Многофункциональный модуль

Многофункциональный модуль

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ, содержащий триггеры нулевого и первого разрядов, первый и второй мультиплексоры , информационные входы которых соединены с группой управляюи их входов модуля, выхода первого и второго мультиплексоров подключены к информационным входам триггеров нулевого и первого разрядов соответственно , а также к асинхронным выходам данных нулевого и первого ра-з рядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы первого / мультиплексора соединены соответственно с выходом триггера нулевого разряда, входом данных нулевогоразряда модуля, входом переноса модуля и выходом триггера первого разряда, первый, второй и третий управляющие входы втррого мультиплексора подключены соответственно к выходу триггера первого разряда, входу данных первого разряда модуля и входу обратной связи модуля, при этом выходы триггеров нулевого и первого разрядов соединены с выхсщс1ми данных нулевого и первого разрядов модуля соответственно , отличающийся тем, что, с целью упрощения модуля и сокращения количества внешних выводов, он содержит нервый и второй Ь -триггеры и элемент И, первый и второй входы и выход которого подключены соответственно к тактовому и управ- .i «Л ляющему входам модуля и входам синхронизации триггеров нулевого и первого разрядов, информационные входы первого и второго И -триггеров соединены с выходги и соответственно ; первого и второго мультиплексоров, входы синхронизации 1) -триггеров пoдкJaoчeны к управляюцему входу мо- , дуля, а внкоды первого и второго . | 1)-триггеров соединены соответствено а: но с четвёртым управляшцим входом f второго мультиплексора и выходом пек реноса модуля. 4 СО |

89 SUB 7 А

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 G 06 F 7/00 G 06 F 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3315884/18-24 (22) 17.07.81 (46) 15.01.84. Бюл. Р 2 (72) M.А.Гладштейн, В.М.Комаров и В.A.Баскаков (71) Рыбинский авиационный технологический институт (53) 681. 325 (088. 8 ) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2771989/18-24, кл. G 06 F 7/00, G 06 F 9/20, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2786482/18-24, кл. G 06 F 15/00, 1979 (прототип). (54) (57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫ МОДУЛЬ, содержащий триггеры нулевого и перво..

ro разрядов, первый и второй мультиплексоры, информационные входы которых соединены с группой управляющих входов модуля, выходы первого и второго мультиплексоров подключены к информационным-входам триггеров нулеsoro и первого разрядов соответственно, а также к асинхронным выходам данных нулевого и первого разрядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы первого мультиплексора соединены соответственно с выходом триггера нулевого разряда, входом данных нулевого разряда модуля, входом переноса модуля и выходом триггера первого разряда, первый, второй и третий управляющие входы второго мультиплексора подключены соответственно к выходу триггера первого разряда, входу данных первого разряда модуля и входу обратной связи модуля, при этом выходы триг герон нулевого и первого разрядов соединены с выходами данных нулевого и первого разрядов модуля соответственно, отличающийся тем, что, с целью упрощения модуля н сокращения количества внеыннх выводов, он содержит первый и второй Ъ -триггеры и элемент И, первый и второй входы и выход которого подключены соответственно к тактовому и управляющему входам модуля н входам синхронизации триггеров нулевого и первого разрядов, информационные входы первого и второго Ъ -триггеров соединены с выходами соответственно Я первого н второго мультиплексоров, входы синхронизации Ъ -триггеров подключены к управляющему входу модуля, а выходы первого и второго !

))-триггеров соединены соответственно с четвертым управляющим входом второго мультиплексора и выходом пе-: реноса модуля.

1 067497

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение при построении специализированных и универсальных ЭВМ.

Известен многофункциональный мо дуль, содержащий регистр-аккумулятор,.5 группу управлгющих входов, входы и выходы данных и функционального переноса направо и налево, тактовый вход, кроме того, содержащий восемь селекторов-мультиплексоров (1 . !О

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и большое количество внешних выводов.

Наиболее близким к изобретению яв- 5 ляется многофункциональный модуль, содержащий триггеры нулевого и первого разрядов, первый и второй муль-.. типлексоры, информационные входы которых соединены с группой управляю щих входов модуля, выходы первого и второго мультиплексоров подключены к информационным входам триггеров нулевого и первого разрядов соответственно, а также к асинхронным выходам данных нулевого и первого разрядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы первого мультиплексора соединены соответственно с выходом триггера нулевого разряда, входом данных нулевого разряда модуля, входом переноса модуля и выходом триггера первого разряда, первый, второй и третий управляющие входы второго мультиплексора подклю-., чены соответственно к выходу тригге- 35 ра первого разряда, входу данных первого разряда модуля и входу обрат-. ной связи модуля, при этом выходы триггеров нулевого и первого разрядов соединены с выходами данных 40 нулевого и первого разрядов модуля соответственно L2 3.

Недостатками данного многофункционального модуля являются сложность 45 конструкции и большое количество внешних выводов 44 вывода без учета выводов для питания устройства) .

Это значительно затрудняет микроBJ1eKTPoHHJJIo PeGJlH3ckgHI0 QcRHHDEo Mo 50 дуля, так как используемая площадь кристалла и количество внешних выводов из корпуса являются основными критериями при микроэлектронной реализации устройств и близки в данном модуле к предельным значениям. Поскольку при современном уровне развития вычислительной техники невозможность микроэлектронной реализации вычислительного узла является практически непреодолимой преградой для 60 его широкого внедрения, то эти недостатки являются очень серьезными и данный многофункциональный модуль может иметь лишь ограниченную область применения. 65

Цель изобретения — упрощение модуля и сокращение количества внешних выводов.

Поставленная цель достигается тем, что в многофункциональный модуль, содержащий триггеры нулевого и первого разрядов, первый и второй мультиплексоры, информационные входы которых соединены с группой управляющих входов модуля, выходы первого и второго мультиплексоров подключены к информационным входам триггеров нулевого и первого разрядов соответственно, а также к асинхронным выходам данных нулевого и первого разрядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы первого мультиплексора соединены соответственно с выходом триггера нулевого разряда, входом данных нулевого разряда модуля, входом переноса модуля и выходом триггера первого разряда, первый, второй и третий управляющие входы второго мультиплексора подключены соответственно к выходу триггера первого разряда, входу данных первого разряда модуля и входу обратной связи модуля, при этом выходы триггеров нулевого и первого разрядов соединены с выходами данных нулевого и первого разрядов модуля соответственно, введены первый и второй В -триггеры и элемент И, первый и второй входы и выход которого подключены соответственно к тактовому и управляющему входам модуля и входам синхронизации триггеров нулевого и первого разрядов, информационные входы первого и второго D -триггеров соединены с выходами соответственно первого и второго мультиплексоров, входы синхронизации ) -триггеров подключены к управляющему входу модуля, а выходы первого и вторОго Э -триггеров соединены соответственно с четвертым управляющим входом второго мультиплексора и выходом переноса модуля.

На фиг.1 изображена схема много-, функционального модуля, на фиг.2 его временная диаграмма поясняющая работу модуля.

Многофункциональный модуль содержит триггеры 1 и 2 нулевого и первого разрядов, первый и второй мультиплексоры 3 и 4, информационные входы которых соединены с группой 5 управляющих входов модуля, выходы мультиплексоров 3 и 4 подключены к инФормационным входам триггеров 1 и

2 соответственно, а также к асинхронным выходам 6 и 7 данных нулевого и первого разрядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входи первого мультиплексора 3 соединены соответственно с выходом триггера 1, входом 8 данных нулевого

1087497 разряда модуля, входом 9 переноса модуля и выходом триггера 2, первый, второй и третий управляющие входы мультиплексора 4 подключены соответственно к выходу триггера 2, входу

10 данных первого разряда модуля и входу 11 обратной связи модуля. При этом выходы триггеров 1 и 2 соединены с выходами 12 и 13 данных нулевого и первого разрядов модуля соответственно. i0

Кроме того, модуль содержит первый и второй Ъ -триггеры 14 и 15 и элемент И 16, первый и второй входы и выход которого подключены соответственно к тактовому 17 и управляющему35

18 входам модуля и входам синхронизации триггеров 1 и 2, информацион ные входы триггеров 14 и 15 соединены с выходами соответственно мультиплексоров 3 и 4, входы синхронизации " 20

D-триггеров подключены к управляющему входу 18 модуля, а выходы триггеров 14 и 15 соединены соответственно с четвертым управляющим входом мультиплексора 4 и выходом 10 перено. 25 са модуля.

Многофункциональный модуль работает следующим образом.

Все арифметико-логические операции могут быть разбиты на две группы. В первой из них результат операции в некотором разряде формируется исходя из заданного кода операции и значений операндов в этом разряде с учетом переносов в него справа и слева. Во второй группе результат операции в некотором разряде формируется без учета переносов в этот разряд. Поскольку алгоритм решения задачи в общем случае содержит арифметико-логические операции обеих групп, то. 40 каждый разрядный фрагмент вычислительного устройства должен содержать управляемые от блока микропрограммного управления логические схемы вычисления переносов, которые не используются при реализации операций второй группы. Так как операции второй группы составляют большую часть операций, необходимых для решения любой задачи, то в результате этого практи-5О чески в течение всего времени работы устройства. существует большая аппаратурная избыточность (неиспользуемые схемы вычисления переносов и их входы управления), что приводит к неоправданному усложнению многофункцио-. нальных модулей и увелйчению внешних выводов из корпуса при их микроэлектронной реализации.

В данном многофункциональном мо- 60 дуле для вычисления, переносов и результатов операции используются одни и те же мультиплексоры 3 и 4, управляемые кодом операции, поступающим на группу управляющих входов 5. При, g5 этом арифметико-логические операцйи первой группы реализуются эа два такта машинного времени, в первом иэ которых вычисляется значение переноса из каждого разряда, запоминаемое в соответствующих D -триггерах 14 и

15, а во втором — значение операции в этом разряде с учетом переноса.

Двоичный код управления, подаваемый по группе 5 входов, ширина которой равна 16 бит, определяет вид операции, реализуемой в данном такте машинного времени. Разделение тактов машинного времени на такты для вычисления переносов и результатов операции осуществляется сигналом, поступающим йа вход 18. При наличии на входе 18 .сигнала логической "1" осуществляется вычисление сигналов переноса каждого разряда. Вычисление этих сигналов осуществляется мульти плексорами 3 или 4 в соответствии с кодом операции на группе 5 входов сигналами на входах 8 и 10, сигналами с выходов триггеров 1 или 2, со входа переноса 9 или с выхода триггера 14, а также сигналами переноса„ вправо, поступающими с выхода триггера 2 или входа 11. В этом такте

1)-триггеры 14 и 15 открыты сигналом со входа 18 и запоминают значение соответствующих сигналов переноса. При этом сигнал со входа 18 с помощью элемента И 16 по инверсному входу блокирует сигнал синхронизации на входах триггеров 1 и 2. В результате этого их состояния в этом такте не изменятся..

При переходе к следующему такту машинного времени (такту вычисления результата операции) сигнал на входе 18 должен принимать значение, равное логическому "0". Это обеспечивает запираиие D -триггеров 14 и 15, хранящих сигналы переноса, и пропускание импульсов синхронизации со входа 18 на входы триггеров 1 и 2.

В этом такте машинного времени мультиплексоры 3 или 4 вычисляют значение результата операции, заданной кодом на группе 5 входов. Результат операции в каждом разряде является произвольной переключательной функцией четырех аргументов: сигнала на входах данных (8 или 10), выходного сигнала соответствующего триггера (1 или 2), сигнала переноса, поступающего с входа 9 переноса или триггера 24, и сигнала переноса вправо, поступающего с выхода триггера 2 или входа 11. При этом сигнал с выхода триггера 15 поступает на выход 19 и участвует в образовании результатов операции в последующих модулях. Череэ интервал времени, равный времени переключения мультиплексоров 3 и 4, результат операции устанавливается на

1067497 асинхронных выходах 6 и 7. По фронту тактового импульса, поступающего с входа 17 через открытый элемент И

16 на вход синхронизации триггеров

1 и 2, происходит запись результата операции с выходов 6 и 7 в триггеры

1 и 2. Этот результат поступает на выходы 12 и 13 °

При реализации операций второй группы сигнал на входе 18 всегда равен логическому "0" и в каждом такте машинного времени (аналогично выше рассмотренному), формируются результаты операций, задаваемых кодом на группе 5 входов. Поскольку большая часть арифметико-логических операций реализуется беэ учета переноса, то быстродействие данного модуля практически равно быстродействию известного модуля при сохранении тех же функциональных возможностей.

При последовательном соединении нескольких многофункциональных модулей для образования многоразрядного вычислителя выход 12 каждого после,дующего модуля должен соединяться с

:входом 11 предыдущего модуля для образования цепи переноса вправо.

Таблица истинности„ описывающая работу многофункционального модуля в режимах формирования сигналов переноса и выполнения основных опера- ций с учетом всех информационных и управляющих входов мультиплексоров, поступающий через группы 5, входов на информационные входы мультиплексоров 3 и 4 в режимах формирования сигналов переноса и выполнения основной операции, однозначно совпадает со значениями соответствующих переключательных функций на соответствующих наборах аргументов. Исходя из этого очевидно, что определяя значения этих переключательных функций на всех наборах в соответствии с требуемой для реализации операцией, легко определить код управления на группе 5, необходимый для выполнения этой операции.

Коды управления операциями, приведенные в таблице, получены иэ предположения, что первый управляющий

10 вход мультиплексоров имеет вес 2

7.

У второй 2, третий 2", четвертый 2

При этом символом A обозначено состояние триггеров 1 и 2 нулевого и первого разрядов, а б — число на

)5 входах 8 и 10.

Временные диаграммы, поясняющие работу модуля в режимах (тактах) формирования сигналов переноса и выполнения основной операции, приведены на фиг.2. При этом предполагается, что входные сигналы, поступающие на вход 9 и вход 11, формируются аналогичными по выполнению пред щущим и последующим многофункциональными модулями °

Таким образом, предлагаемяй многофункциональный модуль при сохранении функциональных возможностей и быстродействия известного модуля требует для реализации почти вдвое меньших аппаратурных затрат (эа счет исключения мультиплексоров для вычисления переноса) и почти вдвое меньшего количества внешних выводов (27 вместо 44 в известном модуле) °

Это сущеатвенно расширяет воэможности его микроэлектронной реализации в виде интегральной микросхемы и определяет широкую область использования при построении различных вычислительных устройств.

1067497 а!О14 О

1 1 1

1 1 1 1 !. ! . . - - - el - - -1- -1-

1 1

1 1 1 1. вт !am б jj3- г

° 4 44 1 Ч «4 еб еб еб «4

I . I 1 Ф 1 1!

I 1 1 б

14 4 1.4 4 j

I I . 1 1 1

1 I б

31г

44 О I О!О!И

1 I I I !! ! 1

1 Ф

I I

„4 Д4

1 I 1

I 1 1 ° 4

Ю

I О.«4«4«411«4«4!«41«4«4 ° 1! lett е4 441OIO.!ОФ«4!О«б«41

«!Ф 1 I I I I 1 1 .Ф 1 I

1 4

° 4 Е41O I«41«4ФФ«41О О!О 1«4 IОО

I 1 l 1 I

1 I l 1 1 1

ОФ ебб е«! О!О!О!«41 е« б 1 1 ФФ 1 I 1 1

ОI О!ебеббе41ОФОIОФ«4О

I I 1

D! e4! 4! Dl

О I О е4 I 1 1 l,1:.11

° 4 «4 e41О lе! ФФ«4 О I О !О е4

1 I

1 е41НФ«Ч !

I 1

1 О

1 Ф l !

I 1

О еб

1 I 1

1 O 44 O tе4

I 1 I б 1 Ф .1

° «IО ОФО!«4 «41«41«41 е41 Оl 0101О

1 1

О 1 О 411.«4

Е! б «Чб О О ИОФ«4 Обе«1«4 D IOIO

1 О ОФО!ОФОI «4! «4О II

Эв е«IO «4 О! «41 ОФDl

1- — r-— ъ — % — т-«- °

-= -+- -1-

О О О О 1 О О 1 «4 «4 1 44 !

Об е41О 1«4 О О ОФО! Фб

1 5

1 1

1 1 ! 1

Ф ф

1!

Ф tet

ФВ

I I

Ф

1 I

Фб«1

I 4 I

81 !« б! I CI

-"a) 4 a) Е t в16!

a j K) II I Kj 3 t kj

ij

1

I

I I

3-„ I 3 !., ф

1«)Ig

Ь!3

1! l

l 1

Ф В !

1 1

III

I! 1

1! С 0С 11

t б

I 1

1 1 l

1 !

1 бб

1 4

I et б

o I a t

«бl Е 1 !!О !

lgt! (sC Ф. i

В f.!

1 бб б е

I 3В

I! 1 ббоббофвеввалббваб waaaa вввеббево евезвб4бееа а оовваэв вввввоббиав вав ваимавф еввебеяв

ФФ аеббзпи,еббЯФФ

)НВОФФВ ВВВВМиаао

1 «в4 зивебММФф

3

k 1б

1 44

I I

1 Ю t

Р

1 3 б

1 "!

46 ФЮ (1 " i (l

I

1

I

1 ! -! l5

1 Е ! В I б ф

I 1«

1 ° I

В 1

1 ф 1

1 бб 1

I3

1(.!

ja j

I б« I б«1

f1 !

1 1

I

1 б«! )

1«! Ф« а!а йбй !!

Фa!й

11 Й

106 749 7

1067497 як ичу рума урга

Улм

/юР с9ии пере аы/ ФР

Ю фФЬлу

8wu

tflPkl ЬиЫ

ИфМ ф

Рыо

input

Aa меира

&an/ я юие .Составитель Г.Виталиев

Редактор Н.Воловик Техред A.Âàáèíåé. Корректор .A.IIosx

Заказ 11210/52 Тирам 649 Нодлисное

ВНИИПИ ГосударсТвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раумская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.увгород, ул.Проектная, 4