DE2911096C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Multiplikations-Akkumulatorschaltung in integrierter Schaltungstechnik, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche integrierte oder monolitische Schaltungen zum Durchführen digitaler Multiplikationen sind natürlich bekannt (z. B. US 38 40 861 oder DE 22 07 655 B 2). Solche Multiplizierschaltungen verarbeiten eine digitale, gewöhnlich binäre Multiplikatorgröße und eine entsprechende digitale Multiplikandengröße zur Erzeugung eines binären Produkts. In der Regel haben der Multiplikator und der Multiplikand die gleiche Anzahl von Binärstellen. Wenn die volle Bedeutung der multiplizierten Größen erhalten werden soll, so enthält das Produkt die doppelte Anzahl von Binärstellen (Bits) wie entweder der Multiplikator oder der Multiplikand. Derartige digitale Multiplizierer können in zwei Arten betrieben werden: Einer ganzzahligen Betriebsart, bei der die multiplizierten Größen als positive ganze Zahlen behandelt werden, und einer Zweier-Komplement- Betriebsart, bei der der Multiplikator, der Multiplikand und das Produkt als vorzeichenbehaftete, d. h. positive oder negative binäre Brüche jeweils dargestellt werden.

In einigen Anwendungsfällen von Multiplizierern ist es notwendig, eine Folge von Produkten aus mehreren Paaren von numerischen Größen zu saldieren oder zusammenzuzählen. Obwohl diese Akkumulator- oder Saldierfunktion von der Multiplizierschaltung zugeordneten externen Logikschaltungen ausgeführt werden kann, ist es natürlich wesentlich wirkungsvoller, eine Saldierungsfunktion in einer die Multiplizierschaltung enthaltenden integrierten Schaltung vorzunehmen. Ein Beispiel für einen Multiplikationsakkumulator, der Paare von Zwölf-Bit-Größen zu multiplizieren und die sich ergebenden Produkte zu saldieren vermag, ist das von TRW LSI Products, Redondo Beach, Kalifornien, hergestellte Modell TDC1003J. Wenn die Akkumulatorfunktion in dieser Schaltung wirksam gemacht wird, so wird jede Produktgröße zum Inhalt eines Akkumulatorregisters addiert, oder nach Wahl des Benutzers wird der Inhalt des Akkumulatorregisters von dem Produkt abgezogen und im Akkumulatorregister zurückgespeichert.

Obwohl Multiplikationsakkumulatoren dieser allgemeinen Art für viele Anwendungsfälle voll ausreichen, gibt es einige Rechnungen, bei denen das Voraufladen des Akkumulatorregisters auf einen ausgewählten Wert und der nachfolgende Beginn einer weiteren Saldierung oder Akkumulierung von Produkten im Register erwünscht ist. Der im Akkumulatorregister voraufzuladende Wert kann beispielsweise ein Zwischensaldo von Produkten darstellen, das extern zwischengespeichert wurde, während der Multiplikationsakkumulator für andere Rechnungen benutzt wurde. Die Durchführung einer der Voraufladefunktion äquivalenten Funktion könnte ebenfalls außerhalb bzw. extern von der Multiplikations- Akkumulatorschaltung stattfinden. So könnte beispielsweise eine Anfangsgröße P dadurch im Akkumulatorregister gespeichert werden, das P mit 1,0 multipliziert und die Schaltung für eine reine Multiplikation, d. h. ohne Akkumulatorfunktion eingestellt wird. Eine solche externe Logikschaltung ist jedoch wegen der zusätzlichen Zeitverzögerung bei der Durchführung der erforderlichen arithmetischen Funktionen ungünstig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den oben erläuterten Bedarf an einer die genannten Funktionen insgesamt erfüllenden integrierten Schaltung zu befriedigen und damit eine im Vergleich zu herkömmlichen Techniken mit externen Logikschaltungen einfachere und billigere Ausführung und Verringerung der Rechenzeit zu erreichen. Mit der Erfindung soll auch die beste integrierte Schaltungsausführung realisierbar sein, bei der zum Voreinstellen des Inhalts des Akkumulatorregisters in einem Multiplikationsakkumulator nur vorgegebene Registerfelder voreingestellt werden, während die nicht gewählten Felder unberührt bleiben.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung stellt eine Multiplikations-Akkumulatorschaltung in integrierter Schaltungstechnik mit einem Akkumulatorregister zur Verfügung, das nach Maßgabe von an eine Gruppe von Eingangsanschlüssen angelegten Eingangssignalen selektiv voraufgeladen werden kann. Die Erfindung ist allgemein darauf gerichtet, eine Voraufladungssteuerschaltung zur Verwendung in einer Multiplikations- Akkumulatorschaltung vorzusehen, welche eine Multiplizierschaltung, eine mit dieser gekoppelte Summierschaltung, ein von der Summierschaltung Daten aufnehmendes Akkumulatorregister und eine Akkumulator-Steuerschaltung zum selektiven Rückübertragen von Daten aus dem Akkumulatorregister in die Summierschaltung aufweist.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Voraufladungssteuerschaltung in Abhängigkeit von Steuersignalen Daten aus drei getrennten Quellen zum Akkumulatorregister überträgt: Von der Summierschaltung, von den Eingangsanschlüssen, welche dem Akkumulatorregister Daten zur Voraufladung zuführen, oder vom Akkumulatorregister selbst. Der Betrieb der Voraufladungssteuerschaltung wird von einem Voraufladungssteuersignal, das für die Ableitung von Daten aus der Summierschaltung bestimmend ist, und von Feldauswahl- Steuersignalen gesteuert, welche die beim Voraufladen beteiligten und mit Eingangsdaten voraufzuladenden Felder des Akkumulatorregisters bezeichnen. Die an der Voraufladung nicht zu beteiligenden Felder werden in ihren vorhergehenden Zuständen dadurch gehalten, daß Daten aus dem Akkumulatorregister über die Voraufladungssteuerschaltung zum Akkumulatorregister zurückgeführt werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung teilen sich die Eingangsanschlüsse und die entsprechenden Ausgangsanschlüsse des Akkumulatorregisters in dieselben Anschlußklemmen. Zur Anpassung an diese Doppelfunktion weist die erfindungsgemäße Schaltung ferner eine Drei- Zustands-Pufferschaltung auf, welche zwischen das Akkumulatorregister und die Eingangs/Ausgangs-Klemmen eingeschaltet ist und von Signalen aus der Vorladungssteuerschaltung gesteuert wird. Ein Zustand der Pufferschaltung ist ein Hochimpedanzzustand, bei dem das Akkumulatorregister effektiv von den Eingangs/Ausgangs-Klemmen getrennt ist, so daß die Klemmanschlüsse zum Zuführen von Eingangsdaten zur Voraufladungssteuerschaltung verwendet werden können. Außerhalb des Hochimpedanzzustandes dient die Pufferschaltung zur Übertragung von Ausgangsdaten aus dem Akkumulatorregister zu den Klemmenanschlüssen. In besonderer Weiterbildung der Erfindung kann die Pufferschaltung entweder von dem Voraufladungssteuersignal oder dem Feldauswahlsignal in den Hochimpedanzzustand versetzt werden. Das Feldauswahlsignal dient dabei zwei Funktionen, nämlich der Auswahl der voraufzuladenden Felder und der Auswahl der ohne Voraufladung von den Eingangs/Ausgangs- Klemmen zu isolierenden Felder.

Die Erfindung stellt daher eine bisher nicht gleichwertig verfügbare integrierte Schaltung zum Voraufladen des Akkumulatorregisters oder ausgewählter Felder des Akkumulatorregisters mit Eingangsdaten zur Verfügung, die an einer beliebigen Stufe in einer Folge von Multiplikations- und Akkumulationsoperationen eingegeben werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild der Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein fragmentarisches logisches Schaltbild einer Stufe der Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach Fig. 1 mit einer Voraufladungssteuerlogik und einer Akkumulatorlogik für eine Stufe;

Fig. 3 ein genaueres Logikschaltbild eines vollständigen Acht-Bit-Multiplikationsakkumulators nach der Erfindung, bei dem sich wiederholende Teile der Logik der besseren Übersicht halber fortgelassen sind; und

Fig. 4 ein detailliertes Logikschaltbild einer bekannten Acht-Bit- Multiplikationsanordnung, die bei dem Multiplikationsakkumulator gemäß Fig. 3 Verwendung findet.

Aus dem vereinfachten Blockschaltbild gemäß Fig. 1 ist zu erkennen, daß die beschriebene Multiplikations-Akkumulatorschaltung zwei Eingaberegister 10 und 12, eine Multiplizierschaltung 14, eine Summierschaltung 16 und ein Akkumulatorregister 18 aufweist. Die Eingaberegister 10 und 12 erhalten über die mit X _IN und Y _IN bezeichneten Anschlüsse zwei Eingangsgrößen, nämlich einen Multiplikator und einen Multiplikanden, die über Leitungen 20 bzw. 22 zur Multiplizierschaltung 14 übertragen werden. Das am Ausgang der Multiplizierschaltung 14 verfügbare Ausgangsprodukt wird dann über eine Leitung 24 zur Summierschaltung 16 übertragen. Das Akkumulatorregister 18 entwickelt auf den Leitungen 26 a, 26 b und 26 c parallele Ausgangssignale von drei verschiedenen Registerfeldern. Diese drei Leitungen sind außerdem mit einer Akkumulator-Steuerschaltung 28 verbunden, welche die Übertragung des Inhalts des Akkumulatorregisters 18 zurück zur Summierschaltung 16 über die Leitung 30 steuert. Die Ausgangsdaten der Summierschaltung 16 werden über die Leitung 32 übertragen, welche bei einer herkömmlichen Multiplikations-Akkumulatorschaltung direkt mit den Eingangsanschlüssen des Akkumulatorregisters 18 verbunden wäre. Bei einer solchen direkten Verbindung wäre jedoch das Voraufladen des Inhalts des Akkumulatorregisters 18 auf einen vorgegebenen Wert innerhalb dieser integrierten Schaltungsanordnung nicht möglich, sondern eine derartige Voraufladung erfordernde Maßnahmen wären in nachteiliger Weise mit Hilfe einer externen Logikschaltung durchzuführen.

Die erfindungsgemäße Multiplikations-Akkumulatorschaltung weist dagegen eine Voraufladungssteuerschaltung 40 auf, die so angeordnet ist, daß sie auf der Leitung 32 (erster Eingang) von der Summierschaltung 16 anstehende Daten aufzunehmen und ausgewählte Daten über die Leitung 42 zum Akkumulatorregister 18 zu übertragen vermag. Die Voraufladungssteuerschaltung 40 erhält auch Eingangsdaten über Leitungen 44 a, 44 b und 44 c (zweiter Eingang 44) von Eingangsanschlüssen 46 a, 46 b und 46 c, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auch als Ausgangsanschlüsse für das Akkumulatorregister 18 dienen. Außerdem erhält die Voraufladungssteuerlogik 40 Eingangsdaten über Leitungen 48 a, 48 b und 48 c, die in der in Fig. 1 dargestellten Weise mit zugehörigen Ausgangsleitungen 26 a, 26 b und 26 c des Akkumulatorregisters 18 verbunden sind. Unter der Steuerung eines über eine Leitung 50 zugeführten Voraufladungssteuersignals und unter der weiteren Steuerung von über Leitungen 52 a, 52 b und 52 c zugeführten Feldauswahlsignalen überträgt die Voraufladungssteuerschaltung 40 über die Leitung 42 zum Akkumulatorregister 18 Daten, welche entweder von der Summierschaltung 16 oder von den Eingangsanschlüssen 46 a, 46 b und 46 c oder vom Akkumulatorregister selbst über die Leitungen 48 a, 48 b und 48 c abgeleitet sind.

Da die Anschlüsse 46 a, 46 b und 46 c sowohl als Eingangs- als auch als Ausgangsanschlüsse dienen, sind Drei-Zustands- Puffer 56 a, 56 b und 56 c zwischen den Ausgangsleitungen 26 a, 26 b und 26 c des Akkumulatorregisters 18 und den entsprechenden Ausgangsanschlüssen 46 a, 46 b und 46 c eingeschaltet. Die Ausgänge der Drei-Zustands-Puffer 56 a , 56 b und 56 c haben einen von drei möglichen Zuständen, die von den Zuständen der Eingangssignale an den Leitungen 26 a, 26 b und 26 c und den Zuständen der über die Leitungen 58 a, 58 b und 58 c an die Puffer angelegten Steuersignale abhängig sind. Wenn der an einer der Steuerleitungen 58 angelegte Spannungspegel hoch ist, nimmt der zugehörige Puffer 56 einen Hochimpedanzzustand an, bei dem die zugehörige Leitung 26 vom Ausgangsanschluß 46 effektiv getrennt ist, so daß den Anschlüssen 46 Eingangsdaten zugeführt und über die Leitungen bzw. den ersten Eingang 44 zur Voraufladungssteuerlogik 40 übertragen werden können. Wenn dagegen das auf den Steuerleitungen 58 anstehende Signal einen niedrigen Spannungspegel hat, so nimmt der Puffer 56 einen niedrigen Impedanzzustand an, und das Ausgangssignal am zugehörigen Anschluß 46 wird von dem Pegel des dem Puffer zugeführten Eingangssignals bestimmt. Auf diese Weise dienen die Anschlüsse 46 sowohl als Eingangsanschlüsse als auch als Ausgangsanschlüsse. Die Signale auf den Steuerleitungen 58 a, 58 b und 58 c werden von der Voraufladungssteuerschaltung 40 in Abhängigkeit von den Voraufladungs- und Feldauswahl-Steuersignalen auf den Leitungen 50, 52 a, 52 b und 52 c erzeugt.

Es ist verständlich, daß die in Fig. 1 dargestellten Daten- bzw. Signalwege Multi-Bit-Wege sind. Die Eingaberegister 10 und 12 können eine beliebige Größe bzw. Kapazität haben, so zum Beispiel acht, zwölf oder vierundzwanzig Bits. In der folgenden Beschreibung wird auf einen Acht-Bit-Multiplikator genauer eingegangen. Das Akkumulatorregister 18 muß eine solche Größe haben, daß es die Summe einer Anzahl von Produkten aus der Multiplikationsschaltung 14 zu saldieren bzw. zu akkumulieren vermag. Da die von der Multiplizierschaltung 14 über die Leitung 24 zugeführten Produkte die doppelte Wortlänge wie jedes der Eingaberegister 10 und 12 hat, sollte das Akkumulatorregister 18 eine etwas größere Wortlänge als die Eingaberegister haben. Wie sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Acht-Bit-Multiplikationsakkumulators ergibt, hat das beschriebene Akkumulatorregister 18 eine Neunzehn-Bit- Länge und ist aus Zweckmäßigkeitsgründen in ein am niedrigsten bewertetes Feld von acht Bits, ein am höchsten bewertetes Feld von acht Bits und ein erweitertes Feld von drei zusätzlichen Bits unterteilt, wobei die drei zusätzlichen Bits eine noch höhere Bedeutung als das "am höchsten" bewertete Feld haben. Diese drei Felder sind schematisch durch drei getrennte Ausgangsleitungen 26 sowie drei Puffer 56, die drei Eingangleitungen 44 und die drei Rückführungsdatenleitungen 48 dargestellt. Wie oben ausgeführt, besteht ein wesentlicher Aspekt der Erfindung darin, daß die Felder des Akkumulatorregisters 18 von der Voraufladungssteuerschaltung 40 selektiv voraufgeladen werden können.

Das Voraufladungssteuersignal auf der Leitung 50 hat die folgende Wirkung: Wenn dieses Signal in einem bestimmten Zustand, z. B. als logische Null, ansteht, so bedeutet dies für die Voraufladungssteuerschaltung 40, daß in das Akkumulatorregister 18 keine Eingangsdaten voreinzuspeichern sind. In diesem Fall läßt die Voraufladungssteuerschaltung 40 über die Leitung 32 von der Summierschaltung 16 eingehende Daten direkt zum Akkumulatorregister 18 über die Leitung 42 durch. Wenn sich das Voraufladungssteuersignal jedoch im entgegengesetzen Zustand, also beispielsweise auf einer logischen Eins befindet, und wenigstens eines der Feldauswahlsignale auf den Leitungen 52 a, 52 b und 52 c ebenfalls in einem besonderen logischen Zustand ist, so nimmt die Voraufladungssteuerschaltung 40 über wenigstens eine der Leitungen 44 von wenigstens einem Eingangsfeld Daten auf und überträgt diese Eingangsdaten über die Leitung 42 zum Akkumulatorregister 18. Die Voraufladungssteuerschaltung 40 setzt ferner die Leitung 58 in einen H-Zustand, so daß die Drei-Zustand- Puffer 56 einen Hoch-Impedanz-Zustand für die Eingangsdaten von den Anschlüssen 46 annehmen.

Für die von den Feldauswahlsignalen 52 a, 52 b und 52 c nicht ausgewählen Felder werden Daten aus dem Akkumulatorregister 18 über eine oder mehrere Leitungen 48 a, 48 b und 48 c, die Voraufladungssteuerschaltung 40 und die Leitung 42 zum Akkumulatorregister 18 zurückgeführt. Diese ausgewählten Felder des Akkumulatorregisters können mit den über die Eingangsanschlüsse 46 a, 46 b und 46 c zugeführten Daten voraufgeladen werden, während die von der Voraufladung unbetroffenen Felder des Akkumulatorregisters erhalten bleiben.

Wie im folgenden noch genauer erläutert wird, verwendet die Akkumulatorsteuerschaltung 28 zwei Steuersignale, nämlich ein Akkumulator- bzw. Saldiersignal auf der Leitung 62 und ein Additions/Subtraktionsignal auf der Leitung 64. In Abhängigkeit von den Zuständen dieser beiden Steuersignale überträgt die Akkumulatorsteuerschaltung 28 über die Leitung 30 zur Summierschaltung 16 entweder (1) den Inhalt des Akkumulators 18, der zu den laufenden Produktdaten auf der Leitung 24 addiert wird, (2) den komplementierten oder negierten Inhalt des Akkumulatorregisters 18, der vom Produkt auf der Leitung 24 subtrahiert werden soll, oder (3) im wesentlichen keine Daten, so daß die Gesamtschaltung dann als reiner Multiplikator wirkt.

Wie im folgenden aus der Detailbeschreibung deutlich wird, werden die Daten mit Hilfe eines Produkttaktsignals auf der Leitung 66 in das Akkumulatorregister 18 eingetaktet. Es gibt auch zwei getrennte Eingabetaktsignale auf den Leitungen 68 und 70 zum Takten der Eingabedaten in die Eingaberegister 10 bzw. 12

Fig. 2 zeigt eine Binärstufe der Voraufladungssteuerschaltung 40 (Fig. 1) und der Akkumulatorsteuerschaltung 28 (Fig. 1). Die Bezeichnung in Fig. 2 ist so gewählt, daß eine in Fig. 1 mit einem Bezugszeichen bezeichnete Leitung oder ein Teil einer Schaltung mit dem gleichen Bezugszeichen in Fig. 2 bei zugefügtem Apostroph (') bezeichnet ist. Daher ist der eine Stufe betreffende Teil der Voraufladungssteuerschaltung 40 in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 40′, und der eine Stufe betreffende Teil der Akkumulatorsteuerschaltung 28 in Fig. 2 mit 28′ bezeichnet.

Gemäß Fig. 2 weist die Summierschaltung 16 (Fig. 1) mehrere volle Binäraddierer auf, von denen einer bei 16′ gezeigt ist. Jeder Volladierer 16′ nimmt über eine Leitung 24′ von der Multiplizierschaltung 14 (Fig. 1) ein Eingangssignal und über die Leitung 30′ von der Akkumulatorsteuerschaltung 28′ ein anderes Eingangssignal auf. Er erhält ferner ein Übertragssignal von der vorhergehenden Stufe über eine Leitung 70 a und gibt auf die Leitung 32′ ein Summensignal und auf die Leitung 70 b ein Übertragssignal für die nächste Stufe. Wie aus dem vollständigen logischen Schaltbild gemäß Fig. 3 zu sehen ist, gibt es natürlich kein Übertrags-Ausgangssignal aus der am höchsten bewerteten Stufe, und es wird kein Übertragssignal in die am niedrigsten bewertete Stufe eingegeben, ausgenommen in dem Umfang, daß das Übertrags- Eingabesignal der am niedrigsten bewerteten Stufe für das Zweier-Komplement des Inhalts des Akkumulatorregisters 18 verwendet wird.

Jede Voraufladungssteuerschaltungsstufe 40′ weist drei UND-Gatter 72, 74 und 76 und zwei ODER-Gatter 78 und 80 auf. Das Voraufladungssignal auf der Leitung 50 wird als ein Eingang für das UND-Gatter 72, als ein Eingangssignal für das UND- Gatter 76, als invertiertes Eingangssignal für das UND- Gatter 74 und als Eingangssignal für das ODER-Gatter 78 angelegt. Das Feldauswahlsignal auf der Leitung 52, das entsprechend der Beschreibung der Fig. 1 ein Feldauswahlsignal auf der Leitung 52 a, 52 b oder 52 c in Abhängigkeit von der Position der Binärstufe relativ zum akkumulierten Produktwort sein kann, wird als invertiertes Eingangssignal an das UND-Gatter 72, als Eingangssignal an das UND-Gatter 76 und als zweites Eingangssignal an das ODER-Gatter 78 angelegt. Die Ausgänge der UND-Gatter 72, 74 und 76 sind über Leitungen 86, 88 und 90 mit den Eingängen des ODER- Gatters 80 verbunden, und das Ausgangssignal des ODER- Gatters 80 wird über die Leitung 42′ an den D-Eingang eines D-Typ-Flipflops 18′ angelegt, welches eine Binärstufe des Akkumulatorregisters 18 bildet.

Der invertierte Ausgang () des Flipflops 18′ ist über die Leitung 26′ mit dem Eingang eines invertierenden Drei-Zustands- Puffers 56′ verbunden, dessen Ausgang mit einem der Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse 46′ verbunden ist. Eine weitere Verbindung besteht vom Eingangs/Ausgangs-Anschluß 46′ zurück über die Leitung 44′ zum dritten Eingang des UND-Gatters 76.

Der direkte, nicht-invertierte Ausgang (Q) des Flipflops 18′ ist über die Leitung 26″ einerseits mit der Akkumulatorsteuerschaltung 28′, und andererseits über die Leitung 48′ als dritter Eingang mit dem UND-Gatter 72 in der Voraufladungssteuerlogikstufe 40′ verbunden.

Die Akkumulatorsteuerlogik 28′ enthält ein UND-Gatter 94 und ein Exklusiv-ODER-Gatter 96. Das Exklusiv-ODER-Gatter 96 hat zwei Eingänge, von denen einer mit dem Additions/ Subtraktionssignal über die Leitung 64 und der andere mit dem vom Q-Ausgang des Flipflops 18′ über die Leitung 26″ abgeleiteten Signal beaufschlagt ist. Das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 96 wird über die Leitung 98 als Eingangssignal an das UND-Gatter 94 angelegt, dessen anderer Eingang mit dem auf der Leitung 62 anstehenden Akkumulatorsteuersignal beaufschlagt wird. Der Ausgang des UND-Gatters 94 ist über die Leitung 30′ mit dem Volladdierer 16′ verbunden.

Die Funktionsweise der Voraufladungssteuerstufe 40′ wird im folgenden beschrieben. Eine Binärziffer des Ausgangssignals von der Multiplizierschaltung 14 wird über die Leitung 24′ an den Volladdierer 16′ angelegt, der von der Akkumulatorsteuerlogik 28′ abgeleitete Information addieren oder subtrahieren kann. Danach werden die Ausgangsdaten aus jeder Stufe der Summierschaltung 16, d. h. aus jedem Addierer 16′, über die Leitung 32′ zu der entsprechenden Voraufladungssteuerlogikstufe 40′ übertragen. Grundsätzlich hat die Voraufladungssteuerlogikstufe 40′ drei Quellen von Eingangsdaten: (1) Die von dem Volladdierer 16′ über die Leitung 32′ abgeleiteten Daten, (2) die von dem Eingangs/Ausgangs-Anschluß 46′ über die Leitung 44′ abgeleiteten Daten und (3) die aus dem Flipflop 18′ über die Leitungen 26″ und 48′ recirkulierten Daten. Die Voraufladungssteuerlogikstufe 40′ wählt Daten aus einer dieser drei Quellen entsprechend den Zuständen des Voraufladungssteuersignals auf der Leitung 50 und der Feldauswahlsignale auf einer der Leitungen 52 aus, wobei die ausgewählten Daten von dem Produkttaktsignal auf der Leitung 66 in das Flipflop 18′ eingetaktet werden.

Wenn das Voraufladungssteuersignal auf der Leitung 50 eine logische Null ist, wird nicht voraufgeladen, und die normalen Multiplikations-Akkumulatorfunktionen werden ausgeführt. Wenn das Voraufladungssteuersignal eine logische Null ist, wird, wie zu erkennen ist, das UND-Gatter 74 aktiviert, die UND-Gatter 72 und 76 dagegen entaktiviert. Daher sind die von der Voraufladungssteuerschaltungsstufe 40′ ausgewählten Daten die vom Volladdierer 16′ über die Leitung 32′ zur Verfügung gestellten Daten. Die ausgewählten Daten werden über die Leitung 88 zum ODER-Gatter 80 und von dort über die Leitung 42′ zum Flipflop 18′ übertragen. Da das Voraufladungssignal auf der Leitung 50 auch als ein Eingangssignal an das ODER-Gatter 78 und von dort an den Steueranschluß des Puffers 56′ angelegt wird, ist ferner klar, daß der Puffer einen Niederimpedanzzustand annimmt, bei dem der Anschluß 46′ als Ausgangsanschluß dient, wenn das Feldauswahlsignal auf der Leitung 52 ebenfalls eine logische Null ist. Daher steht das Daten-Eingangssignal des Flipflops 18′ auch am Anschluß 46′ als Ausgangssignal zur Verfügung.

Wenn sich das Voraufladungssignal auf der Leitung 50 im Null-Zustand befindet und das Feldauswahlsignal auf der Leitung 52 eine logische Eins ist, so nimmt der Puffer 56′ einen Hochimpedanzzustand an, bei dem der Ausgang des Akkumulatorregisters 18′ gesperrt ist, während die Eingänge gleichzeitig vom UND-Gatter 76 gesperrt sind. Auf diese Weise kann das Feldauswahlsignal zu normalen Daten-Führungsfunktionen in einer Bus-Anordnung verwendet werden. Wenn das Feldauswahlsignal eine logische Eins ist, können Ausgangsdaten zur Übertragung zu anderen Schaltungen auf einen Datenbus gegeben werden. Wenn das Feldauswahlsignal eine logische Null ist, ist die Ausgabe von Daten an den Bus gesperrt, und eine Eingabe kann mit Hilfe des Voraufladungssteuersignals aktiviert werden.

Wenn das Voraufladungssignal auf der Leitung 50 eine logische Eins und auch das Feldauswahlsignal auf der Leitung 52 eine logische Eins ist, so ist diese Stufe zum Voraufladen ausgewählt. Unter dieser Bedingung werden die UND-Gatter 72 und 74 entaktiviert und das UND-Gatter 76 aktiviert. Außerdem wird die logische Eins des Voraufladungssignals auf der Leitung 50 über das ODER-Gatter 78 zum Steueranschluß 58′ des Puffers 56′ übertragen, so daß dieser in einen Hochimpedanz- Zustand gebracht wird, bei dem der Anschluß 46′ als Eingangsanschluß verwendet werden kann. Auf dem Anschluß 46′ anstehende Eingangsdaten werden daher über die Leitung 44′ an das aktivierte UND-Gatter 76 und von dort über die Leitung 90, das ODER-Gatter 80 und die Leitung 42′ zum D-Anschluß des Flipflops 18′ übertragen. Auf diese Weise wird das Flipflop 18′ mit den am Eingangs/Ausgangs-Anschluß 46′ anstehenden Daten voraufgeladen, wobei das Flipflop 18′ eine Stufe des Akkumulatorregisters 18 (Fig. 1) darstellt.

Wie oben erwähnt, braucht nicht das gesamte Akkumulatorregister 18 (Fig. 1) mit Eingangsdaten voraufgeladen werden, sondern es genügt die Voraufladung ausgewählter Felder. In diesen Fällen ist es notwendig, den Inhalt derjenigen Teile des Akkumulatorregisters 18 zu erhalten, welche nicht aufgeladen werden. Dies könnte in etwas ungeschickter Weise dadurch geschehen, daß getrennte Taktsignale für die getrennten Felder des Akkumulatorregisters 18 vorgesehen werden. Die erfindungsgemäße Schaltung erreicht das gleiche Ergebnis unter Verwendung nur eines einzigen Produkt-Taktsignals auf der Leitung 66. Wenn das Voraufladungssignal auf der Leitung 50 eine logische Eins und das Feldauswahlsignal auf der Leitung 52 eine logische Null ist, sind die UND-Gatter 74 und 76 entaktiviert und das UND-Gatter 72 ist aktiviert. Die Daten werden dann vom Q-Ausgang des Flipflops 18′ über die Leitungen 26″ und 48′ über das UND-Gatter 72 und von dort über die Leitung 86, das ODER-Gatter 80 und die Leitung 42′ zum D-Anschluß des Flipflops 18′ zurückgekoppelt. Wenn daher ein ausgewähltes Feld des Akkumulatorregisters 18 (Fig. 1) durch geeignetes Anlegen des Voraufladungssignals auf der Leitung 50 und der Feldauswahlsignale auf der Leitung 72 mit Daten voraufgeladen wird, bleiben die von der Voraufladung unberührten Felder des Akkumulatorregisters durch Recirkulation ihres Inhalts über die Voraufladungssteuerlogik 40′ erhalten.

Die Operationsweise der Akkumulatorsteuerschaltung 28′ wird aus der in Fig. 2 gezeigten genauen Logikschaltung deutlich. Wenn das Akkumulator- bzw. Saldiersignal auf der Leitung 62 eine logische Null ist, so wird das UND-Gatter 94 entaktiviert, und auf der Leitung 30′ erscheint ein Ausgangssignal in Form einer logischen Null unabhängig vom Zustand eines Eingangssignals auf der Leitung 26″ vom Flipflop 18′. Wenn das Akkumulatorsignal auf der Leitung 62 jedoch eine logische Eins ist, so wird das UND-Gatter 94 aktiviert, und das Ausgangssignal auf der Leitung 30′ wird teilweise vom Zustand des Additions/Subtraktionssignals auf der Leitung 64 bestimmt. Wenn das Additions/Subtraktionssignal auf der Leitung 64 eine logische Null ist, so folgt das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 96 auf der Leitung 98 dem Zustand des vom Flipflop 18′ abgeleiteten Eingangssignals. Daher erscheint das Q-Ausgangssignal des Flipflops 18′ auf der Leitung 30′ und wird als ein Eingangssignal an den Volladdierer 16′ angelegt. Der Inhalt des Akkumulatorregisters 18 ( Fig. 1) wird dann dem von der Multiplizierschaltung 14 (Fig. 1) über die Leitung 24′ zugeführten Produkt hinzuaddiert.

Wenn das Additions/Subtraktions-Steuersignal auf der Leitung 64 dagegen eine logische Eins ist, so wirkt das Exklusiv-ODER-Gatter 96 im wesentlichen als logischer Inverter, und das Komplement jedes Bits des Akkumulatorregisters 18 (Fig. 1) wird an die Volladdierer 16′ angelegt. Wie aus dem vollständigen logischen Schaltbild des erfindungsgemäßen Multiplikationsakkumulators gemäß Fig. 3 zu sehen ist, führt dies zu einer Subtraktion des Inhalts des Akkumulatorregisters 18 von der gerade anstehenden und von der Multiplizierschaltung 14 (Fig. 1) zugeführten Produktgröße.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Multiplikationsakkumulators, der von den zuvor beschriebenen Prinzipien Gebrauch macht und Acht-Bit-Eingänge und ein 19-Bit-Akkumulatorregister aufweist. Die Eingaberegister weisen acht Flipflops 10′, von denen nur zwei dargestellt sind, und acht Flipflops 12′, von denen zur Verbesserung der Übersicht ebenfalls nur zwei dargestellt sind, auf. Die Ausgangssignale der Flipflops 10′ und 12′ werden an Eingangsanschlüsse der Multiplizierschaltung 14 angelegt, welche in Fig. 4 genauer gezeigt ist. Die Produkt-Ausgangsfelder sind in der Multiplizierschaltung 14 als PR _SGN bis PR₆ und PR₇ bis PR₁₄ angegeben. Die in diesem Falle gewählte Unterteilung des Akkumulatorregisters 18 (Fig. 1) soll das am niedrigsten bewertete Produktfeld als PR₇ bis PR₁₄ und das am höchsten bewertete Produktfeld als PR _SGN bis PR₆ berücksichtigen. Das erweiterte Produktfeld enthält drei Bits von zusätzlicher Bedeutung, die durch die Flipflops angegeben sind, welche keine direkt von der Multiplizierschaltung 14 abgeleiteten Eingänge haben.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, wird das mit TSL bezeichnete Feldsteuersignal, das dem Steuersignal auf der Leitung 52 c in Fig. 1 entspricht, an die Voraufladungssteuerschaltungsstufen 40′ entsprechend den acht am niedrigsten bewerteten Bits des Produkts angelegt, das sind die von den Ausgängen PR₇ bis PR₁₄ der Multiplizierschaltung 14 abgeleiteten Bits. Das Steuersignal TSM entspricht dem Feldauswahlsignal auf der Leitung 52 b in Fig. 1 und wird an die acht am höchsten bewerteten Stufen, die von den Multiplizierschaltungsausgängen PR _SGN -PR₆ beaufschlagten Stufen, angelegt. In ähnlicher Weise entspricht das Feldauswahlsignal TSE dem Signal auf der Leitung 52 a in Fig. 1 und wird an die drei erweiterten Bits oder Stufen des Akkumulatorregisters 18 angelegt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden das Akkumulatorsignal auf der Leitung 62 und das Additions/ Subtraktionssignal auf der Leitung 64 in die Flipflops 100 bzw. 102 eingetaktet. Die Q-Ausgänge der Flipflops 100 und 102 werden dann mit allen Stufen 28′ der Akkumulatorsteuerschaltung 28 verbunden. Die Q-Ausgänge der Flipflops 100 und 102 werden an ein UND-Gatter 104 angelegt, dessen Ausgangssignal an den Übertragseingang des Volladdierers 16′ in der am niedrigsten bewerteten Stufe angelegt wird. Wenn daher sowohl das Akkumulatorsignal als auch das Additions/Subtraktionssignal logische Einsen sind, was bedeutet, daß eine Subtraktionssaldierung ausgeführt werden soll, so wird eine Eins zu der am niedrigsten bewerteten Bitstelle addiert, um eine herkömmliche Subtraktionsfunktion dadurch auszuführen, daß das Zweier- Komplement des Inhalts des Akkumulatorregisters 18 genommen wird. Bekanntlich kann das negative oder Zweier- Komplement einer Binärzahl dadurch erzeugt werden, daß zuerst das Einer-Komplement, d. h. die Inversion jedes Bits genommen wird, was in der Akkumulatorsteuerschaltung geschieht, und daß in der am niedrigsten bewerteten Bitstelle eine Eins addiert wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Multiplikations-Akkumulatorschaltung weist auch einen Abrundungseingang 106 zum herkömmlichen Abrunden des Multiplikationsprodukts und einen Zweier- Komplement-Betriebseingang 108 auf. Das Signal auf dem zuletzt genannten Eingang wird in ein Flipflop 110 eingetaktet, dessen Ausgangssignal zur Aktivierung eines UND- Gatters 112 sowie zur Erzeugung einer Zweier-Komplement- Betriebsanzeige für die Multiplizierschaltung 14 verwendet wird. Wenn das UND-Gatter 112 durch die Wahl des Zweier-Komplement-Betriebs aktiviert ist, so wird das Vorzeichen-Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 14 über die Leitung 114 als Eingangssignal an das UND- Gatter 112 und von dort als Eingangssignal zu den drei Volladdierern 16′ angelegt, welche zu den drei Erweiterungsstufen des Akkumulatorregisters 18 (Fig. 1) gehören. In dem Zweier-Komplement-Betrieb werden daher die vollen neunzehn Bits durch das Vorzeichen des Produkts erweitert, so daß der Betrag im Akkumulatorregister direkt zum Produkt addiert oder von diesem subtrahiert werden kann.

Die besondere Ausführung der Multiplizierschaltung 14 ist für die Erfindung ohne besondere Bedeutung. Zum Zwecke der Erläuterung ist jedoch das genaue logische Schaltbild einer Acht-×-Acht-Binär-Multiplizierschaltung in Fig. 4 gezeigt. Die in Fig. 4 dargestellte Multiplizierschaltung ist herkömmlicher Ausführung und weist eine Anzahl von Volladdierern FA, Halbaddierern HA und anderen herkömmlichen logischen Verknüpfungsgliedern auf.

Claims (7)

1. Digitale Multiplikations-Akkumulatorschaltung in integrierter Schaltungstechnik mit einer Multiplizierschaltung, einer mit dieser verbundenen Summierschaltung und einem mit der Summierschaltung gekoppelten Akkumulatorregister zur Aufnahme von Daten aus der Summierschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Akkumulatorsteuerschaltung (28) mit dem Akkumulatorregister (18) und der Summierschaltung (16) gekoppelt ist und in Abhängigkeit von Akkumulatorsteuersignalen (62, 64), selektiv Daten vom Akkumulatorregister zur Summierschaltung überträgt und daß zwischen der Summierschaltung (16) und dem Akkumulatorregister (18) eine Voraufladungssteuerschaltung (40) eingeschaltet ist, die einen Daten von der Summierschaltung (16) eingebenden ersten Eingang (32), einen Daten von externen Eingangsanschlüssen (46) eingebenden zweiten Eingang (44) und eine in Abhängigkeit von Steuersignalen (50, 52) wirksame Verknüpfungsschaltung (72 . . . 80) zur Auswahl von Daten aus dem ersten oder zweiten Eingang und zum Übertragen dieser Daten in das Akkumulatorregister (18) aufweist, um das Akkumulatorregister mit extern zugeführten Daten voraufzuladen.

2. Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die externen Eingangsanschlüsse (46) auch als Ausgangsanschlüsse für das Akkumulatorregister (18) vorgesehen sind und daß der zweite Eingang (44) Puffer (56) zur Kopplung des Akkumulatorregisters (18) mit den Eingangs/Ausgangsanschlüssen (46) enthält, wobei die Puffer (56) zur Trennung der Eingangs/Ausgangsanschlüsse (46) von den Ausgängen (26) des Akkumulatorregisters (18) in einen Hoch-Impedanz-Zustand umschaltbar sind.

3. Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer (56) zwischen dem Akkumulator (18) und den Eingangs/Ausgangs- Anschlüssen (46) eingeschaltet und als Drei-Zustands- Puffer ausgebildet sind.

4. Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Voraufladungssteuerschaltung (40) einen dritten Eingang (26″, 48′) zur Eingabe von Daten aus dem Akkumulatorregister (18′) selbst aufweist und daß die Verknüpfungsschaltung Verknüpfungsglieder (72, 74, 76) enthält, die in Abhängigkeit vom Zustand eines Voraufladungssteuersignals (50) und eines Feldauswahlsignals (52) Daten vom ersten (32′), zweiten (44′) und dritten (48′) Eingang auswählen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Feldauswahlsignal (52) an ausgewählte Stufen (40′) der Voraufladungssteuerschaltung (40) anlegbar und nur ausgewählte Felder des Akkumulatorregisters (18) voraufladbar sind, während die nicht-ausgewählten Felder des Akkumulatorregisters (18) durch Rückführung der Daten über den dritten Eingang (26″, 48′) erhalten bleiben.

5. Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Voraufladungssteuerschaltung (40) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie in Abhängigkeit von einem ersten Zustand eines Voraufladungssteuersignals (50) Eingangsdaten von der Summierschaltung (16) auswählt, in Abhängigkeit von einem zweiten Zustand des Voraufladungssteuersignals (50) und einem ersten Zustand eines Feldauswahlsignals (52) Eingangsdaten von den Eingangs/Ausgangs- Anschlüssen (46) auswählt und die Puffer (56) in den Hoch-Impedanz-Zustand schaltet und in Abhängigkeit von dem zweiten Zustand des Voraufladungssteuersignals (50) und einem zweiten Zustand des Feldauswahlsignals (52) Eingangsdaten von dem Akkumulatorregister (18) auswählt und die Puffer (56) aus dem Hoch-Impedanz-Zustand herausschaltet, wobei das Feldauswahlsignal (52) an ein oder mehrere ausgewählte Felder der Voraufladungssteuerschaltung (40) anlegbar ist, um ein oder mehrere entsprechende ausgewählte Felder des Akkumulatorregisters (18) mit Eingangsdaten voraufzuladen.

6. Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatorsteuerschaltung (28) an die Ausgänge des Akkumulatorregisters (18) und einen Eingang der Summierschaltung (16) angeschaltet und derart ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von Steuersignalen (62, 64) den Inhalt des Akkumulatorregisters (18) entweder zu dem von der Multiplizierschaltung (14) erzeugten Produkt addiert oder von dem Produkt subtrahiert oder das Produkt ungeändert läßt, so daß die Schaltung als reine Multiplizierschaltung wirkt.

7. Multiplikations-Akkumulatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Voraufladungssteuerschaltung (40′) ein Eingangsdaten aus der Summierschaltung (16′) auswählendes erstes Gatter (74), ein Eingangsdaten von den Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen (46′) auswählendes zweites Gatter (76), ein Eingangsdaten (48′) aus dem Akkumulatorregister (18′) auswählendes drittes Gatter (72), ein von dem ersten, zweiten oder dritten Gatter ausgewählte Daten zum Akkumulatorregister (18) übertragendes viertes Gatter (80) und ein fünftes Gatter (78) aufweist, das den Drei-Zustands-Puffer (56′) in den Hoch-Impedanz- Zustand umschaltet, wenn entweder das zweite Gatter (76) zur Auswahl der Eingangsdaten von den Eingangs/Ausgangs- Anschlüssen (46′) aktiviert ist oder ein Feldauswahlsignal (52) in einem besonderen Zustand ist.