Многофункциональный логический модуль
Иллюстрации
Реферат
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ, содержащий триггер, элемент ЗАПРЕТ и селектор-мультиплексор , состоящий из М элементов И, П элементов НЕ (n logjM) и элемента ИЛИ, каждый , -и вход модуля, где ,...,M, соединен с первым входом j-го элемента И, выход каждого из которых подключен к i -му входу элемента ИЛИ, (M+U-й вход которого подключен к автономному .информационному входу селекторамультиплексора , а выход - к первому информационному выходу модуля, каж дый I -и информационный вход модуля , где г 1,2,...,п, соединен с д,+1 -и входами каждого из тех элементов И селектора-мультиплексора , в двоично-алфавитном отображении 2 -го номера которых одноименной 1,-й весовой позиции соответГ a через i-й ствует логическая элемент НЕ - с (.г+П-и входами каждого из тех элементов И, в двоичноапфавитном отображении j-ro номера которых одноименной i-и весовой позиции соответствует логический О, вход синхро(а1зации селекторамультиго1ексора соединен с (И+2у-н входами элементов И и с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с автономист информационным входом селектора-мультиплексора , a первый вход запрета элемента ЗАПРЕТ соединен с инверсным выходом триггера вход синхронизации соединен с одноименным входом модуля, отличающийся i тем, что, с целью расширения функциональнь1х возможностей, в него введены элемент 2И, элемент задержки и дополнительный элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с входом синхронизации селектора-мультиплексора, второй вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с первым информациоишм выходом модуля и с первым входом Iэлемента 2И, выход которого ооеди:о нен с. информационным входом триггера vl и с дополнительным информационным со ел выходом модуля, третий вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с управлякицим входом модуля, вторым входом элемента 2И и вторым входом |3апрета элемента ЗАПРЕТ, a вы .ход дополнительного элемента ИЛИ соединен с S -входом триггера, инверсный выход которого соединен с вто|рым информацирнш 1м выходом модуля.
as (и)
СОЮЗ СООЕТСНИХ
РЕСПУБЛИК
IINII
AO ДВЛА1ш И806РЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ
ОпиОАНие и306РЕтениЯ н а втсеснсмм с еидатильств у
"(21) 3553526/18-21 (22) 08.02 .83 (46) 23.08.84. Бюл. 9 31 (72) Л.С.Хуршудян (53) 681.325.65(088.8) (56) l. Пранчишвнли И.В. и др. Микроэлектроника и однородные структу- ры для построения логических и вычислительных устройств. М., "Наука", 1967, с. 56, рис. 1.25.
2 ° Авторское свидетельство СССР
11 920700, кл.С 06 Р 7/00, 1982. (54) (57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЛОГИЧЕСКИИ МОДУЛЬ, содержащий триггер, элемент ЗАПРЕТ и селектор-мультиплексор, состоящий из < элемен- тов И, 1 элементов НЕ (nlog
Ъ +1 -и входами каждого иэ тех элементов И селектора-мультиплексора, в двоично-алфавитном отображении ) -ro номера которых одноименной 1-й весовой позиции соответствует логическая "1", а через 6-й элемент НŠ— с (т +11-и входами кажЗМР С 6 Р .7 00 Н 03 К 19 00 дого из тех элементов И, в двоичноапфавитном отображении 1-го Номера которых одноименной ъ -й весовой позиции соответствует логический
"0", вход синхронизации селекторамультиплексора соединен с (К+2);и входами элементов И и с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с автономным информационным входом селектора-мультиплексора, а первый вход запрета элемента ЗАПРЕТ соединен с инверсным выходом триггера, вход синхронизации соединен с одноименным входом модуля, о т л и ч а ю щ и -й с я тем, что, с целью расширения функцио- g нальных возможностей, в него введены элемент 2И, элемент задержки и дополнительный элемент ИЛИ, первый вход которого .соединен с входом синхронизации селектора-мультиплексора, второй вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с первым информационным выходом модуля и с первым входом элемента 2И, выход которого соединен с.информационным входом триггера и с дополнительным информационным выходом модуля, третий вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с управляющим входом модуля, вторым входом элемента 2И и вторым входом
;.запрета элемента ЗАПРЕТ, а выход дополнительного элемента ИЛИ соединен с В -входом триггера, инверсный выход которого соединен с вто1рым информационнЫм выходом модуля.
1 109735
Изобретение относится к программно-управляемым средствам цифровой вычислительной техники и дискретной автоматики и предназначено для реализации заданных переключательных функций операндов по соответствующим кодовым настройкам автомата и управляемой глубине его памяти.
Известен многофункциональный !
О логический модуль, содержащий !"! элементов И, n=log
Недостатком данного многофункционального модуля устройств с одним внутренним состоянием является узкий диапазон его функциональных и эксплуатационных возможностей.
Наиболее близким к изобретению является многофункциональный логический модуль, содержащий триггер, элемент ЗАПРЕТ и селектор-мультиплексор, состоящий из элементов И, ИЛИ-НЕ, информационный вход триггера соединен с информационным выходом модуля, вход синхронизационного триггера соединен с входом запрета элемента ЗАПРЕТ, а выход тригге ра соединен с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, соединенного выходом с автономным (И+11 †информа- 49 ционным входом селектора-мультиплексора, 1 адресных входов которого (n=log>M) соединены с информационны- ми входами модуля, выход селекторамультиплексора — с информационным 45 выходом модуля, а вход синхронизации селектора-мультиплексора соединен с входом синхронизации триггера, и одноименным входом модуля f 2g,.
Недостатком известного устройства является ограниченность его функциональных возможностей, исключающая адаптивное вычисление модулем с памятью: произвольных Логических условий и арифметической суммы для
55 последовательностных значений булевых функций, реализуемых комбинационной частью автомата в виде последовательного времяимпульсного кода. Наличие таких возможностей у логического модуля существенно упрощает организацию на его основе итеративных арифметико-логических устройств на произвольное число входных переменных и придает ему качества синхронного триггера с универсальной входной логикой, пригодной, например, для программно-управляемой шифрации/
/дешифрации потока цифровой информации.
Цель изобретения — расширение функционалыых возможностей модуля.
Поставленная цель достигается тем, что в многофункциональный . логический модуль, содержащий триггер, элемент З ЛРЕТ и селектор-мультиплексор, состоящий из !"! элементов И, И элементов НЕ (n=log И)
2 и элемента ИЛИ, каждый -й вход модуля, где j =1,2,...,М, соединен с первым входом j-го элемента И, выход каждого из которых подключен к -му входу элемента ИЛИ, (И+1)-й вход которîro подключен к автономному информационному входу селектора-мультиплексора, а выход — к первому информационному выходу модуля, каждый i. -й информационный вход модуля, где j,=l,2,...,! !,, соединен с (Ъ+!)-и входами каждого из трех элементов И селекторамультиплексора, в двоично-алфавитном отображении j — го номера которых одноименной i, -й весовой позиции соответствует логическая !", а через ъ -й элемент НŠ— с (i.+1)-и входами каждого из тех элементов
И, в двоично-алфавитном отображении ) -го номера которых одноименной 1.-й весовой позиции соответствует логический "0", вход синхронизации селектора-мультиплексора соединен с (m+2)-и входами элементов И и с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соеди нен с автономным информационным
:входом селектора-мультиплексора, а первый вход запрета элемента ЗАПРЕТ соединен с инверсным выходом триггера, вход синхронизации соединен с одноименным входом модуля, введены элемент 2И, элемент задержки и до0 полнительный элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с входом синхронизации модуля и через элемент задержки с входом синхронизации селектора-мультиплексора, второй вход
1109735 дополнительного элемента ИЛИ соединен с первым информационным выходом модуля и с первым входом элемента
2И, выход которого соединен с информационным входом триггера и с дополнительным информационным выходом модуля, третий вход дополни-. тельного элемента ИЛИ соединен с управляющим входом модуля, вторым входом элемента 2И и вторым входом запрета элемента ЗАПРЕТ, а выход дополнительного элемента ИЛИ подключен к ь-входу триггера, инверсный выход которого соединен с вторым информационным выходом модуля.
На чертеже представлена структурная схема многофункционального логического модуля для случая =2 и М=4. . Устройство содержит селектор-муль. типлексор 1, состоящий из элементов И 1= ), где j =1,2,..., М, элементов НЕ 2 = ъ, где =1,2,...,И, и многовходового элемента ИЛИ 3, триггер 4, элемент ЗАПРЕТ 5, элемент 2И 6, элемент 7 задержки элемент ИЛИ 8, информационные входы 9=5 (1=1,2,...,г1), входы !О = ), (j =
1,2,...,!1), информационные первый ll и второй 12 выходы, вход 13 синхронизации и управляющий вход 14, третий информационный выход 15.
Устройство работает следующим образом.
° На информационные входы 9=1 и
9=2 модуля подаются входные двоичные переменные Х „ H X а на входы 10=1 — 10=4 — наборы двоичных
УА — У кодовых комбинаций настройки модуля па реализацию его комбинационной частью соответствующей логической функции, определяемой структурной логической зависимостью
Таким образом, в зависимости от значений сигналов настройки
У вЂ” У комбинационной частью автомата (т.е. селектором-мультиплексором) может быть ре ализована любая из 16 логических функций от двух (Х н Х7) входных переме.нных, а при произвольном варьировании той или иной частью сигналов настройки У обеспечивается возможность реализации также некоторого количества функций от трех, четырех, пяти переменных и одной функции от шести переменных. В преимущественном для модуля режиме функционирования когда вычисление логичес ких условий для входных переменных (Х и Х )производится по полному л
М=2 -мерному двоичному набору (У например, при задании У„ =У =1 и
У вЂ” - У,, =О на выходе модуля реализу-. ется функция неравнозначности
= Х Х7 + Х, ° Х, а при задании
У7, =У !и У =У =Онавыходе модуля реализуется уже функция равнозначности +. Х Х + Х„" Х и т.д. При этом имеется в виду, что синхросигнал С на входе 13 синхронизации модуля отвечает уровню логической "!", а сигнал W на управляющем входе 14 модуля таков," что исключено участие триггера 4 в формировании сигнала Я на первом информационном выходе ll модуля.
В зависимости от. двоичноro значения координаты М, управляющей глубиной памяти автомата, логический модуль может функционировать в четырех различных режимах, Ъ
В первом режиме, когда управляющий вход 14 соединен с источником нулевой логической. константы (W=0), режим функционирования модуля характеризуется запоминанием информационного состояния автомата на весь интервал дискретности, отсчитываемый для, информационного
35 выхода 11 по положительному (переднему1 фронту тактового импульса, а для информационного выхода 12 — по отрицательному заднему) фронту импульса синхронизации.
46 Во втором режиме, когда управляющий вход 14 соединен с источником единичной логической константы (W 1), режим функционирования модуля характеризуется наличием информа45 ционного сигнала ф+ на первом его выходе 11 лишь в течение действия тактового импульса C: и отрицанием 2. состояния на втором информационном выходе !2 в течение всего
5О интервала дискретности, отсчитываемого по спаду импульса синхрониза ции.
В третьем режиме, когда сигнал на управляющем входе 14 совпадает с сигналом на первом информационном х -выходе 11 О1-Е) модуль функцио.нирует как чисто комбинационная
1 схема (с стробированием), при которой триггер. 4 памяти принудитель1109735 но удерживается в отсчетном (единичном) состоянии.
В четвертом режиме, когда сигнал на управляющем входе 14 совпадает с сигналом на втором информационному-выходе 12 (!1=Р), модуль функционирует в режиме одноразрядного накапливающего сумматора для последовательностных значений логичеСких функций, вырабатываемых комбинаци.— онной частью автомата при каждом такте обработки входных переменных.
Таким образом, логический модуль обеспечивает расширение функцианаль- 1 ных возможностей путем управления глубиной памяти автомата, позволяет в первом, втором и четвертом режимах использовать в качестве одной иэ входных переменных то или иное ?О отображение значения логической функции 1, выработанное автоматом в предыдущем (t-I)-м тактовом интервале обработки операндов. В первом режиме (M=O) модуль функционирует следующим образом.
При поступлении тактового им— пульса (C=l) на вход 13 синхронизации модуля снимается блокировка с селектора-мультиплексора I с задерж- гп кой, вносимой элементом 7 для компенсации времени включения триггера 4. Одновременно по первому входу запрета элемента ЗАПРЕТ 5 блокируется передача в автономный ин35 формационжгй вход селектора-мультиплексора значения логической функ. ции У ., з аписанног0 в триггер 4 памяти в предыдущем тактовом интервале. В результате на информацион- г0 ньгй вход 11 модуля выставляется новое значение логической функции 1, которое в момент окончания тактового импульса (при переходе сигнала C из нулевого состояния в единичное) записывается в триггер 4.
В случае 2 =1 сигнал логической "I" с информационного выхода II
;модуля через элемент ИЛИ 8 предот вращает принудительное удержание
50 триггера 4 в единичном (относительно его прямого Q-выхода) состоянии. вследствие чего триггер 4 по спаду тактового С импульса возводится в нулевое состояние (M=D=O) . Соответственгго единичный логический сигнал с Я-выхода триггера 4 постуггает на информационный вход элемента ЗАПРЕТ 5,момент отпирания которого с одновремеинои при этом блокь ровкой элементов И I= --j селектора-мультиплексора синхронизирован с помощью элемента 7 э адержки из-эа задержки, вносимой инвертором
I на первом входе запрета элемента
ЗАПРЕТ 5 должно быть обеспечено его более раннее отпирание по отношению к моменту блокировки элементов И
I--г, что однако не является принципиапьным в силу кратковременности и малости размаха возникающего в этом случае выбега на .выходном сигнале модуля . По установлении уровня.
С 0 на первом входе запрета открывается элемент ЗАПРЕТ 5 и уровень логической "I" с выхода 12 поступает на автономньгг информационный вход селектора-мультиплексора, обеспечивая тем самым сохранение (запоминание) Z =1 состояния автомата на выходах I) и 12 в течение соответствующих для каждого из этих выходов интервалов дискретности. В случае, когда решение логической функции отвечает нулевому значению Z =O сигнап S = (QVCVM)=0 с выхода элемента ИЛИ 8 обуславливает принудительную установку триггера 4 в единичное (относительно Q-выхода) состояние с выставлением при этом на информациогшом выходе 12 модуля сигнала Р = Ц =О. Таким образом, в рассматриваемом режиме функционирования модуля (W = D = О) благодаря исключению в нем условий для возникновения неалгоритмических переходов триггера 4 при поступлении следующего (t+1).-го тактового импульса (. смена информационного
Р состояния автомата на его выходе 12 по отношению к Ъ информационному состоянию автомата на его выходе !1 происходит с временным сдвигом, равным длительности тактового импульса обработки входных переменных. Вследствие этого такой модуль, наряду с установлением им влияния эффекта гонок на стабильность вы,рабатываемых им значений логических функций и соответственно повышением скорости их вычисления (за счет возможности сокращения в этом случае длительности тактового импульса С), позволяет вычислять произвольные логические условия также и для последовательностных значений ..., K, Kq, Z ),..., реализуемых логических функций путем ис1109735 пользования сигнала с информационного выхода 12 модуля в качестве одной из входных X или настроечных
yj переменных.
Во втором режиме функционирования, когда W=l и соответственно когда сигнал S с выхода элемента ИЛИ 8 также $=(%4 nK)=l, запись данных в триггер 4 производится уже по информационному 2 -входу. В то же время в силу принудительной блокировки (W I) элемента ЗАПРЕТ 5 по второму входу запрета исключается передача сигналов триггера 4 н селектор-мультиплексор I и сигнал Ц на выходе ll модуля присутствует лишь в течение действия тактового импульса С. Благодаря этому но нтором.режиме функционирования модуля обеспечивается помехозащищенная запись данных 2 с выхода 11 в триггер 4 в моменты переходов тактовых импульсов иэ единичного в нулевое состояние и запоминание ОТРИЦАНИЯ состояния автомата на выходе 12 в течение всего, соответствующего ,Р = выходу модуля, интервала дискретности.
При функционировании. модуля в третьем режиме (W=K) обеспечивается фиксация, триггера 4 в начальном единичном состоянии относительно (1-выхода с исключением участия триггера 4 в формировании сигнала Е на информационном выходе 11 модуля в паузах С =0 между тактовыми импульсами. В случае реализации на выходе 11 модуля значения логической функции Е "-1 при переходе тактового импульса С из единичного в нулевое состояние подтверждается единичное состояние на (1-выходе, а при реализации . =0 сигнал S (СЯ. ) 0 с выхода элемента ИЛИ 8 обуславливает принудительное удержание триггера 4 н единичном состоянии. мого образуются как результат после:довательного выполнения микроопераций накапливающего типа ..., (Р!
="-. ey+- (+:= ® .) {Pe
=p р - 1 ... поочередно храни Е+ ) мых на информационном выходе 12 модуля. При этом отсчет интервала хранения дискретности Р состояния автомата в данном режиме также. производится по отрицательному (заднему) фронту тактового импульса C определяющему момент записи результата очередного суммирования в триггер 4 памяти, используемый в качестве счет15 ного триггера единичных =! состоят ний автомата.
Например, после принятия операндом Р =0 нулевого значения н .6-1 (t-1)-м тактовом интервале (равносильное выполнению мпкрооперации начальной установки Р:=О) состояние триггера 4 при следующем такте работы может измениться лишь в случае реализации на Я -выходе модуля зна.25 чения Ъ! =1. Если при следующем такте работы модуля принимает нулевое значение, то сигнал S=(PgVQVC) 0 с выхода элемента ИЛИ 8 обеспечивает принудительное удержание триггера.4 в единичном < относительно
Q-выхода). состоянии. В случае же .реализации =1 и соответственно формирования сигнала =1 триггер 4 по отрицательному фронту тактового
35 импульса .С возводится в нулевое состояние и вь|ставляет на ь! -выходе сигнала Р+ =1. Этот сигиал поступает на второй вход запрета элемента
ЗАПРЕТ 5 и исключает возможность
4О пропускания сигнала 8 =1 элемента ЗАПРЕТ 5 на информационый выход Il модуля в период блокировки селектора-мультиплексора при паузах С =0 между тактовыми импульсами. Тем са45 мым обеспечивается подавление условий для неалгоритмических переходов триггера 4 из-за опасных состязаний,. которые в противном случае могут возникнуть в начале следующего
5р (1+1J-ro тактового интервала работы модуля в ситуации, когда при С=! значение 2 =1 сменяется значением
2 +1=0.
1О
55 еФункционирование модуля в четвертом режиме (W Ð) характеризуется суммированием по mod 2 значений логических функций ..., „, Я, ц, ..., .в качестве одного из слагаемлх поочередно реализуемых на информаци( аннам выходе 11 модуля в виде последовательного нремяимпульсного кода.
Соответствующие каждому иэ указанных операндов последовательности значения младшего разряда другого слага
Кроме того, использонание подобной самоблокировки селектора-мультиплексора I при С =0 и Р = O= 1 не предопределяет. принудительного сброса триггера 4 в Q =0 состояние
1 109735
1О по его 9 -входу после установления на информационном выходе I I модуля состояния 2 =0 при С =О. Проявлению такого негативного обстоятельства препятствует задержка момента начала, блокировки селектора-мультиплексора 1 при переходе тактового импульса С из единичного состояния в нулевое, вносимая элементом 7 для заблаговременной фиксации сигнапа S(RpVMVVC)=I путем передачи с 6 -выхода триггера 4, на 9Ч вход (И=Р) элемента ИЛИ 8 сигнала логической "1". Благодаря автоматической фиксации сигнала 5 =I при (! =1 триггер 4 при всех последующих реализациях 2 =0 сохраняет неизменным свое состояние, при каждом таком такте работы модуля подтверждая состояние Й =1.
В то же время при реализации, например,в (a+I)-м тактовом интервале значения логической функции
Е + =1 сигнал с информационного выхода II поступает на вход элемента 2И 6, и в силу наличия сигнала логической "!" также и на другом ,Ф=Й-входе элемента 2И 6 формирует на информационном выходе 15 модуля сигнал Переноса F =1 в следующий разряд. Одновременно сигнал != =1 поступает на информационный вход триггера 4 и при переходе С из единичного в нулевое состояние обуславливает его сброс в состояние 6 =О, при котором значение младшего разряда последовательностной суммы реализованных логических функций вновь принимает нулевое значение Р + =О.
Таким образом, в рассмотренном режиме функционирования (M=P) предлагаемый модуль наряду с вычислением произвольных логических условий для входных переменных обеспечивает также. получение арифметической суммы последовательностных значений реализуемых переключательных функций операндов, что позволяет использовать его как при построении логических, так и арифметикологических узлов ЭВМ. С другой стороны такое расширение функционаньных и структурных возможностей мо- . дуля определяет воэможность его использования для синтеза программируемых матричных устройств дискрет.ной автоматики, в том числе для построения однородных клеточных { эквисторных ) структур большой информационной емкости с селективной от ячейки к ячейке передачей информации и координатной выборкой искомого результата на соответствующем такте их возбуждения.
Предлагаемый модуль характеризуется как синхронный триггер с универсальной входной логикой, пригодной для корректной, т.е. исключающей возможность неалгоритмических пе" реходов, декомпозиционной реализации
15 произвольной последовательностной схемы с наперед заданными выходными функциями. Наличие управления глубиной памяти автомата и возможности настройки его комбинационной части
20 как в естественном позиционном коде по набору (у. ), так и в двоичном коде по адресйому набору (Х ), допускает уже сравнительно простую !ослабленнуюю структурную зависимость)
25 реализацию разнотипного набора микроопераций, включая счет, сдвиг и нормализацию операндов. Так, при ис. пользовании, например, в четвертом режиме (1ИР) выходной функции Р в
gg качестве функции местной обратной связи, подаваемой на дополнительно используемый в этом случае за счет увеличения разрядности информационный. вход модуля Х +, обеспечивается возможность одновременно с реализацией логической функции 9 +1 от текущих входных переменных Х;, (i=
=1,2,...,n) осуществлять также ее сопоставление (сравнение) со своим пред4О шественником Р . При этом вместе с выставлением на первом информационном Р -выходе модуля значения функции Х + =Р Ю Р обеспечивается
; автоматическая в соответствии с мик. рооперацией Р: =Р „® Р дешифрация (восстановление) реализованной логической функции Ч + для те + . кущих входных переменных и ее заломи нание на втором информационном P-выходе модуля для циклического обращения 9 „ при следующем такте обработки ойерандов или при селекP тивной (например, от ячейки к ячейке клеточной структуры) пе,редаче потока логических, цифровых или алфавитно-цифровых дан1109735
Составитель О.Скворцов
Техред А. Ач
Редактор И.Шулла
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ б084/33 Тираж 699
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! l 3035, Москва, Ж-35,, Раушская наб., д. 4/5
Корректор В.Синицкая
Подписное