Устройство для контроля данных, представленных в кодах "к"из"п Советский патент 1980 года по МПК H03M13/51 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при проектировании автоматических систем управления и передачи данных, работающих 3.кодах k из п. Известны устройства для контроля данных, представленных в кодах типа k из п, содержащие в своем составе блоки логических элементов И, ИЛИ, НЕ, сумматоры, шифраторы и дещифраторы (1 и 2. Однако известные устройства либо предназначены для контроля наличия строго определенного количества входных переменных при определенном общем количестве входных пере менных и не являются универсальными, либо при контроле большого количества входных переменных содержат чрезмерно много логических элементов в своем составе. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для контроля данных, представленных в кодах типа k из п, содержащее блоки логических элементов И, ИЛИ, имеющее многоразрядный параллельный вход и определяющее, приняли ли минимально k, а максимально () из п входных переменнь1х двоичное значение 1. Это достигается посредством элементов И, количество которых равно числу сочетаний из п по k, выходы которых подключены к элементам ИЛИ и посредством i-входовых элементов ИЛИ, количество которых равно числу сочетаний из п по n-i, выходы которых подключены к логическому элементу И, а также посредством схемы, формирующей выходные сигналы . Однако при увеличении количества входных шин п и порога срабатывания k количество логических элементов в устройстве резко возрастает. Например, при п 10, k 3 количество элементов И равно 120, при п 20, k 3 - 1140, а при п 20, k 44845. Аналогично, при увеличении количества входных шин п и порога срабатывания i количество логических элементов ИЛИ также резко возрастает. Например, при , i 43 количество элементов ИЛИ р.авно 120, при п - 20, 1140, а при п 20, i 4 4 - 4845. Причиной такого явления жит то, что известная схема строится на основе элементов И, число которых равно числу сочетаний из п по k, причем каждый элемент И требует подачи на вход k из п входных переменных, а также на основе элементов ИЛИ, число которых равно числу сочетаний из п по i. Эта особенность построения устройства приводит к существенно му увеличению количества элементов, входящи в устройство и резкому падению надежности его функционирования. Кроме того недостатко известного устройства является то, что количество входов элементов И, ИЛИ прямо зависит от порогов k и i соответственно, а количество входов элементов ИЛИ, с которым соединяются выходы элементов И, а также количество входов элементов И, с которыми сое диняются выходы элементов ИЛИ, прямо зависит от количества входов п и порогов k и |. Кроме того, схема соединений входов устройства с элементами И, ИЛИ зависит от количества входов п и порогов k и п. ВышеприведенШ)е особенности приводят к том что известное устройство не имеет в своем составе универсальных участков схемы, содержащих определенный набор логических элементов, определетшым образом связанных между собой и не зависящих от параметров п, k и i, которые позволяли бы путем добавления к устройству с параметрами п,, к и i. определенного количества универсальных участков получить устройство с параметрами п., k и 2.- Такое отсутствие универсальности усложняет использовани и эксплуатацию известного устройства. Цель изобретения - сокращение оборудования, достижение универсальности, уменьщение количества элементов, входящих в устрой ство и повыщение надежности функционирова ния устройства путем применения регулярной структуры. Поставленная цель достшается тем, что в устройство для контроля данных, представлен ных в кодах k из п, содержащее группы элементов И и группы элементов ИЛИ, введены k групп двувходовых; элементов ИЛИ и (k-1) групп двухвходовых элементов И, причем каждая i-я группа элементов И и элементов ИЛИ состоит соответственно из (n-i) элементов И и элементов ИЛИ, первый вход каждого j-ro элемента ИЛИ i-й группы соединен с выходом (j+l)-ro элемента И (i-1)-й группы и с первым входом j-ro элемента И i-й группы, выход каждого j-ro элемента ИЛИ i-й группы соединен со вторым входом (j+l)-ro элемента ИЛИ 1-й группы и со вторым входом (j-t-l)-ro элемента И 1-й группы, выходы последних элементов ИЛИ всех групп образуют группу выходов устройства. первые входы всех элементов ИЛИ и второй вход первого элемента ИЛИ первой группы элементов ИЛИ образуют группу входов устройства, первый и второй вход перво го элемента ИЛИ I-и группы соединены соответственно с выходами первого и второго элемента И (1-1)-й группы, второй вход первого элемента И 1-й группы соединен с выходом первого элемента И (1-1)-й группы. На чертеже приведена схема устройства, выполняющего функдию проверки условия, что четыре и более входных переменных из восьми равны логической 1. Устройство для контроля дан1гых, представленных в кодах k из п содержит входы 1-8, первую группу 9 элементов ИЛИ, первую группу 10 элементов И, вторую группу 11 элементов ИЛИ, вторую группу 12 элементов И, третью группу 13 элементов ИЛИ, третью группу 14 элементов И, пятую группу 15 элементов ИЛИ. Группы элементов 9, II, 13 и 15 ИЛИ содержат элементы ИЛИ 16-37. Группа элементов И 10, 12 и 14 содержит логические элементы И 38-55. Первая группа 9 элементов ИЛИ имеет выхошл 56-70, причем выходы 57-70 одновременно являются входами первой группы 10 эле.ментов И. Первая группа элементов И 10 имеет вьсходы 71-77, которые одновременно являются входами второй группы 11 элементов ИЛИ, вторая группа 11 элементов ИЛИ имеет выходы 78-90, причем выхоххы 79-90 являются входами второй группы 12 элементов И, вторая группа 12 элементов И имеет выходы 91-96, которые одновременно являются входами третьей группы 13 элементов ИЛИ. Третья группа 13 элементов ИЛИ имеет выход 1 97-107, причем выходы 98--107 являются входами третьей группы 14 элементов И, третья группа 14 элементов И имеет выход.ы 109-113, которые одновременно являются входами четвертой группы 15 элементов ИЛИ. Выходы 56, 78, 97 и 108 являются выходами устройства. Для определенности примем, что восемь входных логических переменных подаются на вход устройства в виде двои ного параллельного кода 00101101, у которого крайне левое положение занимает первый разряд, за ним, слева направо, располагаются второй разряд, третий и так далее. Код подается на входы устройства 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и В, причем номера разрядов входного кода совпадают с номерами входов устройства. Рассматриваемое устройство содержит четыре группы элементов ИЛИ и три группы элементов И, iaccMorpiiM подробно работу группы ;)лсMcirroit ИЛИ па примере работы первой груп пы 9 элементов ИЛИ. Первая группа 9 элементов ИЛИ состоит 43 элементов ИЛИ 16-22. На входы элемента 16 по входу 1 и 2 подаются первый и второй разрящл входного кода 00101101. С выхода элемента ИЛИ 16 на первый вход элемента ИЛИ 17 подается, соответственно, логический О. По входу 3 на второй вход элемента 17 подается третий разряд входного кода, соответствующий значению логической 1. С выхода элемента ИЛИ 17 на первый вход элемента 18 ИЛИ подается логическая 1, которая через элементы ИЛИ 18, 19, 20 21 и 22 распространяется на выход устройства 56, независимо от информации, присутству ющей на остальных входах 4, 5, 6, 7 и 8 первой труппы 9 элементов ИЛИ. Таким обраэом, наличие на первом выходе устройства 56 логической 1 говорит о том, что во входном коде имеется, по меньшей мере, одна логическая переменная, приняволая значение 1. В общем случае в группах элементов ИЛ информация о том, что возбужден какой-нибудь вход группы элементов ИЛИ, распростра няется вдоль цепочки элементов ИЛИ, причем начало возбуждения совпадает с первым слев возбуждением входа устройства, а конец возбужденной цепочки совпадает с выходом последнего элемента ИЛИ в рассматриваемой группе элементов ИЛИ. Если возбудится вход устройства, имеющий меньщий порядковый номер, то начало возбужденной цепи совпадает теперь уже с этим возбужденным входом, при условии, что больше нет возбужденных входов, порядковы номер которых (при принятом в настоящем описании порядке нумерации входов) меньше, чем номер возбужденного входа в рассматриваемом выще случае. При этом количество элементов ИЛИ в не четной группе элементов ИЛИ ровно на еди-г ницу меньше количества входов группы. На выходы первой группы 9 элементов ИЛИ 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 и 64 подают ся, соответственно, с входов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 значения разрядов входного кода. На выход 65 подается логический О, а на выходы 66, 67, 68, 69 и 70 подаются логические 1. Рассмотрим подробно работу группы элементов И на примере работы первой группы 10 элементов И. Первая группа 10 элементов И сострит из элементов 38, 39, 40, 41, 42, 43 и 44, приче входы элементов являются входами группы. а выходы элементов являются выходами группь. Между собой элементы непосредственно не соединены. На первые входы элементов 39-44 подаются, соответственно, значения выходов элементов 16-21 первой группы 9 элементов ИЛИ, а на первый вход элемента 38 подан первый разряд входного кода первого каскада по входу 57. На второй йход каждого из элементов И 38-44 первой группы 10 элементов И подается соответствующий разряд входного кода первого каскада. Например: на второй вход элемента 38 со входа 2 первой группы 9 элементов ИЛИ через выход 58 первой группы 9 элементов ИЛИ подается значение второгоразряда входного кода; на второй вход элемента 39 со входа 3 через выход 59 подается значение третьего разряда. Информация о наличии возбужденней цепочки элементов ИЛИ первой группы 9 элементов ИЛИ по выходам 57, 65, 67, 68, 69 и 70 передается на вход первой группы 10 элементов И и служит необходимым условием для прохождения соответствующей части входного кода первой группы элементов И через первую группу 10 элементов И. При этом, сигнал о возбуждении входа 3 устройства не передается через первую группу 10 элементов И, а служит только условием для прохождения сигналов с остальных входов первой группы 9 элементов ИЛИ, расположенных правее первого возбужденного входа 3. В рассматриваемом случае на первые входы элементов И первой группы 10 элементов И подается, соответственно, следующий код 0011111, т.е. выработано условие для прохождения через первую группу 10 элементов И пяти старших разрядов входного кода первой группы 9 элементов ИЛИ. При этом на вторые входы элементов И первой группы 10 элементов И подается код, соответствующий входному коду первой группы 9 элементов ИЛИ, начиная со второго разряда - 0101101. На выходы первой группы 10 элементов И выдается следующий код: 0001101, где пять старших разрядов являются пятью старшими разрядами входного кода первой группы 9 элементов ИЛИ. Таким образом, на выходах первой группы 10 элементов И 71, 72, 73, 74, 75, 76 и 77 имеется, соответственно, код 0001101, т.е, первая группа 10 элементов И транслирует через себя все входные логические переменные устройства, имеющие значение логической 1, кроме первой, второй группы 11 элементов ИЛИ. Входы второй группы 11 :з1лементов ИЛИ соответствуют выходам 71-77 первой группы 10 элементов И. Принцип работы второй группы 11 элементов ИЛИ совпадает с принципом работы первой группы 9 элементов ИЛИ; вторая группа 11 элементов ИЛИ содержит элементы ИЛИ 23-28. На оба входа элемента 23 поданы логические О, с выхода элемента 23 на первый вход элемента 24 также поступает логический О. На второй вход элемента 24 поступает логический О и с выхода элемента 24 на первый вход элемента 25 поступает логический О. На второй вход элемента 25 поступает со входа 74 логическая Г и череэ элементы ИЛИ 25, 26, 27 и 28 распространяется на второй выход устройства 78, независимо от того, какая информация подается на вторы входы элементов ИЛИ 26, 27 и 28 по входам 75, 76 и 77 соответственно. Следовательно, наличие на втором выходе устройства 78 логической 1 говорит о том, что, по меньшей мере, два разряда во входном коде устройства содержат логическую 1. Таким образом, вторая группа 11 элементов ИЛИ с помощью первой слева, прощедщей через первую группу 10 элементов И логической переменной, равной 1, которая соответствует второй еле ва логической переменной, равной 1 во входном коде устройства, вырабатывает инфо мацию о наличии миннг ум двух возбужденных входов устройства, кроме того вырабаты вается условие для трансляции оставшейся информации с остальных возбужденных входов устройства череэ вторую группу 12 элементов И. Следовательно, на выходах второй группы и элементов ИЛИ 79, 80, 81, 82, ВЗ, 84 и 85 имеется, соответственно, код 0001101, а на выходах 86, 87, 88, 89 и 90 - 00111. Вторая группа 12 элементов И состоит из элементов И 45, 46, 47, 48, 49 и 50. Входы второй группы 12 элементов И соединены с выходами второй 11 элементов ИЛИ 79-90. Принцип работы второй группы 12 элементов И совпадает с принципом .работы первой группы 10 элементов И. Входы элементов И 45-50 являются входами второй группы элементов И, а выходы элементов выходами второй rpjonibi 12 элементов,И. Меж ду собой элементы непосредственно не соединены. На первые входы элементов 45-50 по входам 86-90, соответственно, подается код 000111, т.е. подается условие для прохождения чьрез вторую групп 12 элементов И трех ста J.IKX разрядов входного кода устройства. На вторые входы элементов 45-50 по входам 80-85, соответственно, подается код 001101, где старшие пять разрядов совпадают с пятью старшимиразрядами входного кода устройств На выходах второй группы 12 элементов И будет установлен код 000101, где три старших разряда совпадают с тремя старшими разрядами входного кода устройства. Таким образом, на выходах Второй группы 12элементов И 91-96 имеется код 000101, т.е. вторая группа 12 элементов И обеспечивает трансляцию всех входных логических переменных устройства, имеющих значение логической 1, кроме двух первых, которые обра ботаны двумя первыми 1руппами 9 и 11 элементов ИЛИ. Третья группа 13 элементов ИЛИ выполнена так же, как первая 9 и вторая 11 группы элементов ИЛИ и содержит элементы ИЛИ 29-33. На входы 91-96 третьей группы 13элементов ИЛИ с выходов элементов И второй группы 12 элементов И подается код 000101. В соответствии с данным кодом на выходах элементов 31, 32 и 33 установится логическая 1. На третьем выходе устройства 97 также установится логическая 1, которая несет информацию о том, что во входном коде устройства имеется, по меньшей мере, три разряда, содержащих логическую 1. Выходы 98-107 являются выходами третьей группы 13 элементов ИЛИ. На выходах 98, 104-107 присутствует код условия трансляции через третью группу 14 элементов И, равный 00011. Третья группа 14 элементов И выполнена аналогично первой и второй группам элементов И и содержит логические элементы И 51 - 55, на первые входы элементов по входам 98, 104-107 подается код 00011, а на вторые входы по входам 99-103 - код 00101. На выходах 109-113имеется, соответственно, код 00001. Четвертая группа элементов ИЛИ 15 выполнена аналогично первой, второй и третьей группе элементов ИЛИ и содержит логические элементы ИЛИ 34-37. На входы четвертой группы 15 элементов ИЛИ 109-113 с выходов третьей группы 14 элементов И подается код 00001. В соответствии с данным кодом на выходе элемента 37 и на четвертом выходе устройства 108 возбуждается логическая 1, которая говорит о том, что во входном коде устройства имеется, по меньшей мере, четыре разряда, содержащих логическую 1. Таким образом, рассмотренное в примере стройство выполняет функцию контроля налиия в восьмиразрядном входном параллельном оде по меньшей мере четырех логических едИ иц. При этом устройство содержит четыре руппы элементов ИЛИ и трн группы элеменов И. В общем случае, количество групп элеменов ИЛИ в устройстве должно быть столько, колько минимум логических 1 контролирутся во входном коде. Покажем, как рассматриваемое устройство выполняет, например, функцию контроля того что не более трех входных переменных из вос ми равны логической 1, Как было сказано выше, выходной код уст ройства на выходах 56, 78, 97 и 108 при выполнении функции контроля наличия в восьми разрядном входном коде по меньшей мере четырех логических единиц, соответственно, раве}1 1111. При наличии во входном .коде трех логичес ких единиц выходной код равен 1110, двух - 1100, одной - 1000, ни одной - 0000. Следовательно, при контроле того, что не более трех входных переменных из восьми равны ло , необходимо контролировать на выходной шине устройства 108 наличие логического О. В общем случае, при необходимости контро лировать количество логических единиц во входном коде не более k, устройство должно содержать в своем составе 1+1 групп элементов ИЛИ. При этом следует контролировать наличие логического О на том выходе устройства, который связан с последней группой элементов ИЛИ. Как следует из описания сущности изобрете ния и примера конкретного выполнения, устройство имеет однородную структуру, что позволяет легко наращивать его как по количеству разрядов йходного кода, так и по поро гу работы. Данная особенность упрощает использование и эксплуатащ1ю устройства. Общее количество логических элементов, необходимое для построения устройства с порогом срабатывания k и выполняющего функцию контроля того, что не менее k разрядов Из п содержат логическую 1, равно n(2k-l)i-k где п - общее количество разря дов входного кода, k п; п 0. Например, при п 10, общее количество элементов равно 41; при п 20, k 3 равно 91; при п 20, k 4 равно 124. .Формула изобретения Устройство для контроля данных, представленных в кодах k из п, содержащее группь элементов И и группы элементов ИЛИ, о т л ичаюшееся тем, что, с целью сокращения оборудования, устройство содержит k групп двувходовых элементов ИЛИ и (k-1) групп двувходовых элементов И, причем каждая i-я группа элементов И и элементов ИЛИ состоит соответственно из (п-i) элементов И и элементов ИЛИ, первый вход каждого j-ro элемента ИЛИ i-й группы соединен с выходом (j+l)-ro элемента И (1-1)-йгруштыи с первым входом . j-ro элемента И i-й группы, выход каждого j-ro элемента ИЛИ i-й группы соединен со вторым входом (j+1) -го элемента ИЛИ i-й группы и со вторым входом (j+l)-ro элемента И i-й группы, выходы последних элементов ИЛИ всех групп образуют группу выходов устройства, первые входы всех Элементов ИЛИ и второй вход первого элемента ИЛИ первой группы элементов ИЛИ образуют группу входов устройства, первый и второй вход первого элемента ИЛИ i-й группы соединены соответственно с выходами первого и второго элемента И (1-1)-й группы, второй вход первого элемента И i-й группы соед1шен с выходом первого элемента И (1-1)-и группы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 544969, кл. G 06 F 11/12, 17.06.74. 2.Патент США № 3851307, кл. 235-140, кл. G 06 F 11/00, 26.11.74. 3.Патент ФРГ № 2327352, кл. G Об F 11/00, опублик. 10.04.75 (прототип).