Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Корнейчук В.И. Арифметические устройства ЭЦВМ учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.91 Mб
Скачать

II11I0

сдв.

и , 1010

поо

100

 

00,1000

1100

I I I II I

сдв.

00,0100

Clio

101

 

+ 0

00,0100

оно

 

 

 

1

ко

Блок умножения /КУ/,реализующий данный алгоритм,отличает­

ся от БУ на рис.З.З-І способом Армирования сигналов

О, -У,+У,т.е.

 

(S = + y )~ {O T n P X )(/ т +/ РХ);

 

( s = - у ) = ( / тп р х ) ( о т л + , р х ) ,

 

(S = + o)~ (s =+У v(s=- р) ,

 

и тем,что знаковые разряды РУ соединены с Z.

и отраба­

тываются так же, как и основные разряды. Легко

видеть,

что все рассмотренные ранее способы ускорения умножения применимы и при умножении чисел в дополнительных кодах. В частности,преобразовать множитель можно таким обра­

зом, чтобы значащие цифры

никогда не были соседними.

 

Например,

= I ,1011

= 0,7 ір / = 0,0/0/ ,т .а,

чис­

ло сложений,вследствие этого,можно сократить до -j-

на

разряд.

 

 

 

 

Задачи. I . Разработать БУ,работающий в соответствии

с

приведенной в данном параграфе цифровой диаграммой.

 

2. Разработать БУ для умножения чисел в дополнительных

кодах со

средним .числом суммирований на разряд,равным - j- .

- 49 -

3 .8 . ПОСЛШВАТРЛЬНЫЕ ШОКИ УМНОЖЕНИЯ [/ ,2 <9, 29]

В специализированных вычислительных машинах нашли применение АУ последовательного типа. Вполне естественно,что в таких устройствах используются блоки умножения /БУ/последовательного типа. Особенности построения та­ ких блоков выясним на примере БУ на динамических регист­ рах, в котором осуществляется умножение с младших разря­ дов и сдвигом суммы частичных произведений,хотя приме­ нительно к последовательным БУ этот метод можно было бы интерпретировать и как умножение с неподвижной суммой. Как уже отмечалось,микрооперация выдачи кода с последо­ вательного регистра сводится к «-кратному’ сдвигу сло­ ва. Сдвиг двух слов друг относительно друга на один разряд также осуществляется путем -кратного сдвига каждого из слов , при этом один из регистров удлиняется на один разряд. В остальном микроалгоритм /МА/ работы последовательного БУ подобен МА работы параллельного БУ и поэтому здесь не приводится.

Схема БУ показана на рис.3.8-1. Сигнал начала опера­ ции /НО/ должен подаваться на ЕУ в момент времени,ког­ да числа в РХ и РУ занимают исходную позицию /т .е .

младшие разряды чисел находятся в младших разрядах ре­ гистров / . Взаимный сдвиг.частичных произведений и множимого осуществляется путем удлинения регистра РХ на один разряд и использование счетчика тактов /СТ/ с периодом Т = /п + І /, Триггер ТТ служит для запоминания очередной цифры множителя и управляет подачей множимого на сумматор. Триггер ТІ в конце каждого цикла умноже­ ния устанавливается в ноль сигналом " tt СТ",а запись очередной цифры множителя осуществляется в момент действия сигнала "О СТ". Поочередная выборка цифр мно­ жителя осуществляется за счет того,что период СТ на I больше,чем число разрядов в регистре РХ.

В конце каждого цикла по сигналу "/гСТ" цифра младшего разряда частичных произведений поступает на регистр РZ*. Поэтому после окончания умножения старшие разряды

- 50 -

- 51 - •

произведения

будут находиться в регистре P f ,а младшие

в регистре

P f'. В качестве

регистра, Pf W SHO использо­

вать регистр РЛ.

 

 

 

 

Для получения сигналов

"О СТ"'и "я-СТ"

первое и

последнее

состояние

СТ

дешифрируется.

 

Сигнал "КО" конца умножения вырабатывается

счетчиком

циклов /СП/.

 

 

 

 

 

Аппаратурные

затраты и быстродействие БУ

могут быть

представлены

выражениями:

 

 

С=(3а,

3ag)n-hfaf-i-ar tZо6 +13&?)+

+ [ Ц г ("+ 1)]),

t y

= f a Z+

)

Сравнивая полученные выражения с соответствующими выра­ жениями для параллельных БУ,можно сделать вывод,что аппаратурные затраты уменьшились не более,чем на поря­

док / -$ 10/,в то время как

t y

увеличилось

примерно

в п. раз, т.е. коэффициент

эффективности Д э /

последо­

вательных БУ всегда меньше,чем КЭ

параллельных ЕУ.

Задача повышения быстродействия в последовательных БУ,как правило, не возникает. Если же такая задача и возникнет,то ее легко решить методами аналогичными способам повышения быстродействия в параллельных БУ, например, путем умножения на два и более разрядов. Задачи. I . Построить цифровую диаграмму БУ,показанного на рис.3.8-1.

2. Разработать БУ последовательного типа с умножением на два разряда. Построить цифровую диаграмму полученно­ го БУ.

е м я

См.

1Т /

t i 1

1 1-J

 

с с

 

КС

 

Ап

Пи /і 1 1 і'

__ р *

м и « 1

*к ■ Рис. 3.9-2

- 52 -

3 .9 . ДЕСЯТИЧНЫЕ БЛОКИ УМНОЖЕНИЯ

Наряду с двоичной системой счисления в ЦЬМ часто используется десятичная система, для представления од­ ной десятичной цифры в ЦВМ выделяется т ^ 4 Рит. Де­ сятичные блоки умножения /БУ/ строятся на тех же прин­ ципах, что и двоичные,т.е. имеется четыре основных спо­ соба реализации ЕУ,каждый из которых имеет свои преи­ мущества и недостатки,аналогичные преимуществам и не­ достаткам соответствующих двоичных ЕУ. Особенности де­ сятичных БУ состоят в том,что сдвиг осуществляется од­ новременно на т двоичных /один десятичный/ разрядов и в каждом такте умножения'.в зависимости от значения оче­ редной цифры множителя осуществляется несколько сложе­ ний множимого с суммой частичных произведений.

Для определенности предположим,что умножение осу­ ществляется по первому способу. По аналогии с соответст­ вующим двоичным способом составим микроалгоритм /МА/

умножения '

 

 

ID

(нвѵ) =(Н0)(ГСс)і3(Яр

 

0)t r(BKPy)(ÖKPZ){wpB)

(-ІЛп)(я„ = 0) t V ft7 cp

z)(n cp x)(+ /cc)(ct^n )f3(i(0) ,

 

=

 

где kfc -переменная,характеризующая состояние последне­ го десятичного разряда регистра РХ; /А/t - 0/ - соот­ ветствующее логическое условие; / - ІАЛ/ - микроопера­ ция уменьшения значения переменной Ая на I .

Структура БУ,реализующего данный МА и построенного на базекомбинационного сумматора,показана на рис.3.9-1. Суммирующий блок /СЕ/,как обычно,состоит из двух ре­ гистров РУ и PZ и сумматора / £ / . Регистры YZ и РХ снабжены цепями сдвига на один десятичный разряд. Для реализации микрооперации / - ІДц/ последний деся­ тичный разряд регистра РХ выполнен в виде счетчика,по

коду нуля в котором осуществляется переход к микроопера­ ции правого сдвига /ПС/. Если предположить,что цифры.

0 ,1 ,...,9 появляются во всех разрядах РХ с равной веролт-

- 53 -

лостью.то на каждый сдвиг в среднем приходится 4,5 суммирований,т.е.время умножения будет равно

= л ( ^ с ^ ) / і /

При этом аппаратурные затраты определяются выражением

с =[3а, -hZazi-avi-as -ь2ав)уп +а9(</-/-[£орг п])+

-rfy<i/ +-4ct2 +YaY+-yas +JQg+94pJ-Yaq). / 2/

При подсчете аппаратурных затрат предполагалось,что на представление одной десятичной цифры выделено минималь­ ное количество бит,а именно 4. Вследствие этого:число разрядов f t взято с коэффициентом 4. Сравнивать деся­ тичные и двоичные БУ имеет смысл только в случае,когда они работают с числами..представленными с одинаковой

точностью. Пусть &

будет точность,с которой заданы

мантиссы чисел

,

.

S ' ег

m /t7 ! ■£/

JCg/ .

где Х / и X^ -ближайшие неравные друг другу числа. Отсюда следует,что S' равна I младшего разряда,т.е.

где К - основная система счисления, /^-количество раз­ рядов в числе, соответствующих заданной точности S ' их представления. Следовательно

П

При К = 10 и К = 2 получаем л , * n , o = - f y S , пг = - - § р >

т -е* П/о = П г% г= 0,3*Л г .

Если полученные величины подставить в формулы / I / и /2 /, то можно сделать вывод,что десятичные £У примерно вІ,2 /4*0,3/ раза сложнее и примерно в 1,5 раза /при менее быстродействующее. Эти выводы еще в большей сте-

пёни справедливы для второго и четвертого способов пос­ троения БУ,так как в случае их использования выигрыш в быстродействии от .совмещения тактов суммирования и сдвигов дает незначительный эффект из-за того,что

- 54 -

Вследствие этого. наиболее эффективными являются деся­ тичные КУ, построенные по принципу умножения с младших разрядов множителя и сдвигом суммы частичных произведе­ ний. Наиболее сильным логическим способом ускорения умножения,как и для двоичной системы счисления,являет­ ся метод преобразования множителя. Применительно к де­ сятичной системе этот метод состоит в представлении цифр,больших 5 ,с помощью отрицательных цифр. При этом 6 представляется как 14, 7 как 13, 8 как 12, 9 как И . Например:

0,593497 = 1,4/3503.

Ь'сли при умножении на первое число потребовалось бы 5+9+-ЗН+9+7 =37 сложений,то во втором случае для этого требуется всего I+4+I-K3+5+0+3 = 17 сложений-вычитаний. В общем случае среднее число суммирований на один раз­ ряд сокращается с 4,5 до 2,5. К оборудованию,изобра­ женному на рис.3.9-1, при этом добавляется комбинацион­

ная схема,формирующая сигналы /+У/,

/-У / или / 0/ и

триггер признака

у>

. Предположим для определенности,

что умножениевыполняется по первому способу. Тогда

( + - ! / ) - ¥ (/ ѵ Я ѵ З VY V JT ) V (f

 

( 'У ) ~

 

Y

 

 

 

 

ѵу> (5-ѵб v ? v 8 ) ;

(-h-o)=

¥ o v f , 9 ,

Y '= { + y ),

где

y o

і/

у

/

-

 

функции возбуждения триггера у

0 ,1 ,...,9

-

 

очередные

цифры, множителя.

Цифровая диаграмма работы БУ будет иметь вид

РХ

ту»

 

S

 

А

 

PZ

 

СС

,109

 

 

 

 

 

п

 

 

0

 

 

 

9

00,000

000.

00

 

 

 

 

+ 1

99,373

 

 

010

I

 

сдв.

 

0

99,937

300

 

 

 

 

01

001

0

 

+-У

 

0

00,564

300

 

 

 

сдв.

 

I

00,056

430

10

000

 

+■У

-I

00,683

 

 

0

 

сдв.

 

0

00,068

343

II

 

 

 

 

КО

 

 

 

 

 

 

- 55 -

:3лесь I f - триггер у

; 5 - знак операции,т.е, М-У/,

/-У / или /-to/; А -

переменная,характеризующая состо­

яние последнего разряда регистра РХ.

■ В силу высокой эффективности преобразования множите­ ля этот метод используется а первую очередь, как отдель­ но,так и в сочетании с аппаратурными способами ускоре­ ния умножения десятичных чисел. В принципе все рассмот­ ренные аппаратные способы ускорения умножения двоичных чисел могут быть в той или иной степени переложены ня умножение десятичных чисел. Однако применять тот или иной аппаратный способ ускорения в десятичном БУ целе­ сообразно только в том случае,если он обеспечивает существенное сокращение числа суммирований,на что в десятичном БУ уходит /70 - 90?і/ времени. Один из таких методов состоит в подготовке чисел,кратных множимому. Идея способа заключается в том,что наряду с регистром множителя РУ в схему БУ /рис,3.9-2/ вводится регистр

РУ1,л котором хранится

число е* У,гдеы 6

^

2,3,4,5^

Работа БУ начинается с формирования числа

 

У,которое

осуществляется путем суммирования оС раз

кодов,запи­

санных в РУ и РУ'. Для

этого на регистры РУ

и РУ'

роз поступают сигналы ВКРУ, ВКРУ/ и ИКРУ.' Ралее начи­ нается умножение с использованием регистров РУ или РУ/ в соответствии с таблицей на рис.З.Ь-З.где кп -очеред­

ная цифра преобразованного множителя, St и

S2 - опе­

рации, производимые в первом и атором такте

сложения,

”0Fj? - микрооперации на ?2;

ВК/

-

ііО выдачи кода с

Р2 по каналу і / с = 1,2/; R

- количество тактов сум­

мирования при умножении на один

десятичный разряд.

Например,если кп - -3, то в

первом такте осуществляем

суммирование кодов из Е£ и РУ^,а во

втором

такте - из

и РУ, в результате чего к сумме

частичных произве­

дений прибавляется число —4У+У = -ЗУ. Время выполне­ ния операции умножения будет равно

. ty - o ( t++ п(£с ч- R(o()-t+),

где К(Ы/ - среднее число суммирований при умноженин__на один разряд мнодителя. Нетрудно подсчитать,что

*(2)=R(3)= 1,S , а f j .

- 56 -

Т .е. И) И ос -4

t u = 4t+ + n ( t c + r,4 t+ ).

jiajii ne/lmee чоишіение быстродействии і.чтю осуществить путам заготовки двух чисел,кратных ыноыимоыу. Однако ьп/ективнооть такого способа ускорения быстро п.адает.

ианрпмер,использование

двух кратных типа 2У а

іУ лчет

1,3 суммировании на разряд, что всего ип 0 ,к меньше,чем

при

очном

кратном типа

’ІУ. Предварительную за готовку

Чисел,KpUTHHX МНОЖИМОМУ,МОЖНО нс

осуществлять,если

между !;У и сумѵатором включить комбинационную схему

/КОУ/

/см.пунктир

на рко.3 .9 -2 /, реализующую операцию,

например,

удвоения

множимого / см.

таблицу на

рис.9.4—4,

где

-

I

-ап цифра множимого,а

\^~ і - ая цифра уд­

военного множителя/’. Пои атом отпадает необходимость

в сдвиговом

регистре І'У

/т.к.микрооперации !;Х и !1К

одновременно можно осуществлять только на сдвиговом

регистре/,

 

входной логике

El

и дополнительных цепях

выдачи кода

о Г<? . Сдпако

по сложности такая

схема

равноценна сумматору,хотя ее быстродействие будет оп­ те, чем у £ 7 из-за отсутствия цепок сквозного пере­

носа.

Дальнейшее повышение быстродействия можно осущест­ вить за счет использования комбинационных схем,реали­

зующих таблицы произведения

Гу / т о е //О /

/р и с .3

.9 -5 /

и переносов /р и с .3 .9 -6 /. При атом кУ

должен

содержать

два сумматора: £ 1 ,для сум.ѵпрованил

кодов с

выходов

 

таблиц произведении /КСІ/ и таблиц переносов /КС2/,

с

целью получения произведении УАЛ ; £

2 - для образова­

нии очередное суммы частичных

п7)оизведений /р и с,3 .9

-7 /,

і'Де КП и КС2 -комбинационные схемы,содержащие по подсхем,каждая из которых реализует соответственно таб­ лицу переносов и произведений. Нетрудно подсчитать,что

время умножения будет равно

ty= n ftc i-Ot9t4.)>

і'де 0,9 - число суммирований на один разряд множителя. Задачи. I . Разработать комбинационную схему.реализующую операцию удвоения множителя.

- 57 -

2. Построить БМУ для БУ,работающего по методу заготов­ ки чисел,кратных множимому при <* = 4.

3. Построить комбинационные схемы,реализующие таблицы произведений и переносов при условии,что десятичные цифры представлены: а/ двоично-десятичным кодом с веса­ ми 8,4,2,1; б/ кодом с избытком 3.

4. Разработать цепи выдачи обратного кода с регистра при условии а/ и б/ из задачи 3.

fin Si SZ MDPl

R

-k -49*0 BK2r

1

-3 -49*3

BKZMXl 2

-2 -9 -9

BKI.BKI 2

-/ -9*0

BKI,-

V.

0 *0*0

-

О

1 *9 * 0

алѵ -

/

2*9*9 8Ki.&xi &

3*49*9 вк2,ва &

4*49*0 BKZ,- ! J1 149*3 BKB.Sxi 2

Рис. 3.9-3

 

ВініЗBL*ty

К зі

ач

о

о

/

!

2,

3

2

Ч

S

3

6

?

Ч

8

9

S

О

і

6

2

3

7

Ч

д'

8

6

7

9 &

3

Рис. 3.9-Ч

ак

Is, 18а| РУ Iflnh

I КС

 

 

BM.У

SJ

УЙп

cc

 

t.ltulU

 

 

К с

 

вк

ПС

Р Z.

Р Х

ПК.пС

 

 

Рос. 3.9-7

 

1

£

г I а

£

7

i . I

1

 

 

7

Оо о о ОиОo_о a

[7 О 1 Z 3 9 □ 6 7 8 9

*3 2 4_6 a

в.\6 о 3 6 3 a S 1 4 IE \Цо 4 я a 3 a 4 A 2_£2 о a 4 б

£ 1о £ о 3 a a 0 £ О£

6 g 6 2 8

 

6 a 2

7□ист

ГГ и

 

9

£ ji

 

ä a 2

</ £

8

 

1 иu

6

910\9\8\Г\6 a S' 3

T У

Рис. 3.9-3

 

1

— Ійа 2ІЗ|ѴЫ£І?|ВІ9 ИИи ИИИИИИЕІБ

а и

и ѳ и а и в и и и

в о

и О 0 0

£ / / о

 

8 Жо и Б о 1

/ t 2 a

 

і 4 о Е о / / 2 a 2 3 3

5 о Е / г 2. 1 3 3 </ 1

6 о Е D / 0 3 3 V 7

1

то

/ a I 3 4 7 ?

6

Го Е / a 3 7 4 3 6 ?

1о н 7ІІ □ п ь 6 7Ш

Рис. 3.9-6 ,

Йп

П D

- 58 -

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ