПS_i элемента ИЛИ 28 является выходом переноса узла 6_i.

Возможный вариант узла 5_i первого блока сумматоров переносов 5 может быть реализован аналогично узлу 6_i блока сумматоров 6, причем вторая группа входов включает только три бинарные составляющие b_2i b_1i b_0i в коде "1 из 3", при этом образуется матрица 4×3 и исключаются 4-я группа элементов И 26 и соответствующие связи.

Возможный вариант узла 8_i второго блока сумматоров переносов 8 может быть реализован аналогично узлу 6_i блока сумматоров 6, причем вторая группа входов включает только две бинарные составляющие b_1i b_0i в коде "1 из 2", при этом образуется матрица 4×2 и исключаются 4-я и 3-я группы элементов И 26-25 и соответствующие связи.

Возможный вариант узла 10_i блока переносов результата 10 (фиг.4) содержит первую вторую группы элементов И 29-30, группу элементов ИЛИ 31, элемент ИЛИ 32, элемент ИЛИ-НЕ 33 и элемент И 34. Каждая группа элементов И 29-30 содержит 4 элемента И, образуя матрицу 4×2, выходы которой соединены с входами группы элементов ИЛИ 31, аналогично узлам блока сумматоров 6 в соответствии с таблицей 2 при двух бинарных составляющих b_1i b_0i в коде "1 из 2", выходы группы элементов ИЛИ 31 являются группой выходов узла 10_i бинарных составляющих четверичного разряда произведения z_3i z_2i z_1i z_0i, выход П_i является выходом переноса узла 10_i. Первые входы элементов ИЛИ 32 и ИЛИ-НЕ 33 соединены между собой и являются внешним вторым входом переноса П_i-1 из младшего узла 10_i-1 блока переносов 10, вторые входы элементов ИЛИ 32 и ИЛИ-НЕ 33 соединены между собой и подключены к выходу элемента И 34, входы которого являются внешними первым входом переноса ТП_i-1 из младшего узла 7_i блока триггеров переноса суммы 7 и входом сдвига 15. Выходы элементов ИЛИ 32 и ИЛИ-НЕ 33 являются бинарными составляющими второго слагаемого b_1i b_0i для матрицы элементов 4х2.

Возможный вариант узла 4_i блока переносов произведения 4 (фиг.5) содержит синхронный D-триггер 35 с входом установки в единицу, два синхронных D-триггера 36-37 с входом установки в ноль, элемент ИЛИ-НЕ 38, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ 39, элемент И 40 и элемент ИЛИ 41. Входы синхронизации триггеров 35-37 соединены между собой и подключены к внешнему входу 13 синхронизации СИ, входы начальной установки триггеров 35-37 соединены между собой и подключены к внешнему входу 12 начальной записи ЗАПИСЬ. Логические элементы 38-41 преобразуют входы двух переносов Р2_i и одного переноса Р1_i, от узла 3_i частичных произведений, и вход одного переноса ПМ1_i, от узла 5_i первого блока сумматоров переносов 5, в код "1 из 3" в соответствии с таблицей 3. Первые входы элементов ИЛИ-НЕ 38, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ 39 и И 40 соединены между собой и подключены к внешнему входу одного переноса ПМ1_i, от узла 5_i, а их вторые входы соединены между собой и они подключены к внешнему входу одного переноса Р1_i, от узла 3_i, третий вход элемента ИЛИ-НЕ 38 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 41 и подключены к внешнему входу двух переносов Р2_i, от узла 3_i, первый вход элемента ИЛИ 41 соединен с выходом элемента И 40. Выход элемента ИЛИ-НЕ 38 является младшим первым разрядом b_0i составляющих в коде "1 из 3" и подключен к информационному входу D триггера 35, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ 39 является вторым разрядом b_1i и подключен к информационному входу D триггера 36, выход элемента ИЛИ 41 является старшим третьим разрядом b_2i и подключен к информационному входу D триггера 37. Выходы триггеров 37-35 являются выходами ТР2_i ТР1_i ТР0_i узла 4_i блока переносов произведения 4 в коде "1 из 3".

Возможный вариант узла 7_i блока триггеров переноса суммы 7 (фиг.6) содержит синхронный D-триггер 42 с входом установки в ноль и имеющий прямой и инверсный выходы, и элемент ИЛИ 43. Вход синхронизации триггера 42 подключен к внешнему входу 13 синхронизации СИ, вход начальной установки триггеров 42 подключен к внешнему входу 12 начальной записи ЗАПИСЬ. Выходы триггера 42 являются выходами b_1i и b_0i составляющих в коде "1 из 2" и являются выходами узла 7_i. Информационный вход D триггера 42 соединен с выходом элемента ИЛИ 43, первый вход которого соединен с внешним входом одного переноса ПС_i, от узла 8_i, а второй вход соединен с внешним входом одного переноса ПS_i, от узла 6_i, которые также являются внешними входами узла 7_i.

Устройство для умножения чисел в коде "1 из 4" работает следующим образом.

Числа сомножителей В и А представлены в четверичной системе

B=b_n×4^n-1+…+b₂×4¹+b₁×4°,

А=a_n×4^n-1+…+а₂×4¹+а₁×4°,

где n - количество четверичных разрядов, a₁ и b₁ - младшие разряды, a_n и b_n - старшие разряды.

Устройство работает по алгоритму умножения с младших разрядов множителя и сдвигом накапливаемой суммы частичных произведений вправо в сторону младших разрядов

Z=B×A=(((b₁×(а_n×4^n-1+…+а₂×4¹+a₁×4°)×4^-1+

+b₂×4¹×(а_n×4^n-1+…+а₂×4¹+а₁×4°))×4^-1

+…+

+b_n-1×(a_n×4^n-1+…+a₂×4¹+a₁×4°))×4^-1+

+b_n×(a_n×4^n-1+…+a₂×4¹+a₁×4°))×4^-1,

где а_i и b_i представляются в коде "1 из 4".

Умножение и суммирование проводятся по соответствующим весам четверичных разрядов в коде "1 из 4".

В таблице 1 приведены коды преобразования входных значений сомножителей в выходные в узлах частичных произведений 3_i при перемножении четверичных разрядов в коде "1 из 4" и условия формирования одного переноса Р1 и двух переносов Р2 в следующий четверичный разряд.

Очевидно, что возникновение одного P1_i-1 или двух P2_i-1 переносов из предыдущего (i-1)-го четверичного разряда не приводит к необходимости формирования дополнительного сигнала третьего переноса, так как максимальное значение кода частичного произведения при активном сигнале даже двух переносов Р2_i из текущего разряда равно 0010 и, следовательно, даже два переноса P2_i-1 из предыдущего разряда дадут код результата 1000 без необходимости формирования дополнительного сигнала переноса.

В таблице 2 приведены коды преобразования входных значений слагаемых в выходные в сумматорах 6_i при суммировании четверичных разрядов в коде "1 из 4" и условия формирования переноса П1.

Очевидно, что возникновение переноса П1_i-1 из предыдущего (i-1)-го четверичного разряда не приводит к необходимости формирования дополнительного сигнала переноса, так как максимальное значение кода суммы при активном сигнале переноса П1_i из текущего разряда равно 0100 и, следовательно, перенос П1_i-1 из предыдущего разряда даст код результата 1000 без необходимости формирования дополнительного сигнала переноса.

В основу реализации алгоритма умножения положен метод сохранения переносов. При реализации алгоритма умножения переносы частичных произведений Р2_i, Р1_i и переносы суммы частичных произведений П1, возникающие на каждом шаге вычислений, не передаются в соответствующие старшие разряды произведения и суммы, а запоминаются в блоках хранения переносов произведения 4_i и переноса суммы 7_i текущего i-го четверичного разряда. На следующем такте проводится сдвиг текущей суммы частичных произведений в сторону младших разрядов, который выполняется при передаче значений суммы из (i+1)-го узла регистра 9 результата в i-й узел сумматора 6, и в каждом i-м разряде проводится суммирование сдвинутой текущей суммы частичных произведений и следующего значения частичного произведения из узла 3_i и соответствующих сохраненных переносов произведения из узла 4_i и переносов суммы из узлов 7_i.

После выполнения n шагов алгоритма на следующем (n+1)-м шаге частичное произведение будет равно нулю, так как на каждом шаге при сдвиге в регистр тетрадного сдвига 1 последовательно вводится константа 0 в коде "1 из 4" с входа 14. Поэтому на (n+1)-м шаге проводится суммирование текущего значения суммы частичных произведений только с сохраненными переносами произведений и сохраненными переносами суммы. Далее разрешается работа блока переносов результата 10, в котором проводится коррекция результата на значения сохраненных переносов в узлах 7₁…7_n-i. При этом выполняется последовательный межразрядный перенос в сторону старших разрядов. На каждом шаге вычислений проводится контроль результата в узлах 11₁…11_2n блоках контроля 11.

В начале выполнения операции умножение на вход 12 устройства подается сигнал Запись (фиг.7), по которому проводится запись операндов сомножителя В в регистр тетрадного сдвига 1 и сомножителя А в регистр второго сомножителя 2 и установка в ноль в коде "1 из 4" узлов регистра результата 9, в ноль в коде "1 из 3" узлов блока переносов произведения 4 и в ноль в коде "1 из 2" узлов блока триггеров переноса суммы 7.

Каждый из четверичных разрядов а_i сомножителя А представлен кодом "1 из 4" а_3i а_2i а_1i а_0i и заносится в i-ю тетраду регистра 2, а каждый из четверичных разрядов b_i сомножителя В представлен кодом "1 из 4" b_3i b_2i b_2i b_0i и заносится в i-ю тетраду регистра тетрадного сдвига 1. Выход младшей тетрады регистра 1 соединен с первой группой входов всех узлов 3_i частичных произведений в коде "1 из 4" блока частичных произведений 3, на вторые группы входов которых подаются соответствующие четверичные разряды в коде "1 из 4" из регистра второго сомножителя 2. Так как узлы частичных произведений 3_i блока 3 комбинационные, то через время переходного процесса только внутри каждого узла блока 3, на выходе узлов частичных произведений 3_i в соответствии с алгоритмом умножения установятся значения поразрядного умножения b×a_n, b₁×a_n-1, … b₁×а₂, b₁×а₁ и значения сформированных одного переноса Р1 или двух переносов Р2 в следующий четверичный разряд.

Значения поразрядного умножения с узлов 3_i подаются на группы вторых входов соответствующих узлов 5_i первого блока сумматоров переносов 5, которые также комбинационные, а на первые группы входов подаются значения нулей в коде "1 из 3" с узлов 4_i установленного в ноль блока переносов произведения 4. На выходах узлов 5_i, через время переходного процесса только внутри каждого узла блока 5, будут установлены значения поразрядного умножения, которые поступают на группы вторых входов соответствующих узлов 6_i блока сумматоров 6, а на группы первых входов значения нулей в коде "1 из 4" со следующих старших узлов 9_i+1 регистра 9 результата. На выходах узлов 6_i блока сумматоров 6, который также комбинационный, через время переходного процесса только внутри каждого узла 6_i блока сумматоров 6, будут установлены значения поразрядного умножения, которые поступают на группы вторых входов узлов 8_i второго блока сумматоров переносов 8, а на группы первых входов которых значения нулей в коде "1 из 2" с установленного в ноль блока триггеров переноса суммы 7. В результате на выходах четверичных разрядов 8_i второго блока сумматоров переносов 8, который также комбинационный, через время переходного процесса только внутри каждого узла 8_i второго блока сумматоров переносов 8, будут установлены значения поразрядного умножения b₁×a_n, b₁×a_n-1, … b₁×a₂, b₁×a₁, а также на входах блока переносов произведения 4 и блока триггеров переноса суммы 7 будут установлены соответственно значения одного или двух переносов. Сигналы в узлах 4_i блока переносов произведения 4 формируются в соответствие с таблицей 3 в коде "1 из 3". Из таблицы 3 следует, что при любых входных значениях сомножителей и возникновении двух переносов не может возникнуть дополнительного третьего переноса в следующий разряд. Сигналы в узлах 7_i блока переносов суммы 7 реализуют логическую функцию ИЛИ от переносов - ПS∨ПС и значение формируется в коде "1 из 2".

По переднему фронту первого синхроимпульса СИ (фиг.7) вычисленные значения будут занесены в соответствующие разряды регистра результата 9, блока переносов произведения 4 и блока триггеров переноса суммы 7. Таким образом, будут зафиксированы значения поразрядного умножения и значения переносов произведения и суммы в следующие разряды. Кроме того, по этому же фронту сигнала СИ осуществляется сдвиг сомножителя В на один четверичный разряд в регистре тетрадного сдвига 1 и вводится константа 0 в коде "1 из 4" в старший разряд регистра 1.

После этого на входы первой группы блока 3 частичных произведений поступает значение следующего четверичного разряда b₂ сомножителя В, на выходах блока 3 образуется значение поразрядного умножения b₂×a_n, b₂×a_n-1, … b₂×a₂, b₂×а₁ и значения сформированных одного переноса Р1 или двух переносов Р2 в следующий четверичный разряд. На выходах узлов 5_i первого блока сумматоров переносов 5 будут сформированы суммы частичных произведений i-го четверичного разряда в коде "1 из 4" и переносов в коде "1 из 3" i-го разряда, поступающих из узлов 4_i блока переносов произведения 4, сохраненных на предыдущем шаге. Далее эта сумма складывается на сумматорах 6_i первого блока сумматоров 6 со сдвинутым