Устройство для контроля позиционных сумматоров по модулю
Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в вычислительных структурах для контроля достоверности выполнения арифметических операций. Техническим результатом является повышение быстродействия. Устройство содержит генератор гармонического сигнала, три группы управляемых фазовращателей, фазовый детектор, схему сравнения. 1 ил.
Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в вычислительных структурах для контроля достоверности выполнения арифметических операций.Известно устройство (аналог) (а.с. СССР №1242961, МКИ G 06 F 11/10, БИ №25, 1986 г.), содержащее дешифратор, счетчик, группы сумматоров по модулю 2, группу триггеров, группу элементов ИЛИ, триггеры, регистры сдвига, генератор тактовых импульсов. Недостаток устройства - низкое быстродействие контроля достоверности выполнения арифметических операций в сумматорах.Известно также устройство (аналог) (а.с. СССР №1310826, МКИ G 06 F 11/10, БИ №18, 1987 г.), содержащее блоки свертки по модулю три, вычитатель, сдвигатели, сумматор по модулю три, сумматоры по модулю два, позиционный сумматор и коммутаторы, мультиплексоры, элемент И. Недостаток устройства - низкое быстродействие контроля достоверности выполнения арифметических операций в сумматорах.Наиболее близким по технической сущности (прототипом к предлагаемому изобретению) является устройство [1, с. 292], содержащее сумматор остатков, схемы вычисления остатков, схему сравнения.Недостаток прототипа - низкое быстродействие, так как для реализации контроля по модулю в нем требуется время 2 лэ] log2N [, ограниченное временем переключения логических элементов лэ, где ] • [ - символ округления в большую сторону до ближайшего целого; N - разрядность двоичного позиционного кода.Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в повышении производительности перспективных образцов вычислительной техники.Технический результат выражается в повышении быстродействия выполнения контроля арифметических операций.Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее схему сравнения, выход которой является выходом устройства, введены три группы управляемых фазовращателей, генератор гармонического сигнала и фазовый детектор, причем выход генератора гармонического сигнала соединен с первым входом первого управляемого фазовращателя первой группы управляемых фазовращателей и первым входом первого управляемого фазовращателя третьей группы управляемых фазовращателей, при этом в каждой группе управляемых фазовращателей выход r-го управляемого фазовращателя соединен с первым входом (r+1)-го управляемого фазовращателя выход N-го управляемого фазовращателя первой группы управляемых фазовращателей соединен с первым входом первого управляемого фазовращателя второй группы управляемых фазовращателей, при этом выход N-го управляемого фазовращателя второй группы управляемых фазовращателей соединен с первым входом фазового детектора, выход N-го управляемого фазовращателя третьей группы управляемых фазовращателей - со вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, а ко второму входу схемы сравнения подключено эталонное напряжение, причем i-е разряды первого и второго операндов сложения соединены соответственно со вторыми входами i-х управляемых фазовращателей первой и второй группы управляемых фазовращателей, а i-й разряд результата арифметической операции сложения, выполненной в позиционном сумматоре, соединен со вторым входом i-го управляемого фазовращателя третьей группы управляемых фазовращателей.Сущность изобретения основывается на использовании при реализации операции модульного сложения чисел свойства периодичности гармонической функции.В заявляемом устройстве используется контроль по модулю, основанный на известных из теории чисел [1, с. 291-292] свойствах вычетов, сущность которого состоит в сравнении вычета результата арифметической операции, выполненной в позиционном коде, с результатом той же арифметической операции по модулю, осуществленной над вычетами операндов. При этом решение о правильном выполнении арифметической операции принимается в том случае, если где А, В - операнды в позиционном коде; С - результат выполнения арифметической операции в позиционном коде, С=А+В; р - целое положительное число.В общем случае, получение вычета g числа G осуществляется путем суммирования по модулю вычетов разрядов позиционного кода этого числа [2, с. 198, формула (7.21)]: где gi - значение i-го разряда N - разрядного позиционного кода числа G; S - основание позиционной системы счисления (ПСС). Для двоичной ПСС: S=2.Рассмотрим принципы реализации контроля выполнения операции сложения в позиционном двоичном N-разрядном сумматоре с помощью заявляемого устройства. Устройство контроля позиционных сумматоров по модулю, как показано на фиг.1, включает в свой состав генератор гармонического радиосигнала 4, две параллельные ветви последовательно соединенных управляемых фазовращателей 51-5N, 61-6N и 71-7N, фазовый детектор 8 и схему сравнения 9 с эталонным напряжением Un. В управляемых фазовращателях этого устройства устанавливаются сдвиги фазы i(Ai), i(Bi) и i(Ci), прямо пропорциональные значениям двоичных разрядов Аi, Bi, позиционных кодов чисел и где Тогда учитывая периодичность гармонической функции, суммарные сдвиги фазы сигналов на выходах управляемых фазовращателей 6N и 7N относительно фазы радиосигнала на выходе генератора гармонического сигнала соответственно будут равны а соответствующие радиосигналы на входах фазового детектора могут быть представлены в следующем виде: где U - амплитуда радиосигнала, - частота радиосигнала. В случае если в ходе сложения операндов А и В в позиционном сумматоре произойдет сбой, изменивший вычет результата на q(q=((A+B)mod p-(C)mod p)mod p), на выходе фазового детектора установится напряжение, прямо пропорциональное которое после сравнения с эталонным напряжением Un является основанием для принятия решения об ошибочном выполнении арифметической операции.Как отмечалось выше, сложение N чисел в прототипе происходит за ]log2N[ тактов. Число тактов вытекает из формулы (2) при условии, что сумматор остатков реализует двухместную операцию сложения по модулю. Следовательно, время выполнения модульной операции в прототипе составляет где - суммарное время переключения цифровых логических схем в табличном вычислителе.Основу узла, выполняющего операцию сложения по модулю р в табличном вычислителе прототипа, составляет матричный дешифратор [3, с.16-17], построенный на двухвходовых элементах И, расположенных в местах пересечений р горизонтальных и р вертикальных входных шин. Выходы элементов И подключены ко входу соответствующих элементов ИЛИ, число которых равно р. Таким образом, сигнал от входа к выходу в табличном вычислителе проходит через 2 логических элемента - И и ИЛИ. Поэтому где лэ - время переключения логического элемента (И, ИЛИ).Как показано в [2, с.173], время лэ 10-10 с является практическим пределом для логических элементов на транзисторах, которое достигается только при жидкостном охлаждении до криогенных температур.Поэтому минимальное время выполнения модульной операции в прототипе на основании (6) и (7) составляетТПР 2·10-10.]log2N[, с.Время выполнения модульной операции в предлагаемом устройстве (Тпу) на основании вышеизложенного равно сумме времени задержки гармонического сигнала в N управляемых фазовращателях [N· ф), и времени интегрирования в интеграторе фазового детектора ( u) Необходимые для реализации устройства сложения N чисел по модулю р N последовательно соединенных фазовращателей должны быть управляемыми и могут быть выполнены на основе различных схемных решений. Например, в СВЧ диапазоне [4, с.102] такой фазовращатель наиболее просто реализовать на основе линий задержки (ЛЗ) на время где - несущая частота гармонического сигнала.Действительно, если на входе ЛЗ на время ts (9) действует гармонический сигнал то на выходе ЛЗ с учетом (9) будет сигнал Следовательно, подключая линию задержки в соответствии с позиционным кодом операнда s, можно получить значение фазового сдвига в управляемом фазовращателе, прямо пропорциональное величине этого операнда.Максимальное время задержки в управляемом фазовращателе на ЛЗ, с учетом (9), будет равно где f - частота гармонического сигнала, Гц.Алгоритм работы фазового детектора заключается в перемножении гармонического сигнала, снимаемого с выхода управляемого фазовращателя 6N, с сигналом, снимаемым с выхода управляемого фазовращателя N, и интегрировании результата перемножения. Результат перемножения гармонического сигнала с выхода управляемого фазовращателя 6N с сигналом с выхода управляемого фазовращателя 7N можно записать в виде: После интегрирования uП(t) в интеграторе фазового детектора, получим Для расчета возьмем значение u=3Т.Таким образом, с учетом (8)-(10}:ТПУ=NT+3T=T(N+3)Уже сейчас на практике реализованы вплоть до 100... 150 ГГц типовые радиотехнические элементы (в том числе и в интегральном исполнении), из которых состоят управляемые фазовращатели и фазовый детектор.Следовательно, при f=100 ГГц=1011 Гц Например, при N=10 из (6) и (11) получимТПР 6·10-10;ТПУ 1,3·10-10.Таким образом, предлагаемое устройство для контроля позиционных сумматоров по модулю позволяет значительно сократить полные временные затраты на выполнение контроля арифметической операции по сравнению с прототипом и может найти применение при проектировании процессоров перспективных ЭВМ.На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, где 11-1N - информационные входы устройства (операнд А), 21-2N - информационные входы устройства (операнд В), 31-3N - информационные входы устройства (результат арифметической операции С=А+В), 4 - генератор гармонического сигнала, 51-5N, 61-6N, 71-7N - группы управляемых фазовращателей, 8 - фазовый детектор, 9 - схема сравнения, 10 - выход устройства.Информационные входы 11-1N соединены со вторыми входами управляемых фазовращателей первой группы управляемых фазовращателей 51-5N, информационные входы 21-2N соединены со вторыми входами управляемых фазовращателей второй группы управляемых фазовращателей 61-6N, а информационные входы 31-3N соединены со вторыми входами управляемых фазовращателей третьей группы управляемых фазовращателей 71-7N, при этом выход генератора гармонического сигнала 4 соединен с первым входом управляемого фазовращателя 51 и с первым входом управляемого фазовращателя 71, выход управляемого фазовращателя ki с первым входом управляемого фазовращателя k(i+1) (k=5, 6, 7) выход управляемого фазовращателя 5N соединен с первым входом управляемого фазовращателя 61, выход управляемого фазовращателя 6N с первым входом фазового детектора 8, а выход управляемого фазовращателя 7N соединен со вторым входом фазового детектора, причем выход фазового детектора 8 соединен с первым входом схемы сравнения 9, ко второму входу которого подключено эталонное напряжение Un, при этом выход схемы сравнения 9 является выходом 10 устройства.Рассмотрим работу предлагаемого устройства. На N информационных входов 11-1N устройства поступает двоичный позиционный код числа А, разряды которого равны В соответствии со значением i-х разрядов числа A, поступающих на Вх2 соответствующих управляемых фазовращателей первой группы управляемых фазовращателей 51-5N, в них, путем подключения коммутаторами соответствующей линии задержки, устанавливаются набеги фазы, равные при На N информационных входов 21-2N устройства поступает двоичный позиционный код числа В, разряды которого равны В соответствии со значением i-х разрядов числа В, поступающих на Вх2 соответствующих управляемых фазовращателей второй группы управляемых фазовращателей 61-6N, в них, путем подключения коммутаторами соответствующей линии задержки, устанавливаются набеги фазы, равные при На N информационных входов 31-3N устройства поступает двоичный позиционный код числа С=А+В, разряды которого равны В соответствии со значением i-х разрядов числа С, поступающих на Вх2 соответствующих управляемых фазовращателей третьей группы управляемых фазовращателей 71-7N, в них, путем подключения коммутаторами соответствующей линии задержки, устанавливаются набеги фазы, равные при После прохождения гармонического сигнала с выхода генератора гармонического сигнала 4 последовательно через первую и вторую группы управляемых фазовращателей 51-5N и 61-6N, в соответствии с выражением (3), на выходе фазовращателя 6N суммарный набег фаз этого сигнала будет равен После прохождения гармонического сигнала с выхода генератора гармонического сигнала 4 через третью группу управляемых фазовращателей 71-7N в соответствии с выражением (4) на выходе фазовращателя 7N суммарный набег фаз этого сигнала будет равен В фазовом детекторе 8 происходит сравнение фазы сигнала с выхода управляемого фазовращателя 6N, поступающего на Bx2 фазового детектора 8, с фазой гармонического сигнала, поступающего с выхода управляемого фазовращателя 7N на Вx2 фазового детектора 8. При этом из выражения (13) видно, что максимальное напряжение uФД на выходе фазового детектора 8 будет тогда, когда фазы сигналов совпадут. После сравнения напряжения uФД в схеме сравнения 9 с эталонным напряжением Un, результат сравнения поступает на выход 10 устройства.ПримерПусть р=5, А=4410=1011002, В=1510=0011112 C=5910=1110112, N=6. Тогда:(A1·20)mod5=(0·20)mod5=0,(A2·21)mod5=(0·21)mod5=0,(A3·22)mod5=(1·22)mod5=4,(A4·23)mod5=(1·23)mod5=3,(A5·24)mod5=(0·24)mod5=0,(A6·25)mod5=(1·25)mod5=2.В управляемых фазовращателях 51-56 соответствующими коммутаторами подключаются линии задержки на время, которое согласно (9) равно: (B1·20)mod5=(1·20)mod5=1,(B2·21)mod5=(1·21)mod5=2,(B3·22)mod5=(1·22)mod5=4,(B4·23)mod5=(1·23)mod5=3,(B5·24)mod5=(0·24)mod5=0,(B6·25)mod5=(0·25)mod5=0.В управляемых фазовращателях 61-66 соответствующими коммутаторами подключаются линии задержки на время, равное: (C1·20)mod5=(1·20)mod5=1,(C2·21)mod5=(1·21)mod5=2,(C3·22)mod5=(0·22)mod5=0,(C4·23)mod5=(1·23)mod5=3,(C5·24)mod5=(1·24)mod5=1,(C6·25)mod5=(1·25)mod5=2.В управляемых фазовращателях 71-76 соответствующими коммутаторами подключаются линии задержки на время, равное: После прохождения гармонического сигнала с выхода генератора 4 последовательно через первую и вторую группы управляемых фазовращателей 51-56 и 61-66 на выходе фазовращателя 66 фаза сигнала ФA+B в соответствии с (3) будет равна а после прохождения через третью группу фазовращателей 71-76 в соответствии с (4) фаза сигнала ФC будет равна: .Следует отметить, что величина эталонного напряжения Un принимается равной Тогда, поскольку uФД>Un, то на выходе схемы сравнения 9 вырабатывается сигнал о достоверности выполнения арифметической операции сложения в позиционном сумматоре.Исходя из (13) напряжение uФД на выходе фазового детектора 8 при условии равенства фаз ФA+B=ФC будет максимальным (uФД 0,5U2 u), которое сравнивается в схеме сравнения 9 с эталонным Un и на выход 10 поступает сигнал о том, что сложение в позиционном сумматоре прошло без ошибок.Пусть в сумматоре произошел сбой, изменивший правильный результат 44+15=59 на Тогда В управляемых фазовращателях 71-76 соответствующими коммутаторами подключаются линии задержки на время, равное: После прохождения гармонического сигнала с выхода генератора 4 через третью группу фазовращателей 71-76 в соответствии с (3) фаза гармонического сигнала будет равна: Напряжение uФД на выходе фазового детектора 8 согласно (13) будет равно: Напряжение uФД сравнивается в схеме сравнения 9 с эталонным напряжением Un=0,327U2 u и на выход 10 поступает сигнал о том, что сложение в позиционном сумматоре прошло с ошибкой.Источники информации1. Микропроцессоры: в 3 кн. Кн. 2: Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы: Учеб. для техн. вузов / В.Д.Вернер, Н.В.Воробьев, А.В.Горячев и др.; Под ред. Л.Н.Преснухина. - Мн.: Выш. шк., 1987. - 303 с.2. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М.: Высш. шк., 1988, 237 с.3. Долгов А.И. Диагностика устройств, функционирующих в системе остаточных классов. - М.: Радио и связь, 1982, 64 с.4. Радиоприемные устройства: Учеб. пособие для радиотехнич. спец. вызов / Ю.Т.Давыдов, Ю.С.Данилич. - М.: Высш. шк., 1989, 342 с.Формула изобретения
Устройство для контроля позиционных сумматоров по модулю, содержащее схему сравнения, выход которой является выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены три группы управляемых фазовращателей, генератор гармонического сигнала и фазовый детектор, причем выход генератора гармонического сигнала соединен с первым входом первого управляемого фазовращателя первой группы управляемых фазовращателей и первым входом первого управляемого фазовращателя третьей группы управляемых фазовращателей, при этом в каждой группе управляемых фазовращателей выход r-го управляемого фазовращателя соединен с первым входом (r+1)-го управляемого фазовращателя выход N-го управляемого фазовращателя первой группы управляемых фазовращателей соединен с первым входом первого управляемого фазовращателя второй группы управляемых фазовращателей, при этом выход N-го управляемого фазовращателя второй группы управляемых фазовращателей соединен с первым входом фазового детектора, выход N-го управляемого фазовращателя третьей группы управляемых фазовращателей - со вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, а ко второму входу схемы сравнения подключено эталонное напряжение, причем i-e разряды первого и второго операндов сложения соединены соответственно со вторыми входами i-х управляемых фазовращателей первой и второй группы управляемых фазовращателей, а i-й разряд результата арифметической операции сложения, выполненное в позиционном сумматоре, соединен со вторым входом i-го управляемого фазовращателя третьей группы управляемых фазовращателей.РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах сопряжения, предназначенных для обнаружения и удаления компьютерных вирусов
Устройство для сравнения двух сигналов, устройство и способ формирования нестационарных сигналов // 2178582
Изобретение относится к устройствам для сравнения двух комплексных векторных величин в реальном времени и может быть использовано для формирования нестационарных сигналов
Цифровой компаратор // 2172011
Изобретение относится к способам обработки листового материала с сортировкой листов
Устройство для сравнения кодов // 2006913
Изобретение относится к устройствам ВТ, а точнее к устройствам сортировки данных
Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для выбора достоверной информации при обмене данными между различными устройствами
Устройство для сравнения нечетких величин // 1809440
Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для определения меры нечеткости нечеткого множества
Устройство для сравнения нечетких величин // 1809435
Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для определения меры нечеткости нечеткого w / множества
Устройство для сравнения чисел // 1807477
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при создании устройств обработки информации
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах сбора и обработки информации, а также в системах управления для приема сигналов от аналоговых датчиков и выдачи аналоговых сигналов в виде абсолютных значений напряжения, относительных значений напряжения, а также в виде синусно-косинусных сигналов
Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к информационным вычислительным системам и сетям, и может быть использовано в части контроля целостности для защиты информационных ресурсов в рабочих станциях, информационных и функциональных серверах
Изобретение относится к телекоммуникационным сетям, в частности, предоставляющим абонентам различные услуги
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для контроля правильности работы системы обработки данных или отдельных ее частей
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике
Устройство для выдачи сообщений // 1709367
Изобретение относится к средствам контроля, управления и сигнализации сложных технических систем, в частности летательных аппаратов, и может быть использовано для повышения качества, надежности и безопасности их функционирования
Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано при проверке устойчивости функционирования программ специализированных ЦВМ, имеющих средства программно-аппаратной защиты информации и вычислительного процесса, и является усовершенствованием2изобретения по авт
Устройство для резервирования // 2123202
Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в вычислительных машинах и устройствах, функционирующих в системе остаточных классов