Комбинационный двоичный сумматор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (II) 797077

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительиье к авт. свид-ву— (22) Заявлено 260978 (21) 2667102/18-24 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

®)м. к,.

Н 03 К 23/00

G 11 С 11/14

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 1503 81. Бюллетень 8о 2

Дата опубликования описания 180181 (53} УДК 681. 327. 66 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г.Ф..Нестерук, В.Ф.Нестерук и В.И.Потапов

Омский политехнический институт (71) Заявитель (54.) КОМБИНАЦИОННЫЙ ДВОИЧНЫЙ СУММАТОР

@PT5

2 Ф64 @ "" :

Изобретение относится к вычисли-. тельной технике.

Известен комбинационный двоичный сумматор (КДС), содержащий слой одноосного материала с цилиндрическими магнитными доменами.(ЦМД), на поверхности которого расположены аннигиляторы доменов, логические элементы (ЛЭ) И-Исключающее ИЛИ с двумя входами и тремя выходами (1 )..

Недостатком такого сумматора является невысокое быстродействие, составляющее Р+4 такта (такт - время оборота вектора магнитного поля управления) при сложении двух P— разрядных операндов.

Известен также многоразрядный двоичный комбинационный сумматор (МДКС), содержащий слой магнитоодноосного материала с ЦМД, .на поверхности которого расположены. анннгиляторы доменов и 2Р-1 (Р - разрядность операндов) ЛЭ И-Исключающее ИЛИ с двумя входами и тремя выходами (2).

Недостатком этого КДС является невысокое быстродействие, составляющее 0,5 (Р+3) такта при сложении Pразрядных операндов.

Цель изобретения — повышение быстродействия сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что КДС содержит Р-1 динамическую ловушку (ДЛ) и Р-1 ЛЭ И-ИЛИ, при5 чем каждый К-й из ЛЭ И-ИЛИ (1» К «6

<Р-1) и кажлая К-я из ДЛ расположены между (2К-1)-м и 2К-м ЛЭ И-Исключающее ИЛИ, первый, второй входы и первый выход первого ЛЭ и И-Исклю1О чающее ИЛИ соединены соответственно со входами младших разрядов сумматора и выходом младшего разряда сумматора, первый и второй входы, первый и второй выходы каждого К-ro из ЛЭ И-ИЛИ соединены соответственно со вторым выходом (2К-1)-ro ЛЭ

И-Исключающее ИЛИ, выходом и входом

К-й ДЛ и первым входом 2К-ro ЛЭ ИИсключающее ИЛИ, второй вход, второй и первый выходы каждого иэ кото2О рых соединены соответственно с первым выходом 2К+1)-го ЛЭ ИИсключающее ИЛИ, третьим выходом

К+1)-го ЛЭ И-ИЛИ и выходом К-го разряда сумматора, первый и второй входы каждого из (2К+1)-х ЛЭ ИИсключающее ИЛИ соединены соответственно со входами К-х разрядов сумматора, а вторые выходы (2Р-2)ro и (2Р-1)-ro ЛЭ И-Исключающее ИЛИ и третий выход каждого из ЛЭ И-Исклю797077 чающее ИЛИ подключены к аннигиляторам доменов.

На фиг. 1 и 2 изображена схема предлагаемого КДС.

КДС содержит слой магнитоодноосного материала 1 с ЦМД 2, на по- верхности которого расположены анни-. гиляторы 3 доменов и 2Р-1 ЛЭ 4

И-Исключающее ИЛИ с двумя входами (первые входы нечетных ЛЭ обозначены буквами А, четных -Н; вторые входы нечетных ЛЭ обозначены буквами В, четных — С) и тремя выходами, на первом иэ которых (C в случае нечетных ЛЭ и К в случае нечетных ЛЭ) реализуется переключательная функция (ПФ) "Неравнозначность", а на втором и третьем (соответственно для нечетных ЛЭ-Д и Е, для четных - М и Р и ПФ g,,Р-1 ДЛ 5, и Р-1 ЛЭ

И-ИЛИ б с тремя входами (первый вход выделен буквами Д, второй вход — Н и третий вход — С) и двумя выходами, на первом из которых Т реализуется ПФ ИЛИ (ДЧННС), а на втором Ф-ПФ И-ИЛИ (ДНЧСН).

Буквами ПС1... НС „ ... ПС „ и..., И-ИЛИ, И-ИЛИ +1 ... обозначены соответственно ЛЭ И-Исключающее ИЛИ и

ЛЭ И-ИЛИ, а буквами А,В,С,Д,Е,Н,К,М, Р,Т и Ф вЂ” их входы и выходы, цифрами

1 I и и

1-9, 1-9, 1-9 обозначены позиции, занимаемые каналами ЦМД.

КДС работает следующим образом.

В с «мматор поступают ЦМД разрядов операндов Х„ ..., ХК..., Х и У, . ° °, У, ° ° °, УР ° X„ и У младшие разряды операндов, Чере, четверть такта, прошедШих с момента поступления операндов на

1 входы КДС в позиции 1 и 1 (далее по тексту момент поступления операндов в позиции 1 и

1 используется в качестве начала отсчета времени для описания функционирования сумматора), оба слагае-, мых сближаются на расстояние, достаточное для возникновения сил отталкивания между ЦМД, находящимися в одноименных разрядах КДС (позиция

2 и 2 ),. В результате взаимодействия доменов через 0,5 такта в позициях 3 {выходы С нечетных ЛЭ И-Исключающее ИЛИ) образуются результаты поразрядного суммирования по модулю ,2, а в позициях 3 и 3 " (соответственно,выходы Д и Е нечетных ЛЭ И-Исключающее ИЛИ) — переносы в старшие разряды. Причем, если ЦМД переносов с выходов Е поступают в аннигиляторы доменов 3, то переносы с выходов Д, I « продвигаясь по каналам 3 -4 пос» тупают на входы Д ЛЭ И-ИЛИ, взаимодействуют с ЦМД в ДЛ и через 0,75 такта приводят к появлению ЦМД пере,носов на функциональных выходах

И-ИЛИ ЛЭ И-ИЛИ (входах Н более старших четных ЛЭ И-Исключающее ИЛИ)

Одновременно ЦМД переносов, поступая

S0

60 в позиции 8, взаимодействуют с ЦМД поразрядных сумм (позиция 3) и приводят к возникновению сквозных пере,носов через более старшие разряды

КДС, поразрядные суммы по модулю 2 которых равны единице, до соответствующих первых старших разрядов КДС, поразрядные суммы по модулю 2 которых равны нулю. В результате взаимодействия ЦМД сквозных перенбсов с .поразрядными суммами:по модулю 2 через

1,25 такта на функциональных выходах

"Неравнозначность" в позициях б четных ЛЭ И-Исключающее ИЛИ формируется результат суммирования.

Более детально работу КДС можно рассмотреть на примере образования суммы и распространения ЦМД сквозного переноса через К-й разряд сумматора.

ЦМД К-х разрядов операндов Х и

У через четверть такта поступают на. входы А (позицчя 2) и В (позиция 2 ) (2К+1)-го ЛЭ И-Исключающее ИЛИ.

Если в К-х разрядах операндов присутствуют ЦМД (Хх †-1, У=1), то,испытывая взаимное отталкивание, первый из них через половину такта появится на выходе Д (позиция 3i)(2K+1)-го ЛЭ

И-Исключающее ИЛИ (на входе Д К+1-ro

ЛЭ И-ИЛИ) и вызывает распространение сквозного переноса в более старших разрядах КДС, а второй — на выходе

Е (2К+1) -го ЛЭ И-Исключающее ИЛИ и поступает в аннигилятор 3 доменов.

На выходе С (2K+1) -ro ЛЭ И-Исклю- чающее ИЛИ (на входе С 2К-го ЛЭ

И-Исключающее ИЛИ ) в этом слУЧае

ЦМД отсутствует, вследствие чего ЦМД. переноса иэ К-1-го разряда КГС, поступающий в позицию 9,, не испытывая отталкивающего взаимодействия, по каналу ь -5 -б через 1,25 такта

it поступает на K-ый выход сумматора (s„=> )

Если в К-ых разрядах КДС присутствует один из ЦМД (Х„=1; У„=О или Х<=0, ух=1), то, не испытйвая влияния второго домена, первый ЦМД через 0,5 такта появляется на выходе С (2К+1)-го

ЛЭ И-Исключающее ИЛИ в позиции 3 и одновременно на входе С2К-ro ЛЭ

И-Исключающее ИЛИ, реализуя единицу суммы по модулю 2 в К-ом разряде КДС (на выходах Д и E (2К+1)-го ЛЭ И-Исключающее ИЛИ ЦМД переносов в старшие разряды отсутствуют) . Поступающий в позицию 8 домен переноса из младшего (К-1)го разряда, взаимодействуя с

ЦМД поразрядной суммы по модулю 2

К-го разряда КДС, выталкивает последний домен на вход С К+1-ro ЛЭ,И-ИЛИ, вызывая распространение сквозного переноса в старших разрядах сумматора.

В данном случае ЦМД на выходе К-ro разряда КДС не появляется (Як=О), так как ЦМД переноса из (К-1)-го разряда, взаимодействуя с ЦМД поразрядной суммы по модулю 2 К-го разряда КДС, иэ позиции 8 . поступает в позицию 9

I I

797077 (функциональный выход И 2К-го ЛЭ

И-Исключающее ИЛИ) и продвигается к аннигилятору 3 доменов. Если же в позиции 8 домен переноса из младшего

K --ro разряда КДС не поступает, .то, не испытывая отталкивающего воздействия,, ЦМД поразрядной суммы по модулю

2 К-го разряда КДС по каналу 4»5-6 через такт с четвертью поступает на выход К-го разряда суммы (Вк =1) °

Случай с нулями К-х разрядах операн"дов тривиален.

Процесс распространения сквозного переноса через К-й разряд КДС следующий.

Допускается, что поразрядная сумма по модулю 2 в К-м разряде КДС равна единице (ЦМД находится в позиции 3 — на входе С 2К-ro ЛЭ И"Исключающее ИЛИ). В этом случае ЦМД переноса младшего (К-1)-ro разряда КДС по одному из каналов 3: — 4 или 3"-4 2О поступает соответственно либо на вход Д, ларбо на вход С К-го ЛЭ И-ИЛИ, вызывая одновременно появление ЦМД

К-й ДЛ в позиции 8 2К-ro ЛЭ И-Исключающего ИЛИ, который, в свою очередь, 2 взаимодействует с доменом поразрядной суммы по модулю 2 К-ro разряда КДО, отталкивает его на вход С К+1-го ЛЭ

И-ИЛИ, который, в свою очередь, вы-.. талкивает ЦМД К+1-й ДЛ в позицию

8 (2К+2)-ro ЛЭ И-Исключающее ИЛИ, и так далее до первого более старшего разряда КДС, поразрядная сумма по модулю 2 которого равна нулю.

Допускается, что поразрядная сумма по модулю 2 в К-м разряде КДС рав- З5 на нулю (в позиции 3 2К-го ЛЭ И-Исключающее ИЛИ ЦМД отсутствует).. В этом случае ЦМД переноса младшего (К-1)-ro разряда КДС; появляющаяся в позиции 8 2К-го ЛЭ И-Исключающее 4()

ИЛИ, не испытывает отталкивающего воздействия ЦМД К-ой поразрядной суммы по модулю 2 и по каналу 8 -5 -6

g Й поступает на выход К-го разряда сумматора (5к-1) Цепь сквозного перено 44 са обрывается, так как на вход С

K+1ro ЛЭ И-ИЛИ ЦМД не поступает.

Как следует из приведенного опи сания работы быстродействие КДС сос-,:. тавляет 1,25 такта при. сложении

P-разрядных операндов, что в 0,4 (Р+3) раза повышает аналогичный пока- затель известного сумматора ".(0,5 (Р+3) такта) и не зависит от разрядности операндов.

Формула изобретения

Комбинационный двоичный сумматор, содержащий слой одноосного материала с цилиндрическими магнитными доменами, на поверхности которого расположены аннигиляторы доменов и 2Р-1 (Р-разрядность операндов) взаимосвязанных логических элементов И-Исклю". чающее ИЛИ с двумя входами и тремя вы. ходами, отличающийся тем, что, с целью повйшения быстродействия. он содержит -1 динамическую ловушку и Р-1 логический элемент И-ИЛИ,. причем каждый К-й из логических элементов И-ИЛИ (1 К 6 Р-1) и каждая

К-я иэ динамических ловушек расположены между(2К-1)-м и 2К-м логическими элементами И-Исключающее ИЛИ, первый, второй входы и первый выход первого логического элемента И-Ис . ключающее ИЛИ соединены соответственно со входами младших разрядов сумматора и выходом младшего разряда сумматора,.первый и второй входы, первый и второй выходы каждого К-ro из логических элементов И-ИЛИ соединены соответственно со вторым выходом (2К-1)-го логического элемента И-Исключающее ИЛИ, выходом и входом К-й динамической ловушки и первым входом 2К-го логического элемента И-Исключающее ИЛИ, второй -вход,. второй и первый выходы каждого из которых соединены соответственно с первым выходом (2К+1)-го логического элемента И-Исключающее ИЛИ,. третьим входом (К+1)-ro логического элемента И-ИЛИ и выходом К-го разряда сумматора, первый и второй входы каждого из (2K+1)-х логических элементов И-Исключающее ИЛИ соединены соответственно со входами К-х разрядов сумматора, а вторые выходы (2Р-2)-го и (.2Р-1)-го логических элементов И-Исключающее ИЛИ и третий выход каждого из логических элемен- тов И-Исключающее ИЛИ подключены к аннигиляторам доменов.

Источники информации, принятые .во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

Р 520623, кл. G 11 С 19/ОО, 1975..

2.Авторское свидетель"тво СССР ио заявке 9 2644538/18-24, кл. G 11 С 11/14 (прототип). !