Многофункциональный логический модуль Советский патент 1984 года по МПК G06F7/00 H03K19/00 

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 логический модуль, содержащий М элементов И, элементов НЕ и элемент ИЛИ, которые соединены в М-разрядный селектор-мультиплексор, П адресных входов которого соединены с информационными входами модуля , М информационных входов селектора-мультиплексора, соединены с входами модуля, а выход селекторамультиплексора соединен с информационным выходом многофункционального логического модуля СП.

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-мультигшексор, 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 триггера соединен с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, соединенного выходом с автономным (М+П-м информационным входом селектора-мультиплексора, п аДресных входов которого (п 1о§2М) соединены с информационными входами модуля, выход селекторамультиплексора - с информационным выходом модуля, а вход синхронизации селектора-мультиплексора соединен с входом синхронизации триггера, одноименным входом модуля f2J,

Недостатком известного устройства вляется ограниченность его функцйональ№1х возможностей, исключающая адаптивное вычисление модулем с паятью: произвольных Логических словий и арифметической суммы для оследовательностных значений булевых ункций, реализуе 1х комбинационной . автомата в виде последоваепьного 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, наприме для программно-управляемой шифрации /дешифрации потока цифровой информации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей модуля .

Поставленная цель достигается те что в многофункциональный логический модуль, содержащий триггер, элемент ЗлПРЕТ и селектор-мультиплексор, состоящий из М элементов И,-П элементов НЕ (n log2M) и элемента ИЛИ, каждый -j-и вход модуля, где -j 1,2,... ,М, соединен с первым входом -j -го элемента И, выход каждого из которых подключен к входу элемента ИЛИ, СМ+1)-й вход которого подключен к автономному информационному входу селектора-мультипп-ексора, а выход - к первому информационному выходу модуля, каждый i-и информационный вход модуля , где i I ,2 ,. .., п соединен с (i+l)-H входами каждого из трех элементов И селекторамультиплексора, в двоично-алфавитном отображении д-го номера которых одноименной г -и весовой позиции соответствует логическая 1, а через г-и элемент НЕ - с (i + П-и входами каждого из тех элементов И, в двоично-алфавитном отображении -го номера которых одноименной i,-и весовой позиции соответствует логический О, вход синхронизации селектора-мультиплексора соединен с (п+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, введены элемент 2И, элемент задержки и дополнительный элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с входом синхронизации модуля и через элемент задержки с входом синхроннаацин селектора-мультиплексора, второй вход

дополнительногоэлемента ИГЩ соединен с нервым информационным выходом модуля и с первым входом элемента 2И, выход которого соединен с информагщонным 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 S-входу триггера, инверсный выход которого соединен с вторым информационным выходом модуля.

На чертеже представлена структурная схема многофункционального логического модуля для случая л 2 и .

Устройство содержит селектор-мультиплексор 1, состоящий из элементов И I 3, где 1 ,2 ,.. . , М , элементов НЕ 2 i, где ,2,...,и, и многовходового элемента ИЛИ 3, триггер 4, элемент ЗАПРЕТ 5, элемент 2И 6, элемент 7 задержки элемент ИЛИ 8, информационные входы (г 1,2,. ..,П) , входы 10 -j , ( 1,2,...,м), информационные первый I1 и второй I2 выходы, вход 13 синхронизации и управляющий вход 14, третий информационный выход 15.

Устройство работает следующим образом.

На информационные входы и модуля подаются входгые двоичные переменные X/i и Xij, а на входы - - наборы двоичных Уу( Уц . кодовых комбинаций настройки модуля на реализацию его комбинационной частью соответствующей логической функции, определяемой структурной логической зависимостью

С(хгХ2 Y,vx,-X2 YzvXiXz-Y v X, Vz-Y.Таким образом, в зависимости от значений сигналов настройки У - УА комбинационной частью автомата (т.е. селектором-мультиплексором) может быть реализована любая из 16 логических функций от двух (X и Х-) входных переменщз1х, а при произвольном варьировании той или иной частью сигналов настройки УА 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 логических условий для входных переменных

(X, и X2)производится по полному

М 2 -мерному двоичному набору , например, при задании и УХ У, 0 на выходе модуля реализуется функция неравнозначности 2

Х Х2 + Х Xj, а при задании УЗ, y/v 1 и У У О на выходе модуля реализуется уже функция равнозначности Х,-Х2 + X;,- Х и т.д. При этом имеется в виду,

5 что синхросигнал С на входе 13

синхронизации модуля отвечает уровню логической 1, а сигнал W на управляющем входе 14 модуля таков, что исключено участие триггера 4 в

0 формировании сигнала 5 на первом информационном выходе II модуля.

В зависимости от двоичного значения координаты W, управляющей глубиной памяти автомата, логичес5 кий модуль может функционировать в

четырех различных режимах,

В первом режиме, когда управляющий вход 14 соединен с источником нулевой логической константы

(), режим функционирования модуля характеризуется запоминанием информационного -t состояния автомата на весь интервал дискретности, отсчитываемый для, информационного

5 выхода П по положительному /переднему фронту тактового импульса, а j для информационного выхода 12 - по отрицательному (заднему) фронту импульса синхронизации.

0 Во втором режиме, когда управЛЯЮ1ЦИЙ вход 14 соединен с источником единичной логической константы ( ) режим функционирования модуля характеризуется наличием информа5 ционного сигнала на первом его выходе 11 лишь в течение действия тактового импульса С и отрицанием 2. состояния на втором информационном выходе 12 в течение всего

0 интервала дискретности, отсчитываемого по спаду импульса синхронизации,

В третьем режиме, когда сигнал иа управляющем входе 14 совпадает с

j сигналом на первом информационном -выходе 11 (W-H), модуль функцио:Нирует кдк чисто комбинационная схема (с стробироваиием, при которой триггер. 4 памяти принудительно удерживается в отсчетном (едини чном состоянии.

в четвертом режиме, когда сигнал на управляющем входе 14 совпадает с сигналом на втором информационном R-выходе 12 (W,P), модуль функционирует в режиме одноразрядного накапливающего сумматора для последовательностных значений логических функций,вырабатываемь1х комбинационной частью автомата при каждом такте обработки входных переменных.

Таким образом, логический модуль обеспечивает расширение функциональных возможностей путем управления глубиной памяти автомата, позволяет в первом, втором и четвертом режимах использовать в качестве одно из входных переменных то -или иное отображение значения логической функции .,, , выработанное автоматом в предыдущем (t-l)-M тактовом интервале обработки операндов. В первом режиме (), модуль функционирует слёдуюЕ1им образом.

При поступлении тактового импульса () на вход 13 сиихронизаlyiu модуля снимается блокировка с селектора-мультиплексора I с задержкой, вносимой элементом 7 для компенсации времени включения триггера 4. Одновременно по первому входу запрета элемента ЗАПРЕТ .5 блокируется передача в автономный информационный вход селектора-мультиплексора значения логической функции it-. ,записанного в триггер 4 памяти в предыдущем тактовом интервале. В результате на информационный вход 1I модуля выставляется ново значение логической функции 2t, , которое в момент окончания тактового импульса (при переходе сигнала С из нулевого состояния в единичное) записывается в триггер 4.

В случае -2 1 сигнал логической 1 с информадионного выхода II j модуля через элемент ИЛИ 8 предотiвращает принудительное удержание триггера 4 в единичном (относительно его прямого Q-выхЬда) состоянии, вследствие чего триггер 4 по спаду тактового С импульса возводится в нулевое состояние (). Соответственно единичный логический сигнал с Q-выхбда триггера 4 поступает на информационный вход элемента ЗАПРЕТ 5,момент отпирания которого с одновременной при этом блокт-. ровной элементов И j селектора-мультиплексора синхронизирован с помощью элемента 7 задержки

из-за задержки,вносимой инвертором на первом входе запрета элемента ЗАПРЕТ 5 должно быть обеспечено его более раннее отпирание по отношению к моменту блокировки элементов И l -j, что однако не является принципиальным в силу кратковременности и малости размаха возникающего в этом случае выбега на выходном сигнале модуля . По установлении уровня на первом, входе запрета открывается элемент ЗАПРЕТ 5 и уровень логической 1 с выхода 12 поступае на автономный информационный вход селектора-мультиплексора, обеспечивая тем сакым сохранение (запоьшнание) Z 1 состояния автомата на выходах П и 12 в течение соответствую1цих для каждого из этих Ьыходов интервалов дискретности.В случае, когда решение логической функции отвечает нулевому значению сигнал S (5j.VCVW)0 с выхода элемента ИЛИ 8 обуславливае принудительную установку триггера 4 в единичное (относительно Q-выхода) состояние с выставлением при этом на информационном выходе 12 модуля сигнала Р 2 0. Таким образом, в рассматриваемом режиме функционирования модуля (W D 0) благодаря исключению в нем условий для возникновения неалгоритмических переходов триггера 4 при поступлении следующего (t+l)-ro тактового импульса i, смена ин Формационного Рсостояния автомата на его выходе 1 по отношению к Z информационному состоянию автомата на его выходе 11 происходит с временным сдвигом, равным длительности тактового импульса обработка входных переменных. Вследствие этого такой модуль, наряду с установлением им влияния эффекта гонок на стабильность вы. рабатыв.аемых им значений логических функций и соответственно повьшенйем скорости их вычисления (за счет возможности сокращения в этом случае длительности тактового импул эса С), позволяет вычислять произвольные логические условия также и для последовательностных значений ...,Z , 2, Z,..., реализуемых логических функций путем ис-. пользования сшпала с информацион iroro пыхода 12 модуля в качертве од ной из входных Х или настроечных Yj переменных. Во втором режиме функционирования, когда и соответственно ког да сигнал S с выхода элемента ИЛИ 8 также S(WACAZ) | , запись данных в триггер 4 производится уже по информационному D-входу. В то же время в силу принудительной блокировки () элемента ЗАПРЕТ 5 по второму входу запрета исключается передача сигналов триггера 4 в селектор-мультиплексор Г и сигнал на выходе I 1 мoдyJlя присутствует лишь в течение действия тактового импульса С. Благодаря этому во втором режиме функционирования моду обеспечивается помехозащищенная запись данных с выхода II в триг гер 4 в моменты переходов тактовых импульсов из 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 () обеспечивается фиксация .триггера 4 в начальном единичном состоянии относительно Q-выхода с исключением участия триг гера 4 в формировании сигнала Z на информационном выходе II модуля в паузах между тактовыми импуль сами. В случае реализации на выходе И модуля значения логической функции Е I при переходе тактового импульса С из единичного в ну левое состояние подтверждается единичное состояние на Q-выходе, а при реализации ,0 сигнал S (CV2)0 с выхода элемента ИЛИ 8 обуславливает принудительное удержание триггера 4 в единичном состоя нии. Функционирование модуля в четвер том режиме () характеризуется суммированием по mod 2 значений логических функций ...,- , 2 2 ..., в качестве одного из слагаемых поочередно реализуемых на информаци онном выходе И модуля в виде после довательного времяимпульсного кода. Соответствуюише каждому из указанны операндов последовательности значения младшего разряда другого слаг мого образуются как результат последовательного выполнения sniKpoonepaций нaкaш ивaюп eгo типа .,., (( P4.t®2i-iV ). Z ),..., поочередно храни(«ых на информационном выходе 12 модуля . При этом отсчет интервала хранения дискретности Р состояния автомата в данном режиме также произ водится по отрицательному (заднему) фронту тактового импульса G , определяющему момент записи результата очередного суммирования в триггер А памяти, используемый в качестве счетного триггера единичных 2 1 состояний автомата. Например, после принятия операндом Р. 0 нулевого значения в (t-l)-M тактовом интервале (равносильное выполнению микрооперации начальной установки ) состояние триггера 4 при следующем такте работы может измениться лишь в случае реализации на i -выходе модуля значения 2 . Если при следующем такте работы модуля i-t принимает нулевое значение, то сигнал S(ZfVQVC)0 с выхода элемента ИЛИ 8 обеспечивает принудительное удержание триггера -4 в единичном /относительно й-выхода). состоянии. В случае же реализации . соответственно формирования сигнала S 1 триггер 4 по отрицательному фронту тактового импульса -С возводится в ь|улевое со стояние и выставляет на и -выходе сигнала Р 1. Этот сигнал поступает на второй вход запрета элемента ЗАПРЕТ 5 и исключает возможность пропускания сигнала Q 1 элемента ЗАПРЕТ 5 на Информационь1й выход 1 1 модуля в период блокировки селектора-мультиплексора при паузах t 0 между тактовыми импульсами. Тем самым обеспечивается подавление условий для неалгоритмических переходов триггера 4 из-за опаёных состязаний,, которые в противном случае могут возникнут-ь в начале следующего (t+l)-ro тактового интервала работы модуля в ситуации когда при значение 1. сменяется значением 2.0. Кроме того, использование подобной самоблокировки селектора-мультиплексора 1 при С 0 и Р. 0 1 не предопределяет.принудительного сброса триггера 4 в Q 0 состояние

по его S -входу после установления на информационном выходе 11 модуля состояния 2 0 при . 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 4я1ксации сигнала S(E VWVVC) 1 путем передачи с СЗ -выхода триггера 4 на W вход () элемента ИЛИ 8 сигнала логической 1. Благодаря автоматической фиксации сигнала при триггер 4 при всех последующих реализациях 2 0 сохраняет неизменным свое состояние, при каждом таком такте работы модуля подтверждая состояние б. 1.

В то же время при реализации, например,в (t+l)-M тактовом интервале значения логической функции сигнал с информационного выхода I1 поступает на вход элемента 2И 6, и в силу наличия сигнала лгической I также и на другом .1)(йО-входе элемента 2И 6 формирует на информационном выходе 15 модуля сигнал Переноса в следующий разряд. Одновременно сигнал поступает на информационный вход триггера 4 и при переходе С из единичного в нулевое состояние обуславливает его сброс в состояние Q I при котором значение младшего разряда последовательностной сумь&1 реализованных логических функций вновь принимает нулевое значение Р.0, Таким образом, в рассмотренном режиме функционирования () предлагаемый модуль наряду с вычисление произвольных логических условий для входных переменных обеспечивает также, получение арифметической сум№1 последовательностных значений реализуемых переключательных функций операндов, что позволяет использовать его как при построении логических, так и арифметикологических узлов ЭВМ. С другой стороны такое расширение функциональных и структурных возможностей модуля определяет возможность его использования для синтеза программируеьых матричных устройств дискретной 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 переходов, декомпозиционной реализации произвольной последовательностной схемы с наперед заданными выходными функциями. Наличие управления глубиной памяти автомата и возможности настройки его комбинационной части как в естественном позиционном коде по набору У:, так и в двоичном коде по адресному набору Х, допускает уже сравнительно простую I ослабленную структурную зависимость) реализацию разнотипного набора микроопераций, включая счет, сдвиг и нормализацию операндов. Так, при использовании, например, в четвертом режиме () выходной функции Р в качестве функции местной обратной связи, подаваемой на дополнительно используемый в этом случае за счет увеличения разрядности информационный. вход модуля X j., обеспечивается . возможность одновременно с реализацией логической функции Ч. от текущих входных переменных Х, (i 1,2,...,п) осуществлять также ее сопоставление (сравнение) со своим предшественником Р.(-. При этом вместе с выставлением на первом информационном -выходе модуля значения функции t обеспечивается автоматическая в соответствии с микрооперацией Р. ® Рг дешифрация (восстановление) реализованной логической функции Д-

кущих входных переменных и ее запоминание на втором информационном р-выходе модуля для циклического обращения Ч. при следующем такте обработки операндов или при селективной (например, от ячейки к ячейке клеточной структуры) пе.редаче потока логических, цифровых или алфавитно-цифровых .

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.