DE3703440A1 - Schaltungsanordnung zur bildung von summen, insbesondere von skalarprodukten - Google Patents

Schaltungsanordnung zur bildung von summen, insbesondere von skalarprodukten

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bildung von Summen, insbes. von Skalarprodukten mit einem Summierwerk, das eingangsseitig über einen exponentengesteuerten Mantissenpositionierer mit einem Multiplizierwerk, das Produkte in Gleitkommadarstellung, die aus einer Produktmantisse, einem Produktvorzeichen und einem Produktexponenten besteht, abgibt, verbunden ist und das ausgangsseitig über einen Ergebnispositionierer eine gesteuert gerundete Ergebnismantisse und ein Ergebnisvorzeichen und über einen Exponentengenerator einen Ergebnisexponenten, ggf. ein Überlaufkennzeichen oder ein Unterlaufkennzeichen an eine Schnittstelle abgibt, wobei die Länge eines Akkumulatorregisters des Summierwerkes mindestens der Länge der Produktmantisse und der Differenz zwischen dem größten und kleinsten Produktexponenten entspricht.
Es ist aus EP-PS 00 79 471 eine Schaltungsanordnung zur Bildung von Skalarproduktsummen von Gleitkommazahlen bekannt, die einen Festkommazahlenakkumulator enthält, dessen Länge mindestens der Länge der Mantisse der Produktgleitkommazahlen zuzüglich einer Länge die der Differenz der kleinst- und des größtmöglichen Produktexponenten entspricht, und die räumliche oder zeitliche Zuordner enthält, mit denen die Summierung der Produktmantissen jeweils durch den Produktexponenten stellengerecht gesteuert in den Akkumulator erfolgt und mit denen eine steuerbare Rundung und Konversion der Festkommasumme in eine Gleitkommazahl aus Mantisse und Exponent nebst Über- und Unterlaufkriterien erfolgt. Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß die Skalarprodukte mit maximal möglicher Genauigkeit gebildet werden. Nachteilig war jedoch, daß wegen der großen Länge des Akkumulators ein rein serieller zeitlicher Zuordner eine sehr lange Durchlaufzeit hatte und ein parallel arbeitender Zuordner einen sehr hohen Aufwand erforderte und eine Übertragsweiterschaltung über sämtliche Stellen aus mit Übertragsvorabfühlung in einer Maschinentaktzeit praktisch nicht möglich war.
Aus diesem Grunde wurden solche langen Akkumulatoren in solchen Rechnern die jeweils pro Maschinentakt ein Produkt bilden, sogenannten Vektorrechnern, nicht verwandt. Auch eine algorithmische, softwaremäßige Bearbeitung, wie sie aus U. Kulisch: Grundlagen des Numerischen Rechners - Mathematische Begründung der Rechnerarithmetik - Bibliograph. Inst., Mannheim 1976, bekannt ist, der in diesen Rechnern üblicher Weise gebildeten Produktsummen einfacher oder doppelter Mantissenlänge der vorgegebenen Maschinenzahlen, die einer Vermeidung von Fehlern, die aus der Verwendung eines kurzen Akkumulators erwachsen, dienen könnten, wurde wegen der Komplexität der Algorithmen und der in einzelnen Fällen auftretenden Notwendigkeit mehrerer aufeinanderfolgender Registertransfers von Daten in einem Maschinentakt nicht realisiert. Deshalb arbeiten die größten und schnellsten Rechner bisher ohne gesicherte Arithmetik, da sie allenfalls mit einen um wenige Über- und Unterlaufstellen erweiterten Akkumulator ausgerüstet sind.
Es ist weiterhin bekannt, Rechenschaltwerke in parallel und unabhängig arbeitende, jedoch datenflußmäßig hintereinandergeschaltete Unterschaltwerke aufzuteilen, die jeweils einen Operationsschritt in einer Maschinen-Taktzeit ausführen. Auf diese Weise fällt nach einer anfänglichen Durchlaufzeit der ersten eingespeisten Operanden ein koninuierlicher Fluß von einem Ergebnis pro Takt an, wie dies bei den sogenannten Vektorrechnern der Fall ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine wirtschaftlich herstellbare Schaltungsanordnung und ein Steuerverfahren dafür zu offenbaren, die einen Festkommaakkumulator, der den gesamten Zahlenbereich der zu summierenden Produkte umfaßt, enthält und es ermöglicht, pro Maschinentakt ein Produkt zur Summierung aufzunehmen.
Die Lösung besteht darin, daß das Multiplizierwerk jeweils pro Maschinentakt eines der Produkte über einen Produkt-Exponentenanalysator und dem Mantissenpositionierer in eine Anordnung von taktgleich betriebenen Transferregisterzeilen eingibt, wobei jeweils Steuergrößen von dem Exponenten-Analysator für die stellenwertgerechte Summierung der Mantisse an Steuergrößen-Transferregisterteile zusammen mit den zugehörigen, innerhalb von Mantissentransferregister-Teilen jeweils einer Transferregisterteile mit einem Steuerwerk verbunden sind, welches jeweils steuergrößenabhängig
  • - die spaltenmäßige Verbindung der Transferregisterteile und
  • - die Verbindung der Mantissentransferregisterteile mit den Eingängen von Summierwerksteilen des Summierwerks und
  • - die Verbindung der Ausgänge der Summierwerksteile mit den Akkumulatorabschnitten und
  • - die Verbindung der Akkumulatorabschnitte mit den Mantissentransferregisterteilen
steuert, so daß eine stellenwertgemäße Summierung in diese Akkumulatorabschnitte erfolgt und wobei die bei der abschnittsweisen Summierung entstehenden Überträge in Übertragsregistern und Übertragsspeicherabschnitten, die in den zugehörigen Transferregisterzeilen mit den Akkumulator-Abschnitten angeordnet sind, zwischengespeichert werden, und daß von einem eingangsseitig eingegebenen Rundungszeichen über das Steuerwerk gesteuert die Inhalte der Akkumulatorabschnitte mit den Inhalten der Übertrags-Register fortlaufend stellengerecht summiert und ausgegeben werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erste Ausführung der Schaltungsanordnung ist vorteilhaft so ausgestaltet, daß allen Akkumulatorregisterabschnitten Summierwerksabschnitte zugeordnet sind. Dadurch ist die Schaltungsanordnung in wenige Typen von Baugruppen unterteilt, so daß diese hochintegriert wirtschaftlich gefertigt und zusammengefügt werden können und geringe interne und externe Signallaufzeiten in bzw. zwischen ihnen entstehen.
Eine jeweils in den Baugruppen selbst angeordnete Steuerschaltung erbringt vorteilhaft eine geringe Anschlußzahl der einzelnen Baugrupen und kurze Verbindungen mit geringen Laufzeiten der Signale zwischen den Baugruppen untereinander. Eine weitere Senkung der Gesamtanschlußzahl der Baugruppen ergibt sich durch eine Zusammenfassung mehrerer Zeilenabschnitte in einer Baugruppe, wobei deren Länge und Anzahl abhängig von dem zu erreichenden Integrationsgrad und der verfügbaren Gesamtkontaktzahl einer Baugruppe zu wählen ist. Eine Aufteilung der Zeilenbaugruppen in Transferregisterbaugruppen und Summierwerksbaugruppen bei Verwendung kombinierter Ein-Ausgabeanschlüsse ergibt eine hohe Integration des Summierwerks mit geringen Übertragslaufzeiten.
Eine hohe Ausnutzung der Fläche auf den Schaltkreisplättchen wird durch eine bevorzugte Verwendung von Eingangs-Multiplexern und dadurch eine Verringerung der Zahl der Ausgänge bei den Positionier-Baugruppen erreicht, was wegen des relativ geringen Platz- und Leistungsbedarfs der Eingänge vorteilhaft ist.
Vorteilhaft werden gleiche Baugruppen eingangsseitig und ausgangsseitig des Summierers als Positionierbaugruppen zur stellengerechten Einspeisung und Normalisierung der Mantissen angeordnet, wodurch der Baugruppenentwicklungsaufwand gering zu halten ist.
Sofern in einem Rechner ein relativ großer Exponentenbereich, z. B. von +300 bis -300, vorgesehen ist, so wird vorteilhaft die Länge des Summierwerks auf etwas mehr als die Hälfte beschränkt, so daß sie für die Mantissenlänge der Produkte und etwas mehr als die Exponentenbereiche entsprechend eines Faktors des Produkts vorgesehen wird. Bei den seltenen Produkten mit größeren und kleineren Exponenten wird dann ein Über- oder Unterlauf signalisiert der eine Sonderbehandlung einleiten kann. Ein solcher beschränkter Exponentenbereich liegt dann immer noch über demjenigen üblicher Rechner. Die erreichbare gesicherte Rechengenauigkeit ist jedoch viel höher, als wenn ohne diesen langen Summierer nur mit üblichem doppelt oder mehrfach langem Akkumulator und großem Exponentenbereich gearbeitet wird, da durch die üblichen Rundungen bei jeder einzelnen Summierung eines Produktes die Genauigkeit des Endergebnisses nicht gesichert ist, wie sie der lange Summierer mit zusätzlicher Sonderfallbehandlung bei Über- bzw. Unterlauf erbringt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Akkumulatorabschnitte in Zeilen eines Speichers angeordnet sind, der ein gleichzeitiges Lesen und Schreiben verschiedener, getrennt adressierter Speicherzeilen gestattet, und die Steuergrößenabschnitte die Lese- und Schreibadressen dem Speicher zuführen, und in jeder Speicherzeile Übertragsspeicherabschnitte angeordnet sind, deren Kapazität so bemessen ist, daß jeweils sämtliche Überläufe der in dem jeweiligen Akkumulatorabschnitt erfolgenden Teilsummierungen einer Summenbildung darin Aufnahme finden, und eine abschließende Übertragssummierung bei dem vom niedrigstwertigen zum höchstwertigen Speicherabschnittsinhalt fortschreitenden taktweisen Auslesen des Summierungsergebnisses aus den Speicherabschnitten erfolgt, in dem jeweils der Inhalt von einem Übertragsspeicherabschnitt zum Inhalt gleicher Stellenwertigkeit des nächsten Akkumulatorspeicherabschnittes summiert wird, worauf eine fortlaufende Übertragsverarbeitung dabei nach entstehender einfacher Überträge zwischen den jeweils gebildeten Summenabschnitten erfolgt.
Um die Summierung von Mantissen in den gleichen Akkumulator-Registerabschnitt auch in aufeinanderfolgenden Takten zu ermöglichen, sind Schaltwege zur unmittelbaren Summierung zum Zwischenergebnis ohne dessen Rückschreibung und erneute Lesung aus dem Speicher vorgesehen. Das Lesen und Schreiben einer bestimmten Zeile des Speichers erfolgt jeweils um zwei Takte versetzt, wobei die Zeilenadresse der Information stets in einem Transferregister der Information vor und nach der Summierung zugeordnet bleibt. Drei Adressen und drei Informationen sind, soweit sie nicht gleich sind, unabhängig voneinander in den Transferregistern.
Um die Summierung und Einspeicherung von zum Akkumulator-Register in beliebiger Stellen-Position befindlicher Mantissen zu ermöglichen, ohne daß der Speicher mehrfach gelesen und eingeschrieben werden muß, sind die Akkumulatorzeilen in Unterabschnitte aufgeteilt und die Zeilenlänge gleich der Mantissenlänge zuzüglich der Unterabschnittslänge gewählt, wobei jedem Unterabschnitt jeweils ein eigener Überlauf-Speicherabschnitt zugeordnet ist. Die Adressierung der Unterabschnitte erfolgt jeweils spezifisch, so daß zweckmäßig die Unterabschnitte aller Zeilen spaltenmäßig in einem Teilspeicher zusammengefaßt sind.
In einem dritten vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird das Akkumulatorregister in Speicherbaugruppen angeordnet, deren Speicherzellen in ihrer Struktur sehr einfach sind, da in dieser Speicheranordnung nicht verschiedene Speicher-Zeilenabschnitte gleichzeitig gelesen und beschrieben werden. Diese einfachen, üblichen Speicherzellen sind bei gleichartiger Prozeßtechnik der Herstellung für höhere Geschwindigkeiten auszulegen, da der zweite Adreßdekoder entfällt und Störungen des Lesens durch gleichzeitiges Schreiben in einer anderen Zeile vermieden werden. Auf diese Weise wird nach dem jeweiligen Stand der Speichertechnik die höchste Arbeitsgeschwindigkeit erreicht. Damit mit solchen Speichern pro Lese- oder Schreibtakt ein Summationsvorgang möglich ist, werden zwei gleiche Speicher vorgesehen, die abwechselnd gelesen bzw. beschrieben werden, solange Produkte zu akkumulieren sind. Es entstehen in den beiden Speichergruppen jeweils eine Teilsumme und eine zugehörige Übertragssumme gleicher Stellenwertigkeit, die beim Auslesen des Ergebnisses zur Rundung und Ausgabe jeweils miteinander und mit den entsprechenden Überträgen summiert werden. Ein merklicher Zeitverlust entsteht dabei nicht, da dabei beide Teilsummen und die zugehörigen Überträge jeweils parallel ausgelesen werden.
In den Fig. 1 bis 8 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Gesamtvorrichtung der ersten Ausführungsform;
Fig. 2 zeigt eine Baugruppe des Eingangspositionierers;
Fig. 3 zeigt eine Baugruppe des Summierers;
Fig. 4 zeigt eine Zeile mit getrennten Summierwerk- und Transferregisterbaugruppen;
Fig. 5 zeigt die Übertragsverarbeitungs-Verbindungen in einer Zeile mit vier Baugruppen;
Fig. 6 zeigt ein Übersichtsbild der gesamten Schaltungsanordnung der zweiten Ausführungsform;
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer Speicher- und Summierwerks-Baugruppe zur zweiten Ausführung.
Fig. 8 zeigt eine Speicher- und Summierwerksbaugruppe einer dritten Ausführung.
Tab. 1 gibt die logischen Gleichungen der Übertragserzeugung zu Fig. 5.
Fig. 1 zeigt eine Eingangsschnittstelle (SS 1), über die von einem vorgeordneten Multiplizierwerk (MW) Summanden an die Summiervorrichtung übertragen werden, die aus einem Produktexponenten (EP), einem Produktvorzeichen (VZ) und einer Produktmantisse (MP) in Betragsdarstellung bestehen. Außerdem wird zum Abschluß einer Folge von Produkten, die ein Skalarprodukt darstellen, jeweils ein Rundungsbefehl (RB) übergeben, der verschiedene Steuerfunktionen, nämlich zur Entleerung des Summierwerkes, zur Normalisierung und zur Rundung, auslöst, nach deren Abschluß das gerundete Ergebnis, jeweils aus einem Ergebnisvorzeichen (VZE), einem Ergebnisexponenten (EE), einer Ergebnismantisse (ME) und einem Über- und Unterlaufkennzeichen (OF, UF) bestehend, über eine Ausgangsschnittstelle (SS 2) zusammen mit einem Fertigsignal (FS) an den übergeordneten Rechner abgegeben wird.
Der Produktexponent wird in einem Exponentenanalysator (EPA) in zwei Komponenten zerlegt, deren niederwertiger Exponententeil (EX 1) als Steuergröße dem eingangsseitigen Mantissenpositionierer (PM) zugeführt wird und deren hochwertiger Exponententeil (EX 2) als Summierwerks-Steuergröße dient und dazu, jeweils der positionierten Produktmantisse (MPP) zugeordnet, dem in mehrere Zeilen (ZL 1, ZL 2, . . . ZLn) aufgegliederten Summierwerk (SW) zur Zeilenauswahlsteuerung durch ein in jeder Zeile vorhandenes Steuerwerk (ST 1, ST 2, . . . STn) zugeführt wird. Die einzelnen Zeilen (ZL 1, ZL 2) haben eine Länge, die mindestens gleich der Produktmantissenlänge, vorzugsweise jedoch größer als diese ist. Jede Zeile besteht aus je einem Transferregister (TR 1, TR 2, . . . TRn). Diese Transferregister sind jeweils spaltenweise von Zeile zu Zeile untereinander von Ausgang zu Eingang als parallele Schieberegister verknüpft und dienen dem taktweisen Transport und der Zurverfügungstellung der Mantisse in Mantissentransferstellen (MTT, MTT 1, . . . MTTn) und der zugehörigen Steuergrößen in Steuertransferstellen (STT 1, STT 2, . . . STTn). Weiterhin enthalten die Zeilen die entsprechenden Summierwerksteile (SW 1, SW 2, . . . SWn) und Summenregisterteile, nämlich das Akkumulatorregister (AR 1, AR 2, . . . ARn) sowie die zeilenmäßige Übertrags- und Kenngrößenverarbeitungslogik, die eine Verarbeitung dieser entsprechenden Signale innerhalb eines Maschinentaktes ermöglichen. Die maximalen Leitungslängen ergeben sich somit durch die Zeilenlänge, und von Zeile zu Zeile sind jeweils die Signalquellen und -senken unmittelbar benachbart. Da auch die Steuergrößen von Zeile zu Zeile taktweise weitergegeben werden, sind in Spaltenrichtung keine hochbelasteten oder verzweigten Bauleitungen, die Signalverzögerungen bringen, vorhanden. Die lokalen Steuervorrichtungen in den Summierschaltungen erhalten Positionskennungen, die der Zeilenadresse und der Position in der Zeile jeweils entsprechen, womit die Summierwerks-Steuergrößen, die in den Transferregister-Stellen angegeben sind, ausgewertet werden, so daß in der jeweils vorgegebenen Zeile und Position eine Summierung der Mantisse erfolgt.
Das Verarbeiten der Überträge von Zeile zu Zeile erfolgt ständig taktweise mit einem Maschinentakt (ZT) in gleicher Richtung wie der Transfer der Mantisse, da die Zeilen in Transferrichtung in der Stellenwertigkeit zunehmen.
Ist am Ende einer Summierung nach und nach von der Schnittstelle (SS 1) jeweils die Rundungssteuergröße (RB) zusammen mit dem jeweiligen Zeilenkennzeichen in durchgehender Folge in allen entsprechenden Zeilen vorgegeben, so erfolgt in diesem Takt die Auslagerung des Ergebnisses aus dem Akkumulator (AR 1, AR 2, . . . ARn) in die Transferregister (TR 1, . . . TRn), von wo es taktweise in einen Ergebnispositionierer (PN) übertragen wird. Vorteilhaft wird jeweils zusammen mit dem Ergebnis in den Steuergrößentransferstellen (STT 1, . . . STTn) ein Indikator der höchsten gültigen Stelle übertragen, der zusammen mit der Zahl der leeren höchstwertigen Zeilen, die jeweils beim Transfer des Ergebnisses aus der Taktzahl, die für ihren Transfer benötigt wurden, ermittelt wird, in einer Exponenten-Generatorschaltung (EPG) verknüpft wird, die einen niedrigwertigen Teil dem Ergebnispositionierer (PN) als Steuergröße zuführt und andererseits den Ergebnis-Exponenten (EE) an die Schnittstelle (SS 2) liefert. Weiterhin enthält die Exponentengeneratorschaltung Überlauf- und Unterlaufprüfschaltungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, die entsprechende Signale an die Ausgangsschnittstelle (SS 2) liefern.
Der positionierte höchstwertige Ergebnisteil wird dem Rundungssummierwerk (RSW) zugeführt, das mindestens die Ergebnismantisse (ME) sowie eine niedrigerwertige Rundungsstelle und eine Überlaufstelle enthält. Das Rundungssummierwerk (RSW) hat einen Rundungsakkumulator (RA) mit einer Prüfschaltung, die abhängig davon, ob ein Rundungsübertrag entsteht, ein Korrektursignal (RC) an den Exponentengenerator zur Exponentenerhöhung und an ein ODER-Gatter (MG) abgibt. Dieses liefert eine "Eins" an der höchsten Stelle der Ergebnismantisse an die Schnittstelle ab; die übrigen Mantissenstellen sind in diesem Fall grundsätzlich Null,.
Die Positionierer (PM, PN) enthalten jeweils zweckmäßig ein Eingangsregister (RP 1, RP 2), ebenso wie im Rundungs-Summierwerk (RSW) ein Eingangs- Ausgangsregister (RPR) vorgesehen ist, so daß jeweils eine vollständige Taktzeit zur Verarbeitung, d. h. Positionierung bzw. Rundung, zur Verfügung steht. Sobald jeweils ein Ergebnis in die Transferregister ausgegeben ist, wird das Freigabesignal (FS) an die Ausgangsschnittstelle (SS 2) abgegeben, die das Einlaufen neuer Produkte aus dem Multiplizierwerk veranlaßt.
Die Positionierer (PM, PN) und die Zeilen (ZL 1, ZL 2 . . .) des Summierwerkes (SW) sind wegen der großen Zahl der Anschlüsse in Zeilenabschnitte, sogen. Baugruppen, aufgeteilt, die spaltenweise untereinander verknüpft sind. Zwischen den Baugruppen des Summierwerks sind in Zeilenrichtung Übertragsverarbeitungs-Signalleitungen geführt. Die Steuergrößen werden vorteilhaft jeweils von Spalte zu Spalte geführt, weshalb jede Baugruppe eigene Steuergrößen-Transferregisterstellen besitzt. Es ist dadurch möglich, gleichartig unterschiedliche Steuergrößen in den verschiedenen Baugruppen einer Zeile vorzugeben, wodurch eine einfache Möglichkeit gegeben ist, eine Mantisse nach deren Positionierung, insbesondere auch über die Zeilengrenze hinaus ringförmig versetzt, in das Transferregister der ersten Zeile abzugeben, wobei dem stellenwertig über die Zeilengrenze hinaus versetzten Teil der Mantisse die nächste Zeilenadresse oder ein entsprechendes Kennzeichen als Teil der Steuergröße für die Summenbildung zugeordnet in das Transferregister mitgegeben wird. Die Zeilen des Summierwerkes sind um so viele Stellen länger als die Mantisse, daß sich eine eindeutige Zuordnung jedes mit einer eigenen Steuergröße versehenen Zeilenabschnittes zu einem beliebig positionierten, im bezeichneten Summierwerksabschnitt zu summierenden Mantissenabschnitt, also auch einem Anfangs- oder Endabschnitt, gegeben ist, also keine Überschneidung von Anfang und Ende in einem Summierwerksabschnitt auftreten.
Beispielsweise kann eine Aufteilung für ein Summierwerk, das für 20 Überlaufziffern, 28 Mantissenziffern und zwei mal 128 Ziffernstellen zur exponentengerechten Positionierung vorgesehen ist, auf 8 Zeilen mit je 5 Zeilenabschnitten zu je 8 Ziffernstellen vorgenommen werden. Die mindest benötigte Gesamtlänge des Summierwerkes beträgt 304 Ziffernstellen. Die 28 Mantissenziffern sind in jeder Position eindeutig den Abschnitten und einer Zeile zuzuordnen. Die Übertragsverarbeitung in einer Zeile erfolgt über die fünf Abschnitte mit insgesamt 40 Ziffernstellen, vorzugsweise in einem einzigen Maschinentakt.
Die gleiche Mindestgesamtlänge von 304 Ziffernstellen läßt sich jedoch auch vorteilhaft auf 10 Zeilen zu 4 Abschnitten mit jeweils insgesamt 32 Ziffernstellen aufteilen, wobei jedoch jeder Abschnitt in zwei Unterabschnitte zu 4 Ziffern geteilt ist, so daß die 28 Mantissenziffern jeweils eindeutig den Unterabschnitten zuzuordnen sind. Die Steuergröße eines Abschnittes ist somit jeweils die zum Mantissenteil gehörige Zeilenadresse und ein Unterabschnitts-Kennzeichen (UA) für den zweiten Unterabschnitt, falls dieser über die Zeilengrenze versetzt positioniert wurde und somit in einer folgenden Zeile zu summieren ist. In dem gegebenen Fall ist eine Übertragsverarbeitung nur über 4 Abschnitte mit 32 Ziffernstellen durchzuführen, was vergleichsweise Signallaufzeit und Kontakte für Signalübertragungen zwischen den Abschnitten erspart, jedoch mehr Zeilentakte, nämlich 10 statt 8, für den Durchlauf beim Ergebnisauslesen erfordert.
Sofern weitere Transferregister vorgesehen werden, die eingangsseitig parallel zu den Mantissentransferregistern geschaltet sind, aber mit einem Auslesesignal, das jeweils durch die Rundungssteuergröße, die dem letzten zu summierenden Produkt eines Skalarproduktes beigeordnet ist, gebildet wird, zur Ergebnisübernahme beaufschlagt sind und die zum Ergebnistransfer getrennt gesteuert sind, so geschieht jeweils mit der letzten Teilsummierung in einer Zeile die Ergebnisaustragung in diese Ergebnis-Transferregister, wodurch die Bildung des nächsten Skalarproduktes unmittelbar im nächsten Maschinentakt erfolgen kann. Die Mindesttaktzahl zur Bildung eines Skalarproduktes entspricht jedoch der Zeilenzahl, da ansonsten Überschneidungen mehrerer Skalarprodukte auftreten würden.
Diese Ergebnistransferregister werden zweckmäßig in getrennten Baugruppen angeordnet, was eine Beibehaltung der Zahl der Ausgänge auf den Summierwerksbaugruppen ermöglicht.
Die Schaltung des Eingangspositionierers (PM) kann als Schieberegisteranordnung oder als Zuordner ausgestaltet sein. Eine vorteilhafte Ausgestatlung eines einstufigen Zuordners ist in Fig. 2 dargestellt. Wegen der i. a. beschränkten Möglichkeit der Unterbringung von Ein- und Ausgängen an einer Baugruppe, sind mehrere der dargestellten Baugruppen parallel geschaltet.
Die Eingänge sind dabei um eine der Position der jeweilige Baugruppe entsprechende Kontaktzahl, im Beispiel nämlich 16, versetzt angeschlossen. In dem Beispiel wird von vier Stellen pro Ziffer ausgegangen, so daß vorgesehen ist, daß die Anordnung der Fig. 2 4fach vorhanden ist; d. h. für jede Stellenwertigkeit innerhalb einer Ziffer gibt es eine Multiplexanordnung von 28 Eingängen auf 32 Ausgänge. Jede der Positionieranordnungen einer Ziffer ist dabei in zwei gleiche Multiplexer-Baugruppen (PMa) aufgeteilt, denen jeweils die Ausgangssignale eines Registers (RP 1 a) entsprechend der Verdrahtung in der normalen Reihenfolge, bzw. in der zweiten Baugruppe um 16 Positionen versetzt, jeweils mit einem Zeilentakt (ZT) eingespeist wird. Die Zuordnung der Eingänge zu den Multiplexer-Ausgängen (MVa) ist durch die untere Exponentensteuergröße (EX 1), die 5 bit umfaßt, z. B. mittels jeweils einer Serienschaltung von fünf Zeilen von Auswahlgattern, gesteuert. Entsprechend kann auch eine Aufteilung in vier Baugruppen oder in nur eine Baugruppe pro Stellenwertigkeit in einer Ziffer erfolgen, was bei gleicher Zahl von Eingängen 8 bzw. 32 Ausgänge ergibt. Die Wahl der Zeilenlänge in der Größe eine Zweierpotenz, z. B. 32, vereinfacht den Aufbau des Multiplexers und die Erzeugung des unteren Exponententeils (EX 1) sowie der Zeilenkennzeichnung mit dem oberen Exponententeil (EX 2) und der Positionskennzeichnung der höchstwertigsten Mantissenstelle.
In Fig. 3 ist eine Ausführung einer Baugruppe des Summierwerkes schematisch dargestellt, wobei insbes. die zeilen- und spaltenmäßigen Verknüpfungen zu erkennen sind.
Das Mantissentransferregister ist innerhalb der Baugruppe in die zwei Unterabschnitte (MTTx, MTTy) aufgeteilt, und das Steuersignaltransferregister (STTx) ist in einen Rundungsbefehl-Abschnitt (RBx), einen Kennzeichenabschnitt (UAx) zur Aufnahme des Unterabschnittssteuerkennzeichens oder der Ergebnispositionsanzeige, einen Exponenten-Abschnitt (EX 2 x), der den oberen Exponentenabschnitt zur Zeilenauswahl aufnimmt, und einen Vorzeichenabschnitt (VZx) aufgeteilt. Die Transferregister-Abschnitte besitzen Ausgangspuffer, die über Ausgangsanschlüsse (AST, AMy, AMx) zur nächsten Zeile geschaltet sind. Eingangsseitig zu den Transferregister-Abschnitten liegen Multiplexer (MP 1, MP 2, MP 3), die mit ersten Eingängen mit der niederwertigeren Zeile bzw. dem Positionierer oder Exponentenanalysator verbunden sind und mit zweiten Eingängen mit dem Akkumulatorregister (ARx, ARy) über das Summierwerk (SWx, SWy) bzw. mit baugruppeninternen Signalquellen verbunden sind und die jweils auf die zweiten Signaleingänge mit einer Ausspeicher-Steuergröße (ST 3) umgeschaltet werden.
Der Exponentenabschnitt (EX 2 x) ist in einer Steuervorrichtung (ST) in einem ersten Vergleicher (V 1) zusammengeführt, der andererseits von einem Zeilenpositionssignal (ZP), das z. B. an Eingangsklemmen codiert ist, beaufschlagt ist. Des weiteren erfolgt in einem zweiten Vergleicher (V 2) ein Vergleich des Exponentenabschnittes (EX 2 x) mit dem um eins erhöhten Zeilenpositionssignal (ZP). Beide Vergleichsausgangssignale werden in einem ODER-Gatter zusammengeführt und weiterhin mit dem negierten Rundungssignal (RBx) in einem UND-Gatter zu einem Steuersignal (STT 1) zusammengeführt und mit den Kennzeichensignalen (UAx) in der Weise verknüpft, daß entsprechend die Summiersteuersignale zur eingangsseitigen Verbindung des einen bzw. anderen Mantissentransfer-Unterabschnittes (MTTx, MTTy) mit dem zugehörigen Summierwerksabschnitts (SWx, SWy) über Eingangsgatter (EGx, EGy) erzeugt wird und eine Summierung erfolgt. Die Vorzeichenstelle (VZx) steuert dabei den Summiervorgang entsprechend.
Die Zahl der zur Steuerung notwendigen Kennzeichenstellen (UAx) richtet sich nach der Aufteilung der Zeile in Baugruppen und dem Verhältnis der Zeilenlänge zur Mantissenlänge. Sofern bereits ein um eins erhöhter Exponentenabschnitt (EX 2 x) dem über die Zeilengrenze versetzten Mantissenteil zugeordnet wird, genügt im vorliegenden Beispiel jeweils ein Kennzeichen für das gleichzeitige Vorliegen beider Mantissenenden in einer Baugruppe.
Sofern ein Rundungssignal (RBx) vorhanden ist und eine Übereinstimmung des Exponentenabschnittes (EX 2) mit der Position vorliegt, wird die Ausspeichersteuergröße (St 3) abgegeben, die gleichzeitig über eine Gatteranordnung (AGx, AGy) ein Rückspeichern des Akkumulatorinhalts sperrt und diesen löscht.
Die Übertragsverarbeitungsschaltung (CU) erfaßt die einlaufenden positiven und negativen Überlaufsignale (CYi) und die Gefüllt- bzw. Leersignale (CHi) der Baugruppen niedrigerwertiger Stellen in der gleichen Zeile und der um eins niedrigerwertigen Stelle der benachbarten Zeile, also den Zeilenübertrag und liefert ein so gebildetes Übertragssignal (C) an das Summierwerk.
Die entsprechenden ausgangsseitigen Übertrags- und Übertragssteuersignale (CYo, CHo) werden jeweils in einem Ausgangsregister (CR) für die nächste Taktzeit zwischengespeichert und an die Verbindungen zu den höherwertig rangierenden Baugruppen abgegeben, wobei bereits mittels eines Übertragssteuersignals durchgeleitete Überträge jeweils nicht ein zweites Mal abgegeben werden.
Von dem Ausgang der Summierwerksabschnitte (SWx, SWy) wird durch Prüfschaltung (ZLE), die die Lage der höchstwertigen Stelle innerhalb der Baugruppe verschlüsselt, deren Inhalt ungleich Null ist oder ungleich der größtmöglichen Ziffer ist oder ungleich dem Inhalt der nächst höherwertigen Stelle ist, und zur Ausgabe über die Steuergrößentransferstellen bereitgestellt. Weiterhin wird die Angabe, ob die höchste Stelle den höchstmöglichen Wert hat, in einem Merker zur Ausgabe bereitgestellt und ein Kennzeichen, z. B. eine Eins, an die Kennzeichenstelle bei einer Ergebnis-Ausgabe abgegeben, das beim weiteren Transfer der Ergebnisse deren Erkennung durch die Steuerwerte (Stx) folgender Zeilen dient, so daß zwar noch eine Übertragsverarbeitung erfolgt, die Ergebnisabschnitte ansonsten jedoch unverändert dem Ergebnispositionierer zugeführt werden.
Wegen der großen Zahl der spaltenmäßigen Anschlüsse von Baugruppe zu Baugruppe; das sind im angeführten Beispiel 80; und der geringeren Zahl der Übertragsanschlüsse innerhalb der Zeile, ist es bei höherer Integration vorteilhaft, mehrere Zeilenabschnitte benachbarter Zeilen, z. B. zwei, in einer Baugruppe zusammenzufassen.
Eine andere Art der Baugruppenaufteilung in den Zeilen läßt sich durch eine Trennung der Transferregister von den Summierern erreichen. In Fig. 4 ist eine derartige Anordnung einer Zeile schematisch dargestellt. Die Zahlen an den Schrägstrichen der Leitungen zeigen die Vielfalt der Verbindungen in dem angenommenen Beispiel an. Die Mantissentransferregister (MTTa, -MTTd) können je nach der möglichen Kontaktzahl ebenso wie die Steuersignal-Transferregister (STTa, STTc) in Abschnitte, z. B. 6 Stück, aufgeteilt sein. Die Steuersignaltransferregister haben pro Spaltenverbindung einen Eingangskontakt (EK) und einen Ausgangskontakt (AK). Die Summierwerksbaugruppen, die das lokale Steuerwerk (STa, STc), das Teilsummierwerk (SWa, SWc) und den Teilakkumulator (ARa, ARc) enthalten, haben jedoch nur einen intern umschaltbaren Ein- und Ausgabekontakt (EAK 1) pro Spalte, der mit der Spaltenverbindung verbunden ist. Die Ausgänge des Transferregisters (AK) und des Summierwerks (EAK) bilden eine verdrahtbare ODER-Schaltung. Dies führt zu keiner Überlagerung von Signalen bei der gesteuerten Ausgabe aus dem Akkumulator, auch wenn das Transferregister ausgangsseitig dann nicht gesperrt wird, da jeweils dann keine Produktmantisse im Transferregister enthalten ist. Soweit es die Leitungslaufzeiten zulassen, ist es auch vereinfachend möglich, nur ein Steuersignal-Transferregister (STTa) zwischen den beiden Summierwerksbaugruppen anzuordnen und die Signale beiden Summierwerksbaugruppen zuzuführen.
Auf diese Weise kann die Übertragsverarbeitung über eine halbe Zeile direkt auf einem Bausteinsubstrat mit kleinstem Zeitverlust und ohne Zwischenkontaktverbindungen und mit geringerem Gatteraufwand vorgenommen werden. Somit verringert sich die Zahl der für die Übertragsverarbeitung notwendigen Übertragskontakte (Ci, Co 1, Co 2) und Leitungen.
Selbstverständlich können auch Abschnitte mehrerer verschiedener Zeilen bei nur geringer Erhöhung der Kontaktzahl jeweils in einer Baugruppe zusammengefaßt sein.
Sofern auch das Rundungssummierwerk (RSW), Fig. 1 aus den gleichen Baugruppen wie das Summierwerk (SW) aufgebaut ist, werden diese zweckmäßig durch eine geeignete Vorgabe von Steuergrößen (GR) aus einer externen Rundungssteuerschaltung, die Teil des Exponentengenerators (EPG) ist, zur Summierung bzw. zur Ausgabe des Ergebnisses angesteuert. Der Vorgang der Rundung und Über- und Unterlauferzeugung erfolgt nach den bekannten Vorschriften, nachdem die Ergebnismantisse, orientiert an der höchsten Stelle, in eine vorgegebene Position verbracht und in den Rundungsakkumulator (RA) eingespeichert ist. Sofern die Ergebnismantisse im Summierwerk (SW) sich über eine Zeilengrenze erstreckt, wird auch der Zeileninhalt, der der Zeile mit der höchstwertigen Stelle folgt, um die gleiche Stellenzahl wie die erstere weiterpositioniert, wobei durch entsprechende Sperrgatter (GW) nur die höherwertigen Stellen, die dabei über die Zeilengrenze hinaus positioniert werden, an das Rundungssummierwerk (RSW) weitergegeben werden. Die niedrigerwertigen Stellen hingegen werden nur auf das Vorhandensein von geringerwertigen Stellen geprüft, das durch ein Geringwert-Meldesignal (GM) dem Steuerwerk signalisiert wird. Dieses Signal wird mit den verschlüsselten Kennzeichen, die die Inhalte der niedrigerwertigen folgenden Zeilen angeben, zur Steuerung der Rundung zusammengefaßt. Je nach Art der Rundung muß deshalb erst der Transfer aller Zeilen erfolgen, bis das Ergebnis festgestellt werden kann und seine Abgabe an die Schnittstelle erfolgt.
Der Exponentengenerator (EPG) enthält Vergleicher für den Ergebnisexponenten, der aus der Zeilenzahl der Zeile, die die höchste gültige Ziffer eines Ergebnisses enthielt, und der Position dieser Ziffer innerhalb der Zeile gebildet wird, mit einem oberen und einem unteren Grenzwert, bei deren Über- bzw. Unterschreiten er das Überlaufsignal (OF) bzw. das Unterlaufsignal (UF) abgibt.
Da die gesamte Skalarproduktbildung i. a. eine relativ große Zahl von Summationen, z. B. 1000, umfaßt, ist es auch möglich, die Ergebnispositionierung und Rundung in einem Mikroprozessor durchzuführen, was jedoch bei bestimmten Berechnungen mit geringeren Summandenzahlen zu Verzögerungen führen kann.
Sofern getrennte Ausgabetransferregister vorgesehen sind, ist es möglich, in nur einem Takt, der der Einspeisung des letzten Summanden in das Eingangstransferregister folgt, das Rundungskennzeichen einzuspeisen. Dann erfolgt das Auslesen unabhängig von einer Zeilenadreßangabe von der niedrigst- bis zu höchstwertigen Zeile nacheinander.
Die abschließende Übertragsverarbeitung geschieht stets auf die letzte Summierung folgend und zwar im ungünstigsten Fall jeweils noch innerhalb des letzten Taktes, in dem ausgespeichert wird. Dabei sind, da kein weiterer Summand zugeführt wird, nur noch die zuletzt angefallenen Überträge durch die Zeilenübertragsschaltung zu verarbeiten. Die Überträge, die während einer Summation in einem Abschnitt einer Zeile unter Berücksichtigung der im vorhergehenden Takt in jeweils niedrigerwertigen Abschnitten der Zeile angefallenen Überträge entstehen, werden jeweils zur Verarbeitung im nächsten Takt zwischengespeichert, wozu das Übertragsregister (CR), Fig. 3, dient. Soweit kein weiterer Summand in dem folgenden Takt zugeführt wird, wird damit die Übertragsverarbeitung abgeschlossen. Die Übertragsverarbeitung ist somit zeitlich zweistufig, wobei während der Summierung innerhalb der Baugruppen und im Takt danach, ggf. überlagert zur nächsten Summierung in einer Zeile die Verarbeitung erfolgt.
Analog kann auch bei sehr langen Zeilen eine mehrtaktige Übertragsverarbeitung vorgesehen werden, wobei jedoch die Zahl der Takte möglichst niedrig sein sollte, damit die Zahl der notwendigen Zwischentakte nach der letzten Summation bis zum Auslesen der Ergebnisses relativ klein bleibt.
Fig. 5 zeigt eine Verknüpfung der Übertragsschaltungen für eine, z. B. positive, Übertragsart in einer Zeile aus Baugruppen gem. Fig. 3. Für die zweite Übertragsart ist jeweils ein gleichartiges Netzwerk vorhanden. In den Bezugszeichen ist die Zeile 2 jeweils angegeben. Die räumliche Anordnung ist der Übersichtlichkeit halber nicht berücksichtigt. Die Bezugszeichen steigen mit der Wertigkeit der Stellen von Baugruppe zu Baugruppe. An den Verbindungen sind Signalnamen angegeben, deren logische Verknüpfungen in der Tabelle 1 dargestellt sind.
In den Übertragsverarbeitungsschaltungen (Cu 21-CU 24) werden jeweils aus den einlaufenden Übertragssignalen (CYi 1; CY 21-CY 23) und den Durchschaltesignalen (CH 21-CH 23) die Übertragssignale (C 21-C 24), die den Summierern (SW 21-SW 24) zugeführt werden, gebildet. In diesen erfolgt die Summierung zu den Akkumulatorinhalt und evtl. einem zugeführten Operanden. Die dabei entstehenden Summierüberträge (CSW 21-CSW 23) werden in den Übertragsverarbeitungsschaltungen (CU 21-CU 23) jeweils in einer UND-Schaltung mit einem Sperrsignal verknüpft, das durch Negation einer UND-Verknüpfung aus dem jeweiligen Übertragssignal (C 21-C 23) und dem Durchschaltesignal (CH 21-CH 23) der Baugruppe gebildet wird. Auf diese Weise wird eine doppelte Berücksichtigung verhindert. Die so gebildeten Größen (CY 21′-CY 23′) werden mit dem nächsten Takt in das Übertragsregister (CR 21-CR 23) eingespeichert und dann weiterverarbeitet. In der Baugruppe der höchstwertigen Stellen wird der Summierwerksübertrag (CSW 24) unmittelbar gesteuert durch ein Festsignal an einem Positionskennzeicheneingang (ZP 4) in das Übertragsregister (CR 24) als Zeilenübertrag (CYo 2′) für den nächsten Takt eingespeichert, da keine Weiterleitung niedrigerer Überträge zur nächsten Zeile erfolgt.
Die Tabelle 1 enthält die Gleichungen der logischen Verknüpfungen sowie die taktgesteuerten Übergänge, die durch einen Pfeil dargestellt sind. Die Signalnamen in der Folgezeit sind jeweils mit einem Hochkomma versehen. Die Angabe "N" bezeichnet eine Negation. Ein "&" bezeichnet eine logische UND-Verknüpfung und "+" eine ODER-Verknüpfung. Die Durchleitesignale (CH 21′-CH 23′) entstehen jeweils aus im Summierwerk gewonnenen Maximumsignalen (MS 21-MS 24), die für die Durchleitung eines positiven Übertrages anzeigen, daß sämtliche Stellen die höchste Ziffer als Ergebnis haben. Dieses Signal wird ebenfalls mit dem Taktwechsel in dem Übertragsregister zwischengespeichert.
Da davon ausgegangen wird, das alle Baugruppen gleich aufgebaut sind, sind jeweils übrige Eingänge mit festen Signalgrößen "Eins" bzw. "Null" geeignet belegt. Die entsprechenden Termen sind in der Tabelle weggelassen.
Soweit bei einer gegebenen Ausgestaltung der Schaltkreise eine Übertragsverarbeitung gemäß Tab. 1 für die Summiervorgänge zusätzlich eine Zeitbelastung darstellt, ist es vorteilhaft, die Signale zur Übertragsdurchschaltung (CH 21-CH 23) und deren Vorsignale (MS 21-MS 23) nur bei der letzten Summierung vor dem Verarbeiten der Überträge und dem Herauslesen des Ergebnisses zu erzeugen. Die Steuerung kann über die Eingänge der Baugruppen erfolgen, die einer Zuführung des Positionssignales (ZP 4) dient.
Eine weitere Variante der Übertragsverarbeitung besteht darin, daß jeweils nicht vom Summierwerksabschnitt, sondern von dem Akkumulatorregisterabschnitt eine Übertragsvorausschaltung gespeist wird, der außerdem die anstehenden positiven und negativen Übertrags- und Vorausschausignale der niedrigerwertigen Baugruppe jeweils zugeführt werden, die auch gleichzeitig dem Summierwerk zugeführt werden.
Die Übertragsvorausschauschaltungen erzeugen die Übertragsvorausschausignale, die jeweils der höherwertigen Baugruppe zugeführt werden. Die Übertragssignale, die in den Summierwerksabschnitten wie üblich erzeugt werden, und die Vorausschausignale werden unabhängig voneinander in entsprechende Summierwerkseingänge eingespeist, so daß die Übertragssummierung insgesamt im Bereich zwischen +2 und -2 liegen kann. Demgemäß gibt die Übertragsvorausschaltung an die nächst höhere Baugruppe immer dann ein positives Vorausschausignal ab, wenn der Inhalt des Akkumulatorabschnittes den größtmöglichen Wert hat und mindestens ein positiver, d. h. vergrößernder, Übertrag oder ein positives, d. h. vergrößerndes, Vorausschausignal einläuft oder wenn der Inhalt des Akkumulatorabschnittes um eins kleiner ist als der größtmögliche Wert und ein positiver, vergrößernder Übertrag und ein positives, vergrößerndes Vorausschausignal einläuft. Entsprechendes gilt für die Bildung des negativen, d. h. verringernden, Vorausschausignals, wenn der Inhalt des Akkumulator-Abschnittes Null bzw. Eins ist und eines der negativen Übertrags- bzw. Vorausschausignale bzw. beide einlaufen.
In Fig. 6 ist eine Ausführung der Schaltungsanordnung dargestellt, wobei die wesentlichen Baugruppen und deren Verknüpfungen gezeigt sind. Über eine Schnittstelle (SS 1) werden der zentrale Takt (ZT) und die Summanden an das Summierwerk geliefert, wobei das Multiplizierwerk (MW) pro Takt einen Exponenten (EP), ein Vorzeichen (VZ) und eine Eingangsmantisse (MP) liefert, die in einem Exponenten-Analysator (EXA) und einen Mantissenpositionierer (PM) aufgenommen und in einer ersten Stufe verarbeitet werden, in dem abhängig von den niederwertigen Exponentenstellen (EX 1) die Mantisse innerhalb des Mantissenpositionierers (PM) zyklisch orientiert wird und die gemäß der Stellenzahl des Mantissenpositionierers höheren Exponentenstellen aufbereitet und als Exponentenkennung (EPK 1, -EPK 4) ausgegeben werden. Die so aufbereiteten Operanden werden im folgenden Takt den Summierwerksbaugruppen (S 1, -S 4) zugeführt, in denen sie in drei Transferregisterstufen (RE 1, -RE 4; RVS 1, -RVS 4; RNS 1, -RNS 4) gehalten und dabei gesteuert in den Akkumulatorspeicher (AS 1 , -AS 4) unter Zwischensummierung der jeweils zugehörigen Überträge in Übertragsspeicherabschnitten (CS 1 -CS 4) mittels der Summierwerksabschnitte (W 1,-W 4) summiert werden. Hierbei dienen die Exponentenkennzeichen in den Transferregistern (RE 1, RE 4; RNS 1, -RNS 4) zur Lese- bzw. Schreibadressierung (WA, RAS) der jeweiligen Speicherzeile.
Zur Abgabe eines Ergebnisses nach einer Vielzahl von Summierungen werden von dem Exponentenanalysator (EXA) gesteuert suksessiv alle Speicherzeilenadressen an alle Baugruppen (S 1, -S 4) abgegeben, wobei ihnen ein Kennzeichen zugeführt wird, so daß die in den Speicherabschnitten zwischengespeicherten Überträge jeweils über Übertragsleitungen (C 1, -C 4) zu den Inhalten gleicher Stellenwertigkeit der benachbarten Baugruppe und im Fall der Baugruppe (S 4) mit den höchstwertigen Stellen einer Zeile, um einen Takt in einem Übertragsregister (RO) zwischengespeichert, in die Baugruppe (S 1) mit dem niedrigstwertigen Inhalt des folgend adressierten Akkumulatorabschnittes summiert werden. Danach erfolgt laufend eine Übertragsverarbeitung noch entstehender Einzelüberträge von Baugruppe zu Baugruppe taktweise innerhalb einer Zeile und von Zeile zu Zeile in dem Durchlauf der Ergebnisabschnitte. Die taktweise gewonnenen Teilergebnisse der Summe werden im ausgangsseitig angeschlossene Transferregister (RA 1, RA 2) fortlaufend durchlaufend übernommen bis durch den Exponentengenerator (EXG) das Vorhandensein der höchsten signifikanten Stelle im zweiten Ausgabetransferregister (RA 2) festgestellt wird. Danach wird die Ergebnismantisse in dem Ergebnispositionierer (RPR) in Normalposition gebracht, ggf. aus dem Inhalt des weiteren Transferregisters (RA 1) ergänzt und gerundet, worauf über die Ausgangsschnittstelle (SS 2) ein Fertigsignal (FS), ein Ergebnisexponenten (EE), ggf. ein Überlauf- oder Unterlaufkennzeichen (OF, UF), ein Ergebnisvorzeichen (VZE) und eine Ergebnismantisse (ME) an den übergeordneten Rechner geliefert.
Die Akkumulatorunterabschnitte und die jeweils zugehörigen Übertragsspeicherabschnitte sind der Stellenwertigkeit der Inhalte nach in Zeilen (ZS 1, ZS 2 . . .) quer durch die Baugruppen (S 1, -S 4) geordnet, so daß die Zeilen (ZS 1, ZS 2 . . .) übergeordnete, erste Abschnitte des Akkumulators bilden. Die Abschnitts- bzw. Zeilenlänge ist so bemessen, daß eine Mantisse in einer Zeile beliebig positioniert werden kann, ohne daß sich deren Anfang und Ende in einer Baugruppe überschneiden. Auf diese Weise ergeben sich in den einzelnen Baugruppen unterschiedliche Zeilenadressen für die Summierung, wenn eine Mantisse über eine Zeilengrenze hinweg mit einem Teil in die nächste Zeile positioniert und zugeordnet ist. Dies wird durch entsprechende Exponentenkennzeichen (EPK 1, -EPK 4) berücksichtigt. Die Verarbeitung des Mantissenabschnitts geschieht dann, gesteuert vom jeweiligen Exponentenkennzeichen, in den Baugruppen (S 1, -S 4) völlig unabhängig voneinander.
In Fig. 7 sind die Einzelheiten einer Baugruppe (S 1) gezeigt. Die Unterabschnitte des Akkumulatorspeichers (AS 1) sind zusammen mit den Übertragsspeicherabschnitten (CS 1) in einem gemeinsam mit der Leseadresse (RAS) bzw. Schreibadresse (WA) zu adressierenden Speicher (CS 1, AS 1) enthalten. An den einzelnen Verbindungen der Register, Speicher und Gatter sind Zahlen angegeben, die für ein Beispiel die Leitungs- und Gattervielfalt bezeichnen. Die drei Transferregisterabschnitte (RE, RVS, RNS), die mit dem Maschinentakt zur Übernahme der Eingangsinformationen angesteuert werden, sind so horizontal orientiert dargestellt, wie die Information zeitlich zusammengehörig dorthin transferiert wird. Aus dem Eingangspositionierer wird das Vorzeichen und die Mantisse in die Registerabschnitte (VZS 1, MA 1) übernommen und von dort einem Multiplexer (MU 1) eingangsseitig angeboten, von dem sie im Normalfall ersten Eingangsregistern (ZE, MAE) zugeführt werden, deren Vorzeichenausgang das Summierwerk (SU 1) steuert und dessen Mantissenausgänge dem ersten Eingang des Summierwerks (SU 1) zugeführt sind. Das Exponentenkennzeichen (EPK 1) wird zusammen mit einem ggf. vorhandenen Ergebnis- und Rundungskennzeichen (RB) ebenfalls im Transferregister-Abschnitt (RE) zwischengespeichert und dem Speicher (CS 1, AS 1) als Leseadresse (RAS) zugeführt. Die Akkumulatorausgänge des Speichers führen über eien Gatterauswahlschaltung (GN) durch UND- und ODER-Gatter (U 2, G 2) in ein zweites Eingangsregister (SRE), dessen Ausgang mit dem zweiten Summierwerkseingang verbunden ist, und die Übertragsausgänge des Speichers führen in ein Übertrags-Eingangsregister (CRE), das ein Übertragssummierwerk (SUC) speist, in dessen anderen Eingang die hinzukommenden Überläufe (CC) - positiv oder negativ - des Summierwerks (SU 1) eingespeist sind. Die Ausgänge beider Summierwerke (SU 1, SUC) sind mit Ausgangsregistern (SRA, CRA) verbunden, deren Ausgänge zu den Schreibeingängen des Speichers (CS 1, AS 1) führen.
Das Exponentenkennzeichen wird mit den weiteren Takten in einen Registerabschnitt (EPKA) des Ausgangstransferregisters (RNS) transportiert. Dort gibt es die Schreibadresse (WA) an den Speicher ab, wenn der Inhalt der Ausgangsspeicher (CRA, SRA) zurückgeschrieben wird. Weiterhin sind die Ausgänge des ersten und zweiten sowie des ersten und dritten Exponentenkennzeichen-Registers (EPK 1, EPKE; EPK 1, EPKA) jeweils in einen Verleicher (VG 1, VG 2) geführt, deren Ausgänge bei Gleichheit der Eingangssignale die Transferwege so steuern, daß jeweils, wenn das gleiche Adresskennzeichen nacheinander auftritt, statt der Speicherausgänge unmittelbar die Summierwerksausgänge mit den Eingangsregistern (CRE, SRE) über Gatter (U 4, G 2) verbunden werden und jeweils, wenn das gleiche Adressenkennzeichen ein übernächstes Mal auftritt, die Ausgänge der Summierwerks-Ausgangsregister (CRA, SRA) über Gatter (U 3, G 2) mit den Eingangsregistern (CRE, SRE) des Summierwerks verbunden werden. Außerdem wird durch Eingangs-UND-Gatter (U 5) des dritten Exponentenkennzeichenregisters (EPKA), durch den ersten Vergleicher (VG 1) gesteuert, verhindert, daß dorthin ein neues Kennzeichen übernommen wird, wenn und solange das gleiche Exponentenkennzeichen aufeinanderfolgend vorliegt. Während dieser Zeittakte wird im Speicher eine ansonsten ungenutzte Nullzelle beschrieben, und die aus dem Speicher gelesene Information wird durch das im NOR-Gatter (GS 1) gebildete Steuersignal in UND-Gattern (U 2) gesperrt.
Auf diese Weise können fortlaufende Summierungen für eine gleiche Speicherzelle erfolgen, wobei jedoch nur am Anfang und am Ende der Folge ein genutzter Lese- bzw. Schreibvorgang in dieser Zeile erfolgt. Außerdem wird solche Information, die geschrieben wird nicht gleichzeitig ausgelesen. Hierdurch ist ein scheinbar extrem schneller Speicherbetrieb ermöglicht, obwohl dieser Speicher in üblicher Art getaktet betrieben ist.
Zum Auslesen einer Summe werden das Rundungskennzeichen (RB) und taktweise fortlaufend die Exponentenkennzeichen vom niedrigstwertigen zum höchstwertigen fortlaufend eingespeist. Dieses Rundungskennzeichen steuert eine Umschaltung der Übertragsverarbeitung in der Weise, daß der Ausgang des Übertragsspeichers (CS 1) die Überträge (C 1) zur benachbarten, die höherwertigen Stellen enthaltenden, Baugruppe liefert und daß die jeweils niedrigerwertigen Überträge der anderen benachbarten Baugruppe über eine Leitung (C 4) durch einen Komplementenauswerter (KB), der das Vorzeichen (Z) abspaltet und eine Betragsdarstellung liefert, und weiter einen Multiplexer (MU 1) in das erste Eingangsregister des Summierwerks (SU 1) geleitet wird.
Weiterhin wird durch das negierte Rundungskennzeichen (RBN) im UND-Gatter (U 1) die Übertragung der vom Speicher (CS 1) gelieferten Überträge in das Eingangsregister (CRE) verhindert, so daß nur noch bei der Übertragsverarbeitung auftretende weitere einfache Überträge (CC) durch das Summierwerk (SUC) auf zwei Ausgängen (CCA) an eine nachgeschaltete Übertrags-Verarbeitungsstufe (CNS), die aus einem Transferregister, sogenannten Halbaddierern und einer Übertragsvorrauschau-Schaltung, wie in der Stammanmeldung gezeigt, besteht und die die Vorausschausignale (LA) der benachbarten Baugruppen aufnimmt bzw. an diese welche abgibt und die Übertragssignale (CCA) der jeweils niedrigerwertigen Stellen aufnimmt, abgeben. Das Rückschreiben der einfachen Überträge (CCA) in den Speicher verhindern UND-Gatter (U 6), gesteuert durch das negierte Rundungskennzeichen (RBAN) im entsprechenden Register (RBA). Ebenso wird das Rückschreiben der Ergebnisse in den Akkumulatorspeicher (AS 1) durch mit dem negierten Rundungs-Kennzeichen (RBAN) gesteuerte UND-Gatter (U 7) verhindert.
Die Ausfilterung der Ergebniszeilen mit der höchsten signifikanten Ziffer und einer ausreichenden Stellenzahl der Ergebnismantisse erfolgt durch eine Prüfschaltung (PR) - Fig. 6 -, die feststellt, ob die höchste Stelle im ersten Transferregister (RA 1) eine Ziffer höchster oder niedrigster Ziffernwertigkeit, d. h. eine Vorzeichenziffer, ist und ob alle zur Übernahme anstehenden Ziffern dieser Ziffer gleich sind. In diesem Fall wird jeweils die weitere Übernahme in die Register (RA 1, RA 2) unterbrochen. Ist die genannte Bedingung nicht mehr erfüllt, also eine ungleiche Ziffer anstehend, so werden mindestens zwei folgende Übernahmetakte (TT) den Transferregistern (RA 1, RA 2) zugeführt und ggf. weitere Takte (TT), solange bis wieder die Ziffern übereinstimmen.
Für die Rundung wird in dem Exponentengenerator (EXG), der auch die Rundung steuert, die Prüfinformation ausgewertet und gespeichert, die Auskunft gibt, ob gültige Ziffern in den heraustransferierten niedrigwertigen Teilergebnissen vorhanden waren. Die Erzeugung des Ergebnisexponenten (EE) erfolgt durch Auswertung des Exponentenkennzeichens der höchsten übernommenen Zeile und des Positioniersignales bei der stellengerechten Orientierung des Ergebnisses. Die Vorgehen ist in der Stammanmeldung dargestellt. Die Prüfschaltung (PR) nutzt vorteilhaft die Überlaufdurchschaltesignale (LA), die in der Überlaufverarbeitungsschaltung (CNS) erzeugt werden.
Die in Fig. 7 gegebenen Stellenzahlen sind aus der Praxis gewählt. Die 16 Überlaufstellen sind ausreichend für 32k Additionen oder Subtraktionen der größten Zahlen, was praktisch nicht vorkommt. Die Zeilenzahl des Speichers ist beispielsweise 10, wozu eine Leerzeile kommen kann, die Leerspeicherungen dient.
Die Zahl der gezeigten Eingangs- und Ausgangskontakte wird vorteilhaft dadurch weiter verringert, daß die bei dem Ergebnisauslesen ungenutzten Mantisseneingänge zum Register (MA 1) für die Zuführung der Überträge (C 4) dienen. Das Mantissenregister (MA 4) kann dann der Verzögerung dienen und das Übertragsregister (RO) - Fig. 1 - ersetzen. In den anderen Baugruppen (SS 2; -SS 4) wird um das Mantisseneingangs-Register eine Umwegschaltung vorgesehen. Weitere der ungenutzten Mantisseneingabekontakte können der Ausgabe der Übertrags-Signale (C 1) dienen. Dafür sind entsprechende Umsteuerungen in bekannter Weise vorzusehen.
Eine weitere Einsparung ergibt sich, wenn das Übertrags-Sumnmierwerk (SUC) für die Verarbeitung der bei der Ausgabe auftretenden Überträge genutzt wird. Ein gesondertes Summierwerk in der Übertragsverarbeitungsstufe (CNS) entfällt dann. Das Summierwerk (SUC) muß dann lediglich auf die gleiche Länge wie das Mantissensummierwerk (SU 1) ausgebaut werden. Ein gesteuerter Weg führt das Zwischenergebnis über den zweiten Summierer, dem die Überträge und Durchschaltesignale der niedrigerwertigen Stellen zugeführt werden, wie in der Stammanmeldung dargestellt. Die Ausgänge werden dann aus dem Register (CRA) zur Weiterverarbeitung herausgeführt.
Die Zuordnung von Übertragsauffangregistern und -speichern (CS 1; CRE, CRA) zu den Akkumulator- und Summierwerks-Abschnitten (AS 1; SRE, SRA) sowie eine Übertragssummierwerks-Abschnittes (SUC) zu den Mantissensummierwerksabschnitten (SU 1, -SU 4) und die Nachverarbeitung der zwischensummierten Überträge stellt eine eigenständige Erfindung dar, die auch im Zusammenhang mit den anderen gezeigten Summierwerksausführungen kombiniert genutzt werden kann.
In Fig. 8 ist eine dritte Ausführung des Summierwerks dargestellt, die der zweiten im Prinzip ähnlich ist, nämlich mit einem zeilenweise in Speicherbaugruppen angeordneten Akkumulatorregister (AS 1 a, AS 1 b) aufgebaut ist, dessen Zeilenabschnitte (ZS 1 a, ZS b) jeweils Übertragsspeicherabschnitte (CS 1 a, CS 1 b) zugeordnet sind. Diese Speicherbaugruppen (AS 1 a, AS 1 b, CS 1 a, CS 1 b) sind für jede Stellenwertigkeit doppelt vorhanden und so mit Schreib- und Lesesignalen (RA, Ru; Wa, Wu) beaufschlagt, daß diese durch die aus dem Zentraltakt (ZT) durch ein Teilerflipflop (FF) abwechselnd auftretenden Takte (Tu, Tg) wechselseitig gemäß der Lese- bzw. Schreibadresse (RAS, WA) gelesen bzw. beschrieben werden. Die letzten Buchstaben u bzw. g in den Bezugszeichen gegen jeweils die Aktivität in dem ungerade- oder geradzähligen Takt an. Die gleichartigen Baugruppen und Signale sind in Fig. 7 und 8 gleich bezeichnet; dies betrifft insbes. die Eingangs- und Ausgangsregister und -signale.
Von den Steuergrößen und zugehörigen Daten werden insgesamt vier Transferregister nacheinander durchlaufen, bis das Zwischenergebnis jeweils zurückgeschrieben wird, so daß jeweils eine Taktzeit zum Lesen einer Akkumulatorspeicherzeile (ZS 1 a, -ZSna; ZS 1 b, -ZSnb), der Summierung der Mantisse (MAE 1) im Summierwerk (SU 1), der Übertragssummierung (CRE 2, CCS) im Übertragssummierwerk (SUC) und zum rückschreiben in die Speicherzeile verwandt wird. Da die Übertragsverarbeitung in einer gesondereten Taktzeit geschieht, ist gegenüber der gleichzeitigen Verarbeitung gem. Fig. 7 eine noch höhere Taktgeschwindigkeit zu erreichen, wenn gleiche Technik verwandt wird. Die zu den Summierungen notwendigen Steuer- und Vorzeichenregister (EPKE 1, EPKE 2; ZE 1, ZE 2) sind mit Endziffern 1 bzw. 2 gekennzeichnet, die die Taktfolge anzeigen.
Im Fall, daß eine gleiche Adresse im gleichen Speicher aufeinanderfolgend, also im übernächsten Takt, nochmals zu lesen wäre, was durch den Vergleicher (VG 3) ermittelt wird, wird stattdessen die Summe aus dem Summenregister (SRA 1) und dem Übertragssummierer (SUC) in die Eingangsregister (SRE, CREu) übernommen, womit der Weg über den Speicher entfällt. Für die Umsteuerung sind geeignete Gatterkombinationen an den Registereingängen vorgesehen, die durch die Vergleichersignale (Vg, Vn) gesteuert werden. Es ist ebenso möglich, den Vergleich und die Umsteuerung der Operanden einen Takt später jeweils in der nächsten Transferregisterstufen vorzunehmen und die Gatter dort zu plazieren.
Sofern der Rundungs- und Ergebnisauslesevorgang durch die Rundungssteuergröße (RB) vorgegeben ist, werden durch entsprechende Gattersteuerung und Speicheransteuerung zeilenweise fortlaufend beide Speicher parallel ausgelesen und die Inhalte in die Operandeneingangsregister (SRE, MAE; CREu, CREg) übertragen. Im jeweils folgenden Takt erfolgt die Summierung der Teilergebnisse in dem Summierwerk (SU 1) und der zugehörigen Überträge in einem Hilfssummierwerk (SUH). Die Zwischenergebnisse stehen dann in den Transferregistern (SRA 1, CRE 1). Im jeweils folgenden Takt werden dann die von dem niedrigerwertigen Akkumulatorabschnitt hereinkommenden Überträge (C 4) in einem zweiten Summierwerk (SU 2) summiert und an das Ausgaberegister (SRA 2) abgegeben. Die dabei entstehenden Überträge (CC, CCS) werden zu den Überträgen im Übertrags-Zwischenspeicher (CRE 2) summiert und das Übertragsergebnis als herausgehender Übertrag (C 1) zur Baugruppe höherer Stellenwertigkeit abgegeben.
Die Struktur der Anordnung der Baugruppe, die in der Zeichnung von oben nach unten dem Zeitablauf nach dargestellt ist, wird zweckmäßig so gestaltet, daß die die Adresse enthaltenden Registerabschnitte (EPK 1, EPKE 1, EPKE 2, EPKA) unmittelbar am Rand des Speicherbezirks angeordnet sind. Auch können für die Speicher getrennte Adreßregisterabschnitte vorhanden sein, die wechselweise vom Exponentenanalysator mit einer Adresse beaufschlagt werden, was im Können des Fachmanns liegt.
  • Tabelle 1
     1. CYi 1 = c 21
     2. CSW 21 & (C 21 & CH 21)N → CY 21′
     3. MS 21 → CH 21′
     4. CYi 1 & CH 21 + CY 21 = C 22
     5. CSW 22 & (C 22 & CH 22)N → CY 22′
     6. MS 22 → CH 22′
     7. CYi 1 & CH 21 & CH 22 + CY 21 & CH 22 + CY 22 = C 23
     8. CSW 23 & (C 23 & CH 23)N → CY 23′
     9. MS 23 → CH 23′
    10. CYi 1 & CH 21 & CH 22 & CH 23 + CY 21 & CH 22 & CH 23 + CY 22 & CH 23 + CY 23 = C 24
    11. CSW 24 & ZP 4 → CYo 2′

Claims (36)

1. Schaltungsanordnung zur Bildung von Summen, insbes. von Skalarprodukten, mit einem Summierwerk (SW; W 1-W 4), das eingangsseitig über einen exponentengesteuerten Mantissenpositionierer (PM) mit einem Multiplizierwerk (MW), das Produkte in Gleitkommadarstellung, die aus einer Produktmantisse (MP), einem Vorzeichen (VZ) und einem Produktexponenten (EP) besteht, abgibt, verbunden ist und das ausgangsseitig über einen Ergebnispositionierer (PM) eine gesteuert gerundete Ergebnismantisse (ME) und ein Ergebnisvorzeichen (VZE) abgibt und über einen Exponenten-Generator (EPG, EXG) einen Ergebnisexponenten (EE) und ggf. ein Überlaufkennzeichen (OF) oder ein Unterlauf-Kennzeichen (UF) an eine Ausgangsschnittstelle (SS 2) abgibt, wobei die Länge eines Akumulatorregisters (AR 1-ARn; AS 1-AS 4) des Summierwerkes (SW; W 1-W 4) mindestens der Länge der Produktmantisse (MP) und der Differenz zwischen dem größten und kleinsten Produktexponenten (EP) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Multiplizierwerk (MW) jeweils pro Maschinentakt (ZT) eines der Produkte über einen Produktexponentenanalysator (EPA, EXA) und den Mantissenpositionierer (MP) in eine Anordnung von tatkgleich betriebene Transferregisterzeilen (TRa, -TRn; RE 1, -RE 4; RVS 1, -RVS 4, RNS 1, -RNS 4) eingibt, wobei jeweils Steuergrößen von dem Exponentenanalysator (EPA, EXA) für die stellenwertgerechte Summierung der Mantisse an Steuergrößentransferregisterteile (STT 1, -STTn) zusammen mit den zugehörigen, innerhalb von Mantissentransferregisterteilen (MTT 1, -MTTn; MA 1, SRE, SRA) jeweils einer Transferregisterzeile positionierten, Mantisse eingegeben werden, und daß die Steuergrößentransferregisterteile (STT 1, -STTn; EPK 1, -EPK 4) mit einem Steuerwerk (ST) verbunden sind, welches jeweils steuergrößenabhängig positionsbezogen
  • - die spaltenmäßige Verbindung der Transferregisterzeilen (ZL 1, -ZLn; RE, RVS, RNS) und
  • - die Verbindung der Mantissentransferregisterteile (MTT 1, -MTTn; MA 1, SRE, SRA) mit den Eingängen von Summierwerksteilen (SW 1; W 1, -W 4) des Summierwerks (SW; W 1, -W 4) und
  • - die Verbindung der Ausgänge der Summierwerksteile (SW 1, W 1, -WE) mit den Akkumulatorabschnitten (AR 1, -ARn; AS 1, -ASn) und
  • - die Verbindung der Akkumulatorabschnitte (AR 1, -ARn; AS 1, -ASn) mit den Mantissentransferregisterteilen (MTT 1, -MTTn; MAE)
steuert, so daß eine stellenwertgemäße Summierung in diese Akkumulatorabschnitte erfolgt und wobei die bei der abschnittsweisen Summierung entstehenden Überträge in Übertragsregistern (CR; CRE, CRA) und Übertragsspeicher-Abschnitten (CS 1, -CS 4), die in den zugehörigen Transfer-Registerzeilen (ZL 1, -ZLn; RVS, RNS) bzw. in Speicher-Zeilen (ZS 1, -ZSn) mit den Akkumulatorabschnitten (AS 1, -ASn) angeordnet sind, zwischengespeichert werden, und daß von einem eingangsseitig eingegebenen Rundungskennzeichen (RB), über das Steuerwerk (ST) gesteuert, die Inhalte der Akkumulatorabschnitte (AR 1, -ARn; AS 1, -ASn) mit den Inhalten der Übertragungsregister (CR; CS 1, -CS 4) fortlaufend stellengerecht summiert und ausgegeben werden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeilenabschnitt (ZL 1, ZL 2, -ZLn) aus jeweils einem Akkumulatorregisterabschnitt (AR 1, -ARn), einem Summierwerksabschnitt (SW 1, -SWn) und einem Transferregisterabschnitt (MTT 1, -MTTn) besteht, in dem Exponentenanalysator (EPA) ein unterer Exponententeil (EX 1) erzeugt wird, der die zyklischen Positionssteuerung des Mantissenpositionierers (PM) steuert, und ein Kennzeichen (UA) erzeugt, das dem Eingang des ersten Steuertransferregisterteils (STT 1) zugeführt wird, das jeweils die Lage eines über die Zeilengrenze zyklisch positonierten Mantissenteils angibt, das in den Steuerwerken (ST 1, ST 2, . . . STn) derart ausgewertet wird, daß bei einer Vergleichsübereinstimmung einer Zeilen-Positionskennung (ZP) mit dem oberen Exponententeil (EX 2) in den entsprechenden Steuersignaltransferregisterteil (STT 1, STT 2, . . . STTn) der entsprechend gekennzeichneten nicht über die Zeilengrenze positionierte Mantissenteil aus dem zugehörigen Mantissentransferregisterabschnitt (MTT 1, MTT 2, . . . MTTn) in einen zugehörigen Akkumulator-Registerabschnitt (AR 1, AR 2, . . . ARn) summiert wird und jeweils bei einer Vergleichsübereinstimmung einer entsprechend der über die Zeilengrenze erfolgenden Positionierung nächsten Zeilenpositionskennung (ZP) mit dem oberen Exponententeil (EX 2) der entsprechend gekennzeichnete, über die Zeilengrenze positionierte, Mantissenteil summiert wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantissenpositionierer (PM) ein Vielfachmultiplexer (PMa) ist, vor dem ein Eingangsregister (RP 1) angeordnet ist und dessen Anzahl der Eingänge der Zahl der Bitstellen der Produktmantisse (MP) entspricht und dessen Anzahl der Ausgänge der Zahl der Eingänge des Mantissentransferregisters (MTT 1), der ersten Zeile (ZL 1) entspricht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantissenpositionierer (PM) in Positionierer-Baugruppen (PMa) aufgeteilt ist, die den einzelnen Bitwertigkeiten von Ziffernstellen der Produktmantisse (PMa) zugeordnet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierer-Baugruppen (PMa) in gleiche Positionier-Untergruppen aufgeteilt sind, deren Eingangsanzahl der Ziffernstellenzahl der Produktmantisse und deren Ausgangsanzahl der Hälfte oder einem Bruchteil der Ziffernstellenzahl des Mantissentransferregisters (MTT 1) der ersten Zeile (ZL 1) entspricht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse der einzelnen Positionier-Unterbaugruppen (PMa) jeweils um diejenige Anzahl zyklisch gegeneinander versetzt an den Mantissenpositionierers (PM) angeschlossen sind, die die Ziffernstellenzahl der ersten Ausgangsposition angibt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zeilen (ZL 1, ZL 2, . . . ZLn) in Summierwerks-Baugruppen unterteilt sind, die jeweils einen oder mehrere Mantissentransferregisterabschnitte (MTTx, MTTy) und entsprechende zugeordnete Summierwerks-Abschnitte (SWx, SWy) und Akkumulatorabschnitte (ARx, ARy) enthält und die jeweils einen der Steuersignaltransfer-Registerteile (STTx) mit dem zugehörigen Steuerwerk (STx) enthält, das jeweils aus Signalen des Steuersignaltransferregisters (STTx) mit dem oberen Exponententeil (EX 2 x), einen Rundungszeichen (RBx), dem Kennungsteil (UAx) und einem Vorzeichenteil (VZx), und der Zeilenpositionskennung (ZPx) die Summiersteuersignale (ST 1), und ein Ergebnisausspeichersignal (ST 3) erzeugt, das die Ausgabe der Summierwerksabschnitte (SWx, SWy) mit entsprechenden Eingängen der Transferregisterabschnitte (MTTx, MTTy) steuernd verbindet und den Inhalt der Akkumulator-Abschnitte (ARx, ARy) löscht.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnisausspeichersignal (ST 3) ein Merkersignal (VZE), das das Vorliegen der höchsten Ziffernwertigkeit in der höchsten Ergebnisstelle anzeigt, steuernd in den Vorzeichenteil (VZx) überträgt und daß es aus einer Verschlüßlerschaltung (ZLE), die aus Summierwerkssignalen die Position der höchsten Ziffernstelle, deren Inhalt zu Null oder der höchsten Ziffer verschieden ist, bestimmt, diese Positionsangabe steuernd in einen Steuersignaltransferregisterteil, z. B. den für den Exponententeil (EX 2 x), überträgt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierwerksbaugruppe ein Ausgangsregister (CR) für Übertragssteuersignale (CYo, CHo) enthält, dem jeweils bei einem Maschinentakt (ZT) ggf. ein positiver oder ein negativer Übertrag (CYo) und ein Leer- oder Gefülltsignal (CHo) eingespeichert wird, und die Summierwerksbaugruppe ein Übertragsverarbeitungs-Werk (CU) enthält, dem jeweils die Übertragssteuersignale (CYi, CHi) der Summierbaugruppen, von den niedrigerwertigen Stellen in der gleichen Zeile und von der nächstniedrigerwertigen Stelle in der benachbarten Zeile zugeführt werden und gemäß einer Übertragslogik einen Übertrag (C) in den Summierwerksabschnitt (SWx) führt.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragssignal (C 21-C 24) jeweils in den Summierwerksabschnitt (SW 22-SW 24) geführt wird, wenn ein Überlaufsignal niedrigerwertiger Stellen (CY 21-CY 23; CYi 1) vorliegt und die entsprechenden Durchleitsignale (CH 21-CH 23) aller höherwertigen Stellen bis zum jeweiligen Summierwerksabschnitt (SW 22-SW 24) gegeben sind und daß die Übertragssteuersignale (CY 21′ -CY 23′) nur dann in das Ausgangsregister (CR) gespeichert werden, wenn ein entsprechendes Durchleitesignal (CH 21-CH 23) und ein entsprechendes Übertragssignal (C 21 -C 23) in der betreffenden Baugruppe nicht vorliegen.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Summierbaugruppe zwei oder mehr spaltenmäßig zusammenge Zeilenabschnitte vereint sind.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelenen Zeilen (ZL 1, ZL 2) in Transferregisterabschnittsbaugruppen (STTa, STTc; MTTa-MTTd) und in getrennte Summierwerksabschnittsbaugruppen, die jeweils das Steuerwerk (STa, STc) den Summierwerksabschnitt (SWa, SWc) und den Akkumulatorabschnitt (ARa, ARc) enthalten, wobei die Steuersignal- und Transferregisterabschnittsbaugruppen (STTa, MTTa) Eingangskontkate (EK) und Ausgangskontakte (AK) besitzen, die spaltenmäßig von Ausgang zu Eingang jeweils durch Spaltenverbindungen verknüpft sind, und wobei die Summierwerksabschnitts-Baugruppen umsteuerbar mit den Summierwerkseingängen und -ausgängen verbundene Ein-Ausgabe-Anschlüsse (EAK) besitzen, die in verdrahteter ODER-Schaltung jeweils mit der zugehörigen Spaltenverbindung verbunden sind.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zeile jeweils eine Steuersignaltransferbaugruppe (STTa) mit zwei Steuerwerken (STa, STc) benachbarter Summierwerksabschnittsbaugruppen verbunden sind.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatorregisterabschnitte (AR 1, ARx, ARa) jeweils gesteuert durch ein Ergebnisausspeichersignal mit zugeordneten Ausgabe-Transferregisterabschnitten verbunden sind.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenzahl 8 und die Zeilenlänge 40 Ziffernstellen ist, wobei jede Zeile in 5 gleiche Baugruppen gegliedert ist.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenzahl 10 und die Zeilenlänge 32 Ziffernstellen ist, wobei jede Zeile in 4 gleiche Baugruppen oder in mehrere Transferregisterbaugruppen (STTa, MTTa, MTTb) und zwei Summierwerksabschnittsbaugruppen geteilt ist.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Exponentengenerator (EPG) abhängig von einem Auftreten eines Rundungssteuersignals in einem Eingangsregister (RP 2) des Ergebnispositionierers (PN) die Zeilenzahl der anschließend übertragenen Zeilen die von der höchsten Stelle an vollständig Nullen oder die höchsten Ziffer enthalten, ermittelt und aus der ersten übertragenen Zeile, die eine erste Ziffer enthält, die ungleich zu allen Inhalten der höherwertigen Ziffernstellen ist, die Position dieser Ziffer ermittelt oder ggf. einen Exponententeil (EX 2 x), der diese Position angibt, übernimmt und daraus das Positioniersignal bestimmt und dem Ergebnispositionierer (PN) als Positioniersteuersignal zuführt und weiterhin daraus ein Ergebnisexponentensignal (EE) bestimmt und dieses mit einem oberen und unteren Grenzwert vergleicht und bei deren Über- bzw. Unterschreitung das Überlauf- bzw. Unterlaufsignal (OF, UF) oder andernfalls das Ergebnisexponentensignal (EE) an die Ausgangsschnittstelle (SS 2) liefert.
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Ergebnispositionierers (PN) eingangsseitig auf ein Rundungssummierwerk (RSW) gekoppelt sind, dessen Länge um mindestens zwei Ziffernstellen, nämlich eine Überlauf- und eine Rundungsstelle, länger als die Länge der Ergebnismantisse (ME) ist, und dem der positionierte Mantissenteil aus der Zeile mit der höchstwertigen ungleichen Ziffer und dem im darauffolgenden Maschinentakt der über die Zeilengrenze versetzte Ergebnismantissenteil um die gleiche Stellenzahl positioniert zugeführt werden, worauf gesteuert die Rundung und eine Überlaufkontrolle und ggf. eine Positionskorrektur der höchstwertigen Mantissenstelle erfolgt.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantissenpositionierbaugruppen und Ergebnispositionierbaugruppen gleich sind.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt-Summierwerk (SW) und das Ergebnissummierwerk (RSW) aus gleichen Baugruppen besteht.
21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an die Akkumulatorregister-Abschnitte (AR 2, AR 3) eine Übertragsvorausschauschaltung angeschlossen ist, die ein erhöhendes Übertrags-Vorausschausignal abgibt, wenn der Inhalt des Akkumulator-Registerabschnittes den größten möglichen Wert hat und ein erhöhendes Übertrags- und/oder ein erhöhendes Vorausschausignal einläuft oder wenn der Inhalt des Akkumulatorabschnittes um eins kleiner als der größtmögliche Wert ist und ein erhöhendes Übertrags- und ein erhöhendes Vorausschausignal einlaufen und die ein erniedrigendes Übertragsvorausschausignal abgibt, wenn der Akkumulatorregisterinhalt Null ist und ein erniedrigendes Übertrags und/oder ein erniedrigendes Vorausschausignal einläuft oder wenn der Inhalt des Akkumulatorabschnittes Eins ist und ein erniedrigendes Übertrags- und ein erniedrigendes Vorausschausignal einlaufen, und daß die einlaufenden Vorausschausignale und die einlaufenden Übertragssignale unabhängig voneinander dem Summierwerksabschnitt zugeführt werden.
22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatorabschnitte (AS 1, -AS 4) in den Zeilen (ZS 1, -ZSn) eines Speichers angeordnet sind, der ein gleichzeitiges Lesen und Schreiben verschiedener, getrennt adressierter Speicherzeilen (ZS 1, -ZSn) gestattet, und daß die Steuergrößentransferabschnitte (EPK 1, EPK 4) jeweils eine Lese- und Schreibadresse (RAS, WA) dem Speicher zuführen, und in jeder Speicherzeile (ZS 1, -ZSn) Übertragsspeicherabschnitte (CS 1, -CS 4) angeordnet sind, deren Kapazität so bemessen ist, daß jeweils sämtliche Überläufe aller in dem jeweiligen Akkumulatorabschnitt (AS 1, -AS 4) erfolgenden Teilsummierungen einer Summenbildung darin Aufnahme finden, und eine abschließende Übertrags-Summierung bei dem vom niedrigstwertigen zum höchstwertigen Speicherabschnittsinhalt fortschreitenden taktweisen Auslesen des Summierungsergebnisses aus den Speicher-Abschnitten (AS 1, CS 1, -AS 4, CS 4) erfolgt, in dem jeweils der Inhalt von einem Übertragsspeicherabschnitt (CS 1, -CS 4) zum Inhalt gleicher Stellenwertigkeit des nächsten Akkumulatorspeicherabschnittes (AS 1, -AS 4) summiert wird, worauf eine fortlaufende Übertragsverarbeitung dabei noch entstehender einfacher Überträge zwischen den jeweils gebildeten Summenabschnitten erfolgt.
23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenabschnitte (ZS 1, -ZSn) in Unterabschnitte in spaltenweise gegliederten Speicherabschnitte (AS 1, -AS 4) geteilt sind und die Gesamtlänge einer Zeile (ZS 1, -ZSn) der Mantissenlänge und einer Unterabschnittslänge entspricht und jedem Speicher-Abschnitt (AS 1, -AS 4) eine Transferregisteranordnung (RE 1, RE 4; RVS 1, RVS 4; RNS 1, RNS 4), ein Summierwerksabschnitt (CS 1, CS 4) und ein Übertragssummierwerk (SW 1, -SW 4) zugeordnet sind.
24. Schaltungsanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in der die den Speicherabschnitten (AS 1, -AS 4) jeweils zugeordneten Schaltungsteile jeweils eine Baugruppe S 1, -S 4) bilden.
25. Schaltungsanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuersignaltransferregisterteilen (EPK 1, EPKE; EPK 1, EPKA) Vergleicher (VG 1, VG 2) paarweise nachgeschaltet sind, deren Ausgänge bei Gleichheit der Inhalte des ersten und zweiten Registerteils (EPK 1, EPKE) eine Rückführung der Summierwerksausgänge auf dessen Eingangsregister (SRE, CRE) und eine Sperrung des gelesenen Speicherinhalts sowie eine Sperrung der Übernahme des Registerinhalts aus dem zweiten Steuersignaltransferregister (EPKE) in das Ausgangssteuersignaltransferregister (EPKA) bewirkt und daß bei Gleichheit der Inhalte des erten und dritten Registers (EPK 1, EPKA) eine Rückführung des Inhalts der Ausgänge des Summierwerksausgangsregisters (SRA, CRA) auf die Summierwerkseingangsregister (SRE, CRE) und eine Sperrung der gelesenen Speicherinformation bewirkt.
26. Schaltungsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Ergebnisausgabekennzeichen (RB, RBA) in den Transferregistern die Überleitung der Ausgangssignale (C 1, C 4) des Übertragsspeichers (CS 1, -CS 4) jeweils auf das eine der Summierwerkseingangsregister (MAE) der Baugruppe (S 1, -S 4) mit dem nächsthöherwertigen Stellen bewirkt wird, wobei aus der Baugruppe (S 4) mit den höchsten Stellen die Übertragssignalleitungen (C 4) über ein einstufiges Übertragungsregister (RO) in die Baugruppe (S 1) mit den niedrigsten Stellen geführt ist.
27. Schaltungsanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (C 4) der Baugruppe (S 1) der niedrigsten Stelle zur Übertragungsverzögerung auf das Mantissentransferregister (MA 1) geführt ist und bei den anderen Baugruppen (S 2, S 3, S 4) an dem Mantissen-Transferregister vorbeigeführt ist.
28. Schaltungsanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnisausgabekennzeichen (RBA) eine Speicherrückschreibung sperrt und eine Verarbeitung der Überträge (CC, CCA), die bei der Übertragungssummierung entstehen über die Baugruppen (S 1, -S 4) mittels einer Übertragsvorausschau- und Verarbeitungsschaltung (CNS) steuert.
29. Schaltungsanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang des Übertrags-Summierwerks (SUC) durch das Ergebnisausgabekennzeichen (RBA) gesteuert mit dem Ausgang des Summierwerksausgangs-Registers (SRA) verbunden wird und dem anderen Eingang die Überträge (CC) der niedrigerwertigen Stellen verknüpft mit den Übertragungsvorausschausignalen zugeführt werden und der Ausgang des Ausgaberegisters (CRA) von dem Übertrags-Summierwerk (SUC) zur Nachverarbeitung geführt ist.
30. Schaltungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zeilenweisen Ergebnisteile mit aufsteigender Wertigkeit eine Prüfschaltung (PR) durchlaufend zwei Ausgabetransferregistern (RA 1, RA 2) zugeführt werden, wobei die Prüfschaltung ermittelt, ob die höchste Stelle des ersten Transferregisters (RA 1) eine höchste oder niedrigste Ziffer enthält und die zur Übernahme anstehenden Ziffern dieser gleich sind und ggf. die weitere Übernahme in die Transferregister sperrt, bis die Ziffern ungleich sind, worauf mindestens zwei Transfersignale (TT) zu Übernahmen abgegeben werden und weitere Transfersignale (TT) abgegeben werden bis wieder in der Prüfschaltung (PF) Zifferngleichheit vorliegt.
31. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Exponentengenerator (EPG), der die Rundung steuert, die Signale der Prüfschaltung ausgewertet werden, die das Vorhandensein gültiger Ziffern in den Ergebnisteilen, die aus den zwei Transferregistern (RA 1, RA 2) heraustransferiert werden, anzeigen.
32. Schaltungsanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Summierwerksabschnitt (SU 1) ein Übertragssummierwerksabschnitt (SUC) und jedem Akkumulator-Abschnitt (AS 1) ein Übertragsspeicherabschnitt (CS 1) zugeordnet ist und die zwischengespeicherten Überträge nach dem Auslesen der Ergebnisabschnitte aus den Akkumulator-Abschnitten jeweils zu diesen Ergebnisabschnitten stellengerecht summiert werden.
33. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatorspeicherabschnitte (AS 1 a, AS 1 b) und die jeweils zugehörige Übertragsspeicherabschnitte (SC 1 a, CS 1 b) für jede Stellenwertigkeit doppelt vorhanden und in getrennten Speichern in den Speicherzellen (ZS 1 a, -ZSna; ZS 1 b, -ZSnb) angeordnet sind, die jeweils zeitlich alternierend in umgekehrter Folge gelesen oder beschrieben werden, solange die Produkte fortlaufend summiert werden, wobei die Adressierung der Speicherzellen (ZS 1 a, -ZSna; ZS 1 b, -ZSnb) jeweils durch die Steuergrößentransferregister-Abschnitte (EPK 1, EPKA) alternierend erfolgt, und daß bei Vorliegen des Rundungskennzeichens (RB) beide Speicher fortlaufend adressiert jeweils gleichzeitig zeilenweise gelesen werden und deren Inhalte einschließlich der Überträge stellengerecht summiert und ausgegeben werden.
34. Schaltungsanordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß sie vier Transferregisterzeilen enthält, von deren Steuergrößen taktweise nacheinander die Mantissenübernahme und das Speicherlesen in Operandenregister (MAE, CREu, CREg, SRE), die Summierung der Mantisse, die Übertragssummierung und letztlich die Summen- und Übertragsspeicherung gesteuert wird, und daß durch Vergleich des Auftretens der gleichen Speicherzeilenadresse in einem über den anderen Takt Steuersignale (Vg, Vn) erzeugt werden, die die Rückführung der gebildeten Summe und Überträge in die Operandenregister (CREu, SRE) steuert.
35. Schaltungsanordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen des Rundungskennzeichens (RB) die Summierung der Inhalte jeweils der beiden stellengleichen Speicherabschnitte (CS 1 a, CS 1 b, AS 1 a, AS 1 b) in einer ersten Taktzeit in den zugehörigen Summierwerks-Abschnitt (SU 1) und für die Überträge in einem Hilfs-Summierwerksabschnitt (SUH) erfolgt und jeweils in der folgenden Taktzeit die stellengerechte Summierung der Überträge (C 1, C 4) von Summierwerksabschnitt zu Summierwerksabschnitt in weiteren Summierwerksabschnitten (SU 2) und Übertrags-Summierwerksabschnitten (SUC) erfolgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3551665A (en) * 1966-09-13 1970-12-29 Ibm Floating point binary adder utilizing completely sequential hardware
EP0079471B1 (de) * 1981-11-05 1986-03-19 Ulrich Dr. Kulisch Schaltungsanordnung und Verfahren zur Bildung von Skalarprodukten und Summen von Gleitkommazahlen mit maximaler Genauigkeit

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