Сумматор с параллельным переносом

Сумматор с параллельным переносом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцналистнческнк

Республик

" 744557 (51)М. Кл. (61) Дополнительное н авт. свнд-ву (22) За я влено 08.09.77 (21 } 2521845/18 — 24 с присоединением заявки .% (28) П риоритет

G 06 F 7/385

Государственный комитет

СССР

Опубликовано 30.06.80- Бюллетень И 24 ио делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325 (088,8) Дата опубликования описания 30.06.80 (72) Авторы изобретения

И, В. Дедулев и А. А. Шостак

Минский радиотехнический институт (7!) Заявитель (54) СУММАТОР С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено при разработке арифметических устройств,. контроль которых организован по четности, а используемые сумматоры образуют разрядные переносы параллельным образом.

Известен сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде узлы формирования функций генерации и транзита переноса, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входы Которого соединены

1О с выходами узлов формирования функций генерацим и транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса предьщущих разрядов и с шиной значения

15 входного переноса сумматора, узел формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда и с шинами значений разрядных слагаемых 11).

Основным недостатком сумматора является невозможность организации контроля схем об,разования разрядных переносов при контроле .работы сумматора по четности.

Известен сумматор с параллельным переносом и функциональной зависимостью суммы от переноса, содержащий в каждом разряде узлы формирования функций генерации и транзита переноса, узел образования параллельного " переноса иэ данного-разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с шина ми значений функций генерации и транзита: Ф переноса предыдущих разрядов и с шиной значения входного переноса сумматора, узел формирования суммы с функциональной зависимостью от переноса, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с выходами узлов образования параллельных переносов из данного и предыдущего разрядов и с шинами значений разрядных слагаемых (2).

Однако и данный сумматор не позволяет организовать полный контроль схем образования параллельных переносов иэ разрядов, вопреки распространенному мнению (ошибка в образовании Ста переноса иэ n-ro разряда не будет обнаружена контролем по четности, если

744557 ас„8ССе едТщ

85„8G Ь И-1 1РИ

С,С„4

3 разрядные слагаемые в (n+1)-ом разряде сумматора равны: а,„„=О, Ьп 4= 1 или а„= 1, Ь,= а.

Организовать полный контроль схем образования параллельных переносов из разрядов

5 позволяет сумматор, который дополнительно содержит в каждом разряде первый элемент сложения ho моддулю,два, входы которого соединены с шинами значений разрядных слагаемых, второй элемент сложения по модулю два 1О входы которого соединены с выходами узлов образования параллельных переносов из данного и предыдущего разрядов, элемент И, входы которого соединены с выходами элементов

" сложения по модулв два, а выход подключен к шине сигнализации сбоя сумматора (3).

Существенным недостатком такого сумматора является большой объем оборудования, вызванный сложностью схемы формирования суммы с функциональной зависимостью от переноса и наличием в каждом разряде дополнитель- но двух элементов сложения по модулю два и элемента И.

Наиболес близким к предлагаемому изобретению является сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде узел формирования функций генерации и узел транзита переноса, входы которых соединены с шинами значений разрядных слагаемых,узел обраэованйя параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерацйи и, транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса в предыдущих разрядов и с шиной значения входного переноса сумматора, узел формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла формирования функций генерации и транзита — переноса, с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса 4О из данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда. В этом случае предполагается, что разрядные суммы формируются в соответствии с Выражением 45

Sn= Сп(Тт, + Cn++4) + GNCn где G „= а, Ь „Т 1 = а „+ b, — функции соответственно генерации и транзита переноса; — йереносы соответственно из данного и предыдущего разрядов; а,, Ь„, — разрядные слагаемые и-го разряда сумматора (4).

Основным недостатком известного суммато. ра является невозможность полного контроля узлов образования параллельных переносов из разрядов и узлов формирования функций генерации переноса, при органиэации его контроля по четности, что подтверждается айалиэом значений булевых разностей и их произведений: и -Л С-) и С-- (ти -

ЮП+4 и п+1 Ти+1 С д Ои+1Си ас„» ас„

Исп1®„+ " оп+1)+Тп+1 и П+ +1(PW4 и+1 И+1

dS„» df(Gn T С )(т„+С )

dT

И

dT . п

И (п Д (G +T C,n )(Т +Сп-q )+ÎCói и= — Ъ=5 с c =o; ат„=ат„ю h-4 п

Из полученных значений булевых разностей и их произведений можно сделать следующие выводы: а) ошибка в образовании Сп переноса, вызванная неисправностью узла образования параллельного переноса из и-го разряда, не вызывает ошибок в $п сумме, когда а = Ьг, =

= СИ 4= О или а И = bn = Сп 1-- 1. и в Ям+4 сумме, когда а„МЬп+1= 1, т, е, оиа может быть необнаружейа контролем по четности; б) неисправность узла формирования функции генерации переноса G может привести к необнаруживаемо м классу ошибок в работе сумматора, если Тд = 1Цель изобретения — обнаружение всех ошибок, вызываемых одиночной неисправностью сумматора, при органиэации era контроля по четности, т. е. повышение его функциональной надежности (вероятности получения,достоверного результата).

Поставленная цель достигается тем, что в сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде .узлы формирования функций генерации и транзита переноса, входы которых соединены с шинами значений раэряд744557

5 ,ных слагаемых, узел образования параллельно-: го переноса иэ данного разряда, входы которо. го соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита переноса, с шинами значений функций генерации и транзита переноса в предыдущих разрядах и с шиной значения входного переноса сумматора, узел формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла формирования функций транзита переноса, с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования.параллельного переноса из предыдущего разряда, введены в каждый разряд дополнительный 1ч узел формирования функции генерации переноса, входы которого соединены с шинами значений разрядных слагаемых, а выход соединен с дополнительным входом узла формирования суммы, сумматор также содержит в каждом разряде с весом 2 (К= О, 2, 4,...,) первый элемент И, входы которого соединены с выходом дополнительного узла формирования функции генерации переноса и с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда, второй элемент И, первый вход которого через элемент НЕ соединен с выходом узла формирования функции транзита переноса, а второй вход соединен с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементов

И соединены с шиной сигнализации сбоя сумК+1 матора, в каждом разряде с весом 2 сумматор содержит дополнительный узел образования переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами дополнительного узла формирования функции генерации переноса и узла формирования функции транзита переноса, а также с выходом прямого значения, переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда и схему сравнения, входы которой соединены с выходом дополнительного узла образования переноса из данного разряда и с выходом прямого значе- 4 ния переноса узла образования параллельного переноса иэ данного разряда, а выход соединен с шиной сигнализации сбоя сумматора.

При этом узел формирования функции генерации переноса выполнен в виде логического элемента И, входы и выход которого являются входами и выходом узла формирования функции генерации переноса, а узел формирования функции транзита переноса выполнен в виде . логического элемента ИЛИ, входы и выход ко55 торого являются входами и выходом узла .формирования функции транзита переноса. !

На чертеже приведена схема сумматора с параллельным переносом.

Сумматор содержит в каждом разряде узлы 1, 2 формирования соответственно функ. ций генерации и транзита переноса, входы которых соединены с шинами 3 значений разрядных слагаемых, узел 4 образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов 1, 2 формирования соответственно функций генерации и транзита переноса, с шинами 5 значений функций генерации и транзита. переноса в предыдущих разрядах и с шиной 6 значения входного переноса сумматора, узел 7 формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла 2 формирования функции транзита переноса, с выходом 8 инверсного значения переноса узла

4 образования параллельного переноса из данного разряда и с выходом 9 прямого значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из предыдущего разряда, дополнительный узел 10 формирования функций генерации переноса, входы которого соединены с шинами

3 значений разрядных слагаемых, а выход соединен с дополнительным входом узла 7 формирования суммы; в каждом разряде с. весом

2" первый элемент И l, входы. которого соединены с выходом дополнительного узла 10 формирования функции генерации переноса и с выходом 8 инверсного значения переноса узла 4 образования параллельного переноса иэ данного разряда, второй элемент И 12, первый вход которого через элемент НЕ 13 соединен с выходом узла 2 формирования функции транзита переноса, а второй вход соединен с выходом 9 прямого значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементов И 11, 12 соединены с шиной 14 сигнализации сбоя сумматора; в каждом разряде с весом 2 " дополнительный узел 15 образования переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами дополнительного узла 10 формирования функции генерации переноса и выходом узла 2 формирования функции транзита переноса, а также с выходом 9 прямого значения переноса узла

4 образования параллельного переноса из рредыдущего разряда, схему сравнения 16, входы которой соединены с выходом дополнительного узла 15 образования переноса из данного рвзря. да и с выходом 9 прямого значения переноса узла 4 образования параллельного переноса из данного разряда, а выход соединен с шиной 14 сигнализации сбоя сумматора.

Сумматор работает следующим образом.

На правильность формирования результата сумматора влияет работоспособность только узлов 1, 2, 4, 7 и 10. С целью анализа возса

744S57 можности контроля перечисленных схем по четности, рассмотрим следующие случаи:

1) неисправность узла 7 или узла 10 в любом разряде сумматора может привести к возникновению только одиночной ошибки в соответствующем разряде суммы, что всегда обнаруживается контролем по четности;

2) пусть неисправен узел 2 формирования функции транзита переноса в разряде с весом

2 (ымлотнаные рассуждения можно привести и для друтих разрядов сумматора . ус как произведение булевых разностейф ; " всегатк ат„, aa равно нулю, то ошибка в формировании Тк функции может привести к возникновению только следующих сочетаний ошибок в разрядах суммы.и переноса: $„,; $к, Ск, $, „; Sy„

C $»„,C,, S + è т. д., т. е. она всегда будет обнаружена контролем по четности;

3) пусть возникла ошибка в образовании к

Ск переноса из разряда с весом 2 вследствие неисправности узла 1 или узла 4. Данная оащбка вызовет ошибку в формировании $к суммы во всех случаях, кроме тех,; а = Ь к=

Ск,1= 1 или а „= Ь = С1 .1= О. Если .ошибка в Ск не вызывает ошибку в формировании Sк суммы, то она будет выделена либо элементом И 11 (при а к= Ьк = Ск =1), либо элементом И 12 (при а, = bg = Ск = 0).

Кроме того ошибка в Ск вызовет ошибку в формировании $ + суммы, если ак,.,1Ч-Ьк = О, либо ошибку на выходе дополнительного узла образования переноса из разряда с весом 2 у если а к+ М- Ь g+q= 1, с последующим выделением на схеме сравнения 16. Таким образом, ошибка в Ск переносе обнаруживается либо контролем по четности, если она вызывает одновременно ошибки в формировании $к и

$к+ сумм, либо выделяется элементами И 11, 12 и схемой сравнения 16;

4) ошибка в образовании С + йереноса, вызванная неисправностью либо узла 1, либо узла 4 будет всегда вьщелена схемой сравнения 16.

Итак, сумматор с параллельным переносом позволяет организовать обнаружение всех сочетаний ошибок, вызываемых одиночной неисправностью сумматора, при организации его контроля по четности. Объем введенного дополнительного оборудования невелик и составляет на разряде величину, примерно равную 10 в смысле цены Квайна.

В заключение целесообразно сравнить предлагаемый сумматор с параллельным переносом и обеспечивающим обнаружение всех ошибок, вызываемых одиночной неисправностью, с известным сумматором с параллельным переносом 13), в котором также охвачено контролем все оборудование сумматора. Сравнение показывает, что известный сумматор значительно уступает предлагаемому сумматору по объ:му требуемого для его построения оборудования, а следовательно и по надежности. Действительно, объем оборудования схемы формирования суммы в предлагаемом сумматоре примерно в

1,8 раза меньше, чем в известном сумматоре, . а объем введенного дополнительно в каждый разряд контрольного оборудования примерно в

1,7 раза меньше в сравнении с известным сумматором.

Формула изобретения

1. Сумматор с параллельным переносом, содержащий в каждом разряде узлы форттирования функций генерации и транзита переноса, входы которых соединены с шинами значений

20 разрядных слагаемых, узел образования параллельного переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами узлов формирования функций генерации и транзита перено25 са, с атинами значений функций генерации и транзита переноса предыдущих разрядов и с шиной значения входного переноса сумматора; узел формирования суммы, входы которого соединены с выходом узла формирования функ30 ций транзита переноса, с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса иэ данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения его функциональной надежности, сумматор содержит в каждом разряде дополнительный узел формирования функции генерации переноса, входы которого соединены с шинами значений разрядных слагаемых, а выход соеди40 нен с дополнительным входом узла формирования суммы, сумматор также содержит в каждом разряде с весом 2 (К= О, 2, 4,...) первый

К элемент И>входы которого соединены с выхо, дом дополнительного узла формирования функции генерации переноса и с выходом инверсного значения переноса узла образования параллельного переноса иа данного разряда, второй элемент И, первый вход которого через элемент НЕ соединен с выходом узла формирования функции транзита переноса, а второй вход соединен с выходом прямого значения перенЬса узла образования параллельного переноса из данного разряда, выходы элементов И соединены с шиной сигнализации сбоя сумматора, в каждом разряде с весом 2 сумматор содерк+.1 жит дополнительный узел образования переноса из данного разряда, входы которого соединены с выходами дополнительного узла формирова1

I ! !

ЦНИИПИ Заказ 3794/13 Тираж 751 Подписное

: "Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, иия функции генерации переноса и узла формирования функции транзита переноса, а также с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из предыдущего разряда, схему сравнения, входы которой соединены с выходом дополнительного узла образования переноса из данного разряда и с выходом прямого значения переноса узла образования параллельного переноса из. данного разряда, а выход соединен с .шиной сигнализации сбоя сумматора.

2. Сумматор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что узел формирования функции генерации переноса выполнен- в виде логического элемента И, входы и выход которого являются входами и выходом узла формирования функции генерации переноса.

44557 10

3. Сумматор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что узел формирования функции транзита переноса выполнен в виде логического элемента ИЛИ, входы и выход которого являются входами и выходом узла формирования функции транзита переноса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Селлерс Ф. Методы обнаружения ошибок

10 в работе ЭЦВМ. М,, "Мир",1972, с. 108.

2. Селлерс Ф. Методы обнаружения ошибок в работе ЭЦВМ. М., "Мир", 1972, с. 127-130.

3, Авторское свидетельство СССР N 474804, кл. 6 06 Е 7/385, 1972.

15 4. Карцев М. А. Арифметика цифровых машин. M., "Наука", 1969, с. 152, с. 213 — 217 (прототип).