Пристрій для множення чисел

Реферат: Винахід належить до обчислювальної техніки, а саме до арифметичних цифрових пристроїв. Пристрій для множення чисел, містить n рядків по n елементів І та n-1 рядків по n суматорів. До пристрою введено групу з 2n(n-1) суматорів за модулем два, генератор випадкових чисел та дешифратор, Технічним результатом винаходу є можливість досліджувати вплив несправностей на результат роботи пристрою для множення чисел, розширюючи його функціональні можливості. UA 114462 C2 (12) UA 114462 C2 UA 114462 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пропонований винахід належить до обчислювальної техніки, а саме до арифметичних цифрових пристроїв, і може бути використана в машинобудівних технологіях. Відомий матричний пристрій для піднесення в квадрат, що містить блок елементів І та блок суматорів, при цьому входи розрядів числа підключено до входів блока елементів І, виходи яких підключено до входів блока суматорів, вихід якого є виходом результату пристрою [1]. Недоліки аналогу: пристрій не дозволяє аналізувати його функціонування при несправностях, що обмежує можливості досліджувати вплив несправностей на результати обчислень. Найбільш близьким до запропонованого винаходу по технічній суті та результату, що досягається, є пристрій для множення чисел, що містить n рядків по n елементів І та n-1 рядків по n суматорів, і-й вхід множеного пристрою підключено до першого входу i-го елемента І кожного рядка, i=1,…, n, i-й вхід множника пристрою підключено до другого входу кожного елемента І i-го рядка, вихід j-го елемента І j-го рядка підключено до першого входу i-го суматора (j-1)-го рядка, j=2,…, n, вихід j-го елемента І першого рядка підключено до другого входу (j-1)-го суматора першого рядка, вихід суми j-го суматора k-го рядка підключено до другого входу (j-1)го суматора (k+1)-го рядка, k=1,…, n-2, вихід перенесення k-го суматора першого рядка підключено до третього входу (k+1)-го суматора цього рядка, вихід перенесення (n-1)-го суматора першого рядка підключено до другого входу n-го суматора цього рядка, вихід перенесення (j-1)-го суматора (k+1)-го рядка підключено до третього входу j-го суматора цього рядка, вихід перенесення n-го суматора k-го рядка підключено до другого входу n-го суматора (k+1)-го рядка, вихід першого елемента І першого рядка підключено до першого виходу пристрою, вихід суми першого суматора (j-1)-го рядка підключено до j-го виходу пристрою, вихід суми j-го суматора (n-1)-го рядка підключено до (n+j-1)-го виходу пристрою, вихід перенесення n-го суматора (n-1)-го рядка підключено до 2n-го виходу пристрою [2]. Недоліки прототипу: пристрій не дозволяє аналізувати його функціонування при несправностях, що обмежує можливості досліджувати вплив несправностей на результати обчислень. Задача винаходу - створення пристрою для множення чисел, в якому шляхом введення генератора випадкових чисел, дешифратора та групи суматорів за модулем два забезпечено введення несправності на виході суми або перенесення випадково вибраного суматора, що дозволяє досліджувати функціонування пристрою при несправностях, вплив несправностей на результати обчислень, суттєво розширюючи функціональні можливості пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для множення чисел, що містить n рядків по n елементів І та n-1 рядків по n суматорів i-й вхід множеного пристрою підключено до першого входу i-го елемента І кожного рядка, і=1,…, n, i-й вхід множника пристрою підключено до другого входу кожного елемента І i-го рядка, вихід i-го елемента І j-гo рядка підключено до першого входу i-го суматора (j-1)-го рядка, j=2,…, n, вихід j-го елемента І першого рядка підключено до другого входу (j-1)-го суматора першого рядка, вихід першого елемента І першого рядка підключено до першого виходу пристрою, згідно з корисною моделлю введено: групу з 2n(n-1) суматорів за модулем два, генератор випадкових чисел та дешифратор, при цьому вхід скидання та тактовий вхід пристрою підключено відповідно до входу скидання та тактового входу генератора випадкових чисел, вихід якого підключено до інформаційного входу дешифратора, вхід блокування якого підключено до входу режиму пристрою, вихід суми та перенесення i-го суматора (j-1)-го рядка підключено до першого входу відповідно (2((j-2)n+і)-1)го та (2((j-2)n+i))-го суматорів за модулем два групи, другий вхід u-гo суматора за модулем два групи підключено до (u-1)-гo виходу дешифратора, u-1,…, 2n(n-1), другий вхід (j-1)-го суматора (k+1)-го рядка підключено до виходу (2(n(k-1)+j)-1)-го суматора за модулем два групи, k=1,…, n2, третій вхід (k+1)-го суматора першого рядка підключено до виходу 2k-го суматора за модулем два групи, другий вхід n-го суматора першого рядка підключено до виходу (2n-2)-го суматора за модулем два групи, третій вхід j-го суматора (k+1) рядка підключено до виходу 2(nk+j-1)-го суматора за модулем два групи, другий вхід n-го суматора (k+1)-го рядка підключено до виходу (2nk)-го суматора за модулем два групи, вихід (2n(j-2)+1)-го суматора за модулем два групи підключено до j-гo виходу пристрою, вихід (2n(n-2)+2j-1)-го суматора за модулем два групи підключено до (n+j-1)-го виходу пристрою, вихід 2n(n-1)-го суматора за модулем два групи підключено до 2n-го виходу пристрою. Технічний ефект від запропонованого рішення полягає в тому, що шляхом введення групи суматорів за модулем два, генератора випадкових чисел та дешифратора забезпечено введення несправності, що дозволяє досліджувати вплив несправностей на результат роботи пристрою для множення чисел, розширюючи його функціональні можливості. 1 UA 114462 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розширення функціональних можливостей можна оцінити позитивно, враховуючи, що запропоноване рішення дозволяє вводити до пристрою несправності, за якими складаються умови для аналізу впливу несправностей на результати обчислень пристрою. Це є суттєвим при використанні пристрою в системах критичного застосування для перевірки засобів діагностики та дослідження впливу несправностей на функціональну безпеку системи. Суть винаходу пояснюється кресленням. На ній зображено пристрій для множення чисел для n=4. Він містить 4 рядки по 4 елементи І 1.1…1.4, 2.1…2.4, 3.1…3.4, 4.1…4.4, 3 рядки по 4 суматори 5.1…5.4, 6.1…6.4, 7.1…7.4, суматори 8.1…8.24 по модулю два групи, генератор випадкових чисел 9, дешифратор 10, входи А1…А4 множеного пристрою та входи В1…В4 множника пристрою, вхід R скидання пристрою, тактовий вхід С пристрою, вхід М режиму пристрою, виходи V1…V8 пристрою, при цьому i-й вхід множеного Аі пристрою, i=1…4 підключено до першого входу i-го елемента І 1.і, 2.і, 3.i та 4.i кожного рядка, i-й вхід множника Вi пристрою підключено до другого входу кожного елемента І i.1, і.2, i.3 та і.4 i-го рядка, вихід i-го елемента l j.ij-го рядка, j=2…4, підключено до першого входу i-го суматора (j+3).i з (j-1)-рядка, вихід j-го елемента І 1.j першого рядка підключено до другого входу (j-1)-го суматора 5.(j-1) першого рядка, вихід першого елемента 11.1. першого рядка підключено до виходу V1 пристрою, вхід R скидання та тактовий вхід С пристрою підключено відповідно до входу R скидання та тактового входу С генератора 9 випадкових чисел, вихід якого, що складається з Z =] log2(H+1) [розрядів, де Н=2n(n-1)-1, підключено до інформаційного входу дешифратора 10, вхід В блокування якого підключено до входу М пристрою, вихід суми S та перенесення Р i-го суматора (j+3). І з (j-1)-го рядка підключено до першого входу відповідно (2((j-2)n+i)-1)-го 8.8(j2)+2i-1 та (2((j-2)n+i))-го 8.8(j-2)+2i суматорів за модулем два групи, другий вхід u-го суматора 8.u за модулем два групи підключено до (u-1)-го виходу дешифратора 10, u-1,…, 2n(n-1), другий вхід (j-1)-го суматора (k+5).(j-1) з (k+1)-го рядка підключено до виходу (2(n(k-1)+j)-1)-го суматора 8.8(k-1)+2j-1 за модулем два групи, k=1, 2, третій вхід (k+1)-го суматора 5.(k+1) першого рядка підключено до виходу 2k-го суматора 8.2k: за модулем два групи, другий вхід n-го суматора 1.n першого рядка підключено до виходу (2n-2)-го суматора 8.6 за модулем два групи, третій вхід jго суматора (k+5).j з (k+1) рядка підключено до виходу 2(nk+j-1)-го суматора 8.8k+2j-2 за модулем два групи, другий вхід n-го суматора (k+5).n з (k+1)-го рядка підключено до виходу (2nk)-го суматора 8.8k за модулем два групи, вихід (2n(j-2)+1)-го суматора 8.8j-15 за модулем два групи підключено до j-го виходу Vj пристрою, вихід (2n(n-2)+2j-1)-го суматора 8.2j+15 за модулем два групи підключено до (n+j-1)-го виходу V3+j пристрою, вихід 2n(n-1)-го суматора 8.24 за модулем два групи підключено до виходу V 8 пристрою. Пристрій працює у такий спосіб. На входи А1…А4 та В1…В4 пристрою подаються розряди Ai множеного А і розряди Ві множника В, відповідно. Розряди множеного Ai, і=1…4 подаються на перші входи i-го елемента І 1.i, 2.i, 3.i та 4.i кожного рядка, а і-й розряд множника Ві - на другі входи кожного елемента І і.1, і.2, i.3 та і.4. i-го рядка, Елементи І обчислюють кон'юнкції відповідних розрядів множеного та множника. З виходу i-го елемента І j.i j-го рядка, j=2…4, обчислена кон'юнкція подається на перший входу i-го суматора (j+3).i з (j-1)-рядка. З виходу j-гo елемента І 1.j першого рядка обчислена кон'юнкція подається на другий вхід (j-1)-го суматора 5.(j-1) першого рядка. З виходу першого елемента І 1.1. першого рядка обчислена кон'юнкція подається на вихід V1 пристрою. На вхід R скидання пристрою та далі на вхід R скидання генератора випадкових чисел 9 подається сигнал, що встановлює його у початковий стан. На тактовий вхід С пристрою та далі на тактовий вхід С генератора випадкових чисел 9 подаються синхроімпульси, що тактують його роботу. Генератор випадкових чисел 9 формує послідовність Z-розрядних випадкових чисел, які подаються на інформаційний вхід дешифратора. На вхід М пристрою та далі на вхід В блокування дешифратора подається нульове або одиничне значення, яке відповідно задає режим справної або несправної роботи пристрою, дозволяючи або блокуючи роботу дешифратора 10. На виходах дешифратора 10 у цих режимах формується відповідно нульовий або унітарний код, що приймає одиничне значення тільки на одному виході. З виходів суми S та перенесення Р i-го суматора (j+3).i з (j-1)-го рядка обчислені розряди суми та перенесення подаються на перший вхід відповідно (2((j-2)n+i)-1)-го 8.8(j-2)+2i-1 та (2((j2)n+i))-го 8.8(j-2)+2i суматорів за модулем два групи. На другий вхід u-го суматора 8.u за модулем два групи подається розряд коду з (u-1)-го виходу дешифратора 10, u-1,…, 2n(n-1). На другий вхід (j-1)-го суматора (k+5).(j-1) з (k+1)-го рядка подається значення з виходу (2(n(k-1)+j)-1)-го суматора 8.8(k-1)+2j-1 за модулем два групи, k=1, 2. На третій вхід (k+1)-го суматора 5.(k+1) першого рядка подається значення з 2 UA 114462 C2 5 10 15 20 25 виходу 2k-го суматора 8.2k за модулем два групи, На другий вхід n-го суматора 1.n першого рядка подається значення з виходу (2n-2)-го суматора 8.6 за модулем два групи, На третій вхід j-го суматора (k+5).j з (k+1) рядка подається значення з виходу 2(nk+j-1)-го суматора 8.8k+2j-2 за модулем два групи, На другий вхід n-го суматора (k+5).n з (k+1)-го рядка подається значення з виходу (2nk)-го суматора 8.8k за модулем два групи. З виходу (2n(j-2)+1)-го суматора 8.8j-15 за модулем два групи обчислене значення подається на j-й вихід Vj пристрою. З виходу (2n(n-2)+2j-1)-го суматора 8.2j+15 за модулем два групи обчислене значення подається на (n+j-1)-й вихід V3+j пристрою. З виходу 2n(n-1)-го суматора 8.24 за модулем два групи обчислене значення подається на вихід V8 пристрою. В режимі справної роботи пристрою на другі входи суматорів 8.1…8.24 за модулем два групи приходять розряди нульового коду, за якими ці суматори транслюють значення з першого входу на вихід без зміни, що дозволяє обчислювати правильний добуток на виходах V1…V8 пристрою. В режимі несправної роботи пристрою на другі входи суматорів 8.1…8.24 за модулем два групи приходять розряди унітарного коду, за якими ці суматори транслюють значення з першого входу на вихід без зміни за винятком одного суматора за модулем два групи. На його другий вхід приходить одиничне значення, за яким на виході відбувається інвертування розряду, що надійшов на перший вхід. Таким чином, інвертується один розряд з виходу суми S або перенесення Р одного з суматорів 5.1…7.4, імітуючи несправність пристрою, за якою порушується правильне обчислення добуту на його виходах V1…V8. Пристрій може бути використаний для аналізу роботи пристрою для множення двох чисел при наявності несправності. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР № 842804, G06F 7/552, 1979. 2. Мельник А.О. Архітектура комп'ютера. Наукове видання. - Луцьк: Волинська обласна друкарня, 2008. - 470 с., стор. 218, фіг. 6.18. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 50 Пристрій для множення чисел, що містить n рядків по n елементів І та n-1 рядків по n суматорів, i-й вхід множеного пристрою підключено до першого входу i-го елемента І кожного рядка, і=1,…, n, i-й вхід множника пристрою підключено до другого входу кожного елемента І i-го рядка, вихід i-го елемента І j-го рядка підключено до першого входу i-го суматора (j-1)-го рядка, j=2,…, n, вихід j-гo елемента І першого рядка підключено до другого входу (j-1)-го суматора першого рядка, вихід першого елемента І першого рядка підключено до першого виходу пристрою, який відрізняється тим, що введено групу з 2n(n-1) суматорів за модулем два, генератор випадкових чисел та дешифратор, при цьому вхід скидання та тактовий вхід пристрою підключено відповідно до входу скидання та тактового входу генератора випадкових чисел, вихід якого підключено до інформаційного входу дешифратора, вхід блокування якого підключено до входу режиму пристрою, вихід суми та перенесення і-го суматора (j-1)-го рядка підключено до першого входу відповідно (2((j-2)n+і)-1)-го та (2((j-2)n+і))-го суматорів за модулем два групи, другий вхід u-го суматора за модулем два групи підключено до (u-1)-го виходу дешифратора, u-1,…, 2n(n-1), другий вхід (j-1)-го суматора (k+1)-го рядка підключено до виходу (2(n(k-1)+j)-1)-го суматора за модулем два групи, k=1,…, n-2, третій вхід (k+1)-го суматора першого рядка підключено до виходу 2k-го суматора за модулем два групи, другий вхід n-го суматора першого рядка підключено до виходу (2n-2)-го суматора за модулем два групи, третій вхід j-го суматора (k+1) рядка підключено до виходу 2(nk+j-1)-го суматора за модулем два групи, другий вхід n-гo суматора (k+1)-го рядка підключено до виходу (2nk)-го суматора за модулем два групи, вихід (2n(j-2)+1)-го суматора за модулем два групи підключено до j-го виходу пристрою, вихід (2n(n-2)+2j-1)-го суматора за модулем два групи підключено до (n+j-1)-го виходу пристрою, вихід 2n(n-1)-го суматора за модулем два групи підключено до 2n-го виходу пристрою. 3 UA 114462 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4