Арифметико-логическое устройство Советский патент 1981 года по МПК G06F7/50 

(54) АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ, УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычисли(гельной технике и может быть использовано при контроле ЦВМ по модулю, а также в ЦВМ, работающей в системе остаточных классов. Известно арифметико-логическое устройство, содержащее отдельные узльа арифметической и логической обработки двоичной информации 1} . Недостатком этого устройства является невозможность выполнять логические и арифметические операции над числс1ми, представленными в системе остаточных классов.. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ариф метико-логическое устройство содержащее две группы элементов ШШ и три группы элементов И, причем одни вко ды элементов И первой группы соедине ны с соответствующими выходами элементов И второй группы, другие - с соответствующими выходами элементов третьей группы, а выходы элементов И первой группы являются выходами устройства 2 . Недостатком этого устройства является йевозможность выполнять логические операции И и ИЛИ. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет выполнениялогических операций И и ИЛИ. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит группы дополнительных элементов.И, блоки вывода информации и блок управления, первый, второй и третий входы которого соединены с соответствующими входными шинами логических операций И, ИЛИ и арифметической операции сложение, первый и второй выходы соединены с первым и вторым входами первого и четвертого блоков вывода информации, а третий и четвертый выходы соединены с первым и вторым входами второго и Третье:ро блоков вывода информации, третьи входы блоков вывода информации соединены с выходами соответствующих дополнительных элементов И, а выходы первого и второго блоков вывода информации соединены соответственно с первыми и вторыми входами элементов И второй группы, выходы третьего и четвертого блоков выводаинформации соединены соответственно с первыми и вторыми входами элементов И третьей группы, первые входы дополнительных элементов.И первой и

второй групп подключены к первым выходам элементов ИЛИ первой группы, вторые -- к первым выходам эл-ментов ИЛИ второй группы, первые входы дополнительных элементов И третьей и четвертой групп подключены ко вторым выходам элементов ИЛИ первой группы, вторые - ко вторым выходам элементов ИЛИ второй группы, а входы элементов ИЛИ групп являются входами устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 функциональные схемы отдельных уэлов -.рнфмстико-логического устройства по молулю 16.

Устройство содержит (фиг. 1) группы 1 - 7 элементов И, группы 8 и 9 элементов ИЛИ, блоки 10-13 вывода информации, блок 14 управления, входные шины 15-17 управления, входы устройства Б и Г, выходы устройства Ф.

Одн-и входы элементов И группы 1 соединены с соответствующими выходами г элементов И группы 2, другие - с соответствующими выходами р элементов И группы 3. Выходы элементов И Группы 1 являются выходами устройства. Первый, второй и третий входы блока 14 управления соединены с соответствующими входными шинами 15-17 лё 4 Ических операций И, ИЛИ и арифметческой операции сложение. Первый 18 и второй 19 выходы блока 14 управления соединены с первым и вторым входами блоков 10 и 13 вывода информации, а третий 20 и четвертый 21 выходы соединены с первым и вторым входами блоков 11 и 12 вывода информации. Третьи входы блоков 10-13 вывода информации соединены с выходами с, е, q,, у соответствующих элементов И групп 4-7. Выходы блоков 10 и 11 вывода информации соединены соответственно с первыми d и вторыми k входами элементов И группы 2, а выходы блоков 12 и 13 вывода информации соединены соответственно с первыми X и вторыми m входами элементов И группы 3. Первые входы $ элементов И групп 4 и 5 подключены первы выходам элементов ИЛИ группы 8, вторые а - к первым выходам элементов ИЛИ группы 9. Первые входы п элементов И групп б и. 7 подключены ко выходам элементов ИЛИ группы 8, вторые S - ко вторым выходам элементов ИЛИ группы 9. Входы элементо1в ИЛ групп 8 и 9 являются входами устройства.

При поступлении первого Б и второго Г чисел на выходах соответственных элементов ИЛИ групп 8 и 9, а следовательно и на входах элементов И групп 4-7 появляются единичные сигналы. При этом на соответствукядих выходах элементов И групп 4-7 возникают единичные сигналы. В зависимости от разрешающих потенциалов на

входах 15-17 блока 14 управления и сигналов на выходах элементов И групп 4-7 на выходах блоков 10-13 вывода информации, а следовательно, и на входах соответствующих элементов И групп 2 и 3 появляются единичные сигналы. Это в свою очередь приводит к воэникновению единичных сигналов на входах элементов И группы 1, а следовательно, и к формированию соответствующей функции Ф на выходе устройства.

Рассмотрим исходное состояние, связи и работу на примере арифметико-логического устройства по модулю 16.

На фиг. 2 каждая из групп 8 и 9 содержит элементы ИЛИ 22-29, каждый иэ блоков 10 и 11 вывода информации содержит элементы ИЛИ 30 и И 31-33. Построение групп 6, 7 и 3 элементов И, блоков 12 и 13 вывода информации аналогично построению соответствующих групп 5, 4 и 2 элементов И и блоков 11 и 10 вывода информации, а поэтому они на фиг. 2 не приведены.

Входы Б (первое число) и Г (второе число) пронумерованы так, что при поступлении первого и второго чисел единичные сигналы есть на тех входах элементов ИЛИ групп 8 и 9, номера которых совпадают с конкретными значениями этих чисел.

Числом, равным квс1дратному корню из модуля 16, является число четыре.

Числа по модулю 16 принимают значения 0,1,2,...,9., A,B,C,D,E,F. Среди этих чисел числа 0,4,8,0 сравнимы с нулем по модулю 4. Поэтому в группах 8 и 9 входы устройства с номерами О,4,8,С подключены к входам элементов ИЛИ 22 этих групп соответственно. Числа 1,5,9,0 сравнимы с единицей по модулю 4. Поэтому в группах 8 и 9 входы устройства с номерами 1,5,9,0 подключены к входам .элементов ИЛИ 23 этих групп соответственно. Аналогично входы устройства с номерами 2,6, А, Е подключены к входам элементов ИЛИ 24 групп 8 и 9, и входы 3,7,B,F - к входам элементов ИЛИ 25 групп 8 и 9

Среди чисел по модулю 16 частное от деления чисел 0,1,2,3 на 4, округленное до ближайшего целого в меньшую сторону, равно нулю. Поэтому в группах 8 и 9 входы устройства с номерами 0,1,2,3 подключены к входам элементов ИЛИ 26 этих групп соответственно. Частное от деления чисел 4, 5,6,7 на четыре, округленное до ближайшего целого в меньшую сторону, равно единице. Поэтому в группах 8 и 9 входы устройства с номерами 4, 5,6,7 подключены к входг м элементов ИЛИ 27 этих групп соответственно. Аналогично входы устройства ,с номерами 8,9,А,8 подключены к входам ;элементой ИЛИ 28 групп 8 и 9, и входы устройства с номерами С,D,Е,F подсоединены к входам элементов ИЛИ 29 групп 8 и 9. Выходы элементов ИЛИ 22-25 групп 8 и 9 подсоединены соответственно к первым Ь и вторым а входам элементов И групп 4 и 5. Выходы элементов ИЛИ 26-29 групп 8 и 9 подсоединены соответственно к первым п и вторым s входам элементов И групп 6 и 7. Каждая из групп 4-7 состоит из 16 элементов И, расположенных по 4 в каждой строке и в каждом столбце. Первые входа а и s элементов И, расположенных в нулевых строках груп 4, 5 и 6, 7 соответственно, подсоединены к выходам элементов ИЛИ 22 и 2.6 группы 9, в первых строках, а и s - к выходам элементов ИЛИ 23 и 27, во вторых строках и s - к выходам элементов ИЛИ 24 и 28, а в третьих -строках а., и s - к выходам элементов ИЛИ 25 и 29. Аналогично вторые входы элементов И, расположенных в нулевых столбцах Ьд и групп 4, 5 и 6, 7 соответственно, подсоединены к выходам элементов ИЛИ 22 и 26 группы 8, в первых столб и п - к выходам элементов и 27, во вторых столбцах Ь и п.2 - к выходам элементов ИЛИ 24 и 28, а в третьих столбцах b-jH п - к выходам элементов ИЛИ 25 и 29. Выходы элементов И групп 5 и 6, соответствующие одной и той же логической операции ИЛИ по модулю 16, объед-инены в одну выходную функцию. Например, IVО Ovl ivl,- 2vO OV2 2V2; 3VO Ov3 3V.1 lv3 3V2 2V3 3V3 rr 2V1 1V2. Поэтому число выходов каждой из.групп и 6 равно четырем (е - QQ - q и они подсоединены соответственно к первым входам элементов ИЛИ 30 и И 31-33 блоков .11 и 12 вывода информации. Выходы элементов И групп 4 и 7, соответствующие одной и той Же логической операций И по модулю 16, объе динены в одну выходную функцию. На0-0-1 1-0 2-0 пример, О О О - 3 2 1 1 2; 0-2 3 1-1 1 3 2; 3-3. Поэтому число выходов каждой из групп 4 и 7 равно четырем 0 Ъ УО УЗ подсоединены соотБЭТственно к первым входам элементов ИЛИ 30 и 31-33 блоков 10 и 13 вывода информации. Первый 18 и второй 19 выходы блока 14 управления соединены со вторыми входами элементов ИЛИ 30 и И 31-33 соответственно блоков 10 и 13 вывода информации, а третий 20 и четвертый 21 выходы блока 14 управления соедин ны со вторыми входами элементов ИЛИ 30 и И 31-33 соответственно бло ков 11 и 12 вывода информации. Выходы элементов ИЛИ 30 и И 31-3 блоков 10 и 11 вывода информации под соединены соответственно к первым d и вторым k входам элементов И группы 2, а выходы элементов ИЛИ 30 и И 3133 блоков 12 и 13 вывода информации соединены соответственно с первыми X и вторыми m входами элементов И группы 3. Группы 2 и 3 состоят из 16 элементов И, расположенных по 4 в каждой строке и в каждом столбце. Входы k и X.Q элементов И, расположенных в нулевых строках групп 2 и 3, подсоединены соответственно к выходам элементов ИЛИ 30 блоков 11 и 12 вывода информации, в первых строках k.., и х.- к выходам элементов И 31, во вторых строках k и X-J. - к выходам элементов И 32, а в третьк-1 строках k и x,j- к выходам элементов И 33 блоков 11 и 12 вывода информации. Аналогично входы элементов И, расположенных в нулевых dp и т столбцах групп 2 и 3 подсоединены соответственно к выходам элементов ИЛИ 30 блоков 10 и 13 вывода информации, в первых столбцах d и т - к выходам элементов И 31, во вторых столбцах 6 и т - к выходам элементов И 32, а в третьих столбцах d ), и т к выходам элементов И 33 блоков 10 и 13 вывода информации. Все элементы И групп 2 и 3, стоящие на диагонали, формируют одну и ту же функцию (например, 2 + О 1-+1 0 + 2),и -поэтому они объединены в одну выходную функцию. Число таких диагоналей в каждой из групп 2 и 3 равно 7 (гд - г ; PQ - РбЬ они подсоединены к соответствующим первым и вторым входам элементов И группы 1. Входы элементов И, расположенных в нулевой строке и нулевом столбце группы 1, подсоединены к выходам Рд и Г- групп 3 и 2, в .четвертой строке и во втором столбце - к выходам р и г , в пятой строке и в третьем Столбце к выходам р, и г, в седьмой- строке и в четвертом столбце - к выходам PJ и гJ , во второй строке и в пятом столбце - к выходам р и Гд в третьей строке и в шестом столбце к выходам р и Гг, в шестой строке и в седьмом столбце - к выходгш р и г групп 3 и 2. Выходы элементов И группы 1, соответствующие одной и той же сумме по модулю 16, объединены в одну выходную функцию Ф. Арифметико-логическое устройство по модулю 16 работает следующим образом. Если, например, для числа Б единичный сигнал на входной шине 6, а для числа Г единичный сигнал на входной шине 5, то на выходах элементов ИЛИ 24 и 27 группы 8 и ИЛИ 23 и 27 группы 9, а следовательно, и на входах Ь- и а групп 4 и 5 и п , 6л групп 6 и 7 появляются единичные

сигнсшы. При этом на выходах вд групп 4, ё, группы 5, q группы б и / группы 7 естьединичные сигналы.

Если единичный сигнал на шине логической операции ИЛИ 15, то на выходах 18 и .21 блока 14 управления воэникаиот единичные потенциалы. Поэтому единичный сигнал с выхода 1$ группы 5 поступает через элемент И 33 блока 11 вывода информации на (вход k элементов И группы 2, а единичный сигнал с выхода q группы б поступает через элемент И 31 бло ка- 12 вывода информации на вход х элементов И группы 3. Единичный сигнал с выхода 18 блока 14 управления поступает через элементы ИЛИ 30 блоков 10 и 13 вывода информации на входы d-j и гпд элементов И соответствующих групп 2 и 3. Это приводит к воэникновению единичных сигналов на выходах Г- и р групп 2 и 3, а еледоватедьно, и к возникновению единичного сигнала на вьдходе 7 группы 1

Действительно, Ф 6V5 7 (mod 16) .

Если разрешающий потенциал на шине логической операции И 16, то на выходах 19 и 20 блока 14 управления появляются единичные потенциалы. Поэтому единичный- сигнал с выхода CQ группы 4 поступает через элемент ИЛИ 30 блока 10 вывода информации на вход do элементов И группы 2, а единичный сигнал с выхода у группы 7 поступает через элемент И 31 блока 13 вывода информации на вход т элементов И группы 3. Единичный , сигнал с выхода 20 блока управления 14 поступает через элементы ИЛИ 30 блоков 11 и 12 вывода информации.на входы k{j и хр элементов И соответствукицих групп; 2 и 3. Это приводит к возникновению единичных сигналов на выходах Гд и р. групп 2 и 3, а следовательно, и к возникновению единичного сигнала на 4 группы 1

Действительно, -5 4(niod 16

В случае, если ёдини ный сигнал на шине 17 арифметической операции сложение, то на выходах 19 и 21 блока 14 управления появляю,тся единичные сигналы. Поэтому единичный сигнал с выхода е группы 5 поступает через элемент И 33 блока 11 вывода информации на вход k элементов И группы 2, а единичный сигнал с выхода CQ группы 4 поступает через элемент ИЛИ 30 блока 10 вывода информации на вход do элементов И группы 2 Единичный сигнал с выхода q, группы б поступает через элемент И 31 блока 12 вывода информации на вход х элементов И группы 3, а единичный сигнал с выхода у группы 7 поступает через элемент И 31 блока 13 вывода информации на вход пц элементов И

группы 3. Это приводит к возникновению единичных сигналов на выходах г. и P,j групп 2 и 3, а следовательно, и к возникновению единичного сигнала ia выходе 9 группы 1.

Действительно, ф

6 + 5 в (mod 16).

Таким образом, введение групп дополнительных элементов И, блоков вывода информации и блока управления позволяет увеличить функциональные возможности арифметико-логического устройства в три раза, вследствие чего арифметико-логическое устройство выполняет логические операции И, ИЛИ и арифметическую операцию сложение.

Формула изобретения

Арифметико-логическое устройство, содержащее две группы элементов ИЛИ и три группы элементов И, одни входы элементов И первой группы соединены с соответствующими выходами элементов И второй группы, другие - с соответствующими выходами элементов И третьей группы, а выходы элементов И первой группы являются выходами устройства, отличающееся те что,.с целью расширения области применения устройства за счет выполнения логической операции И и ИЛИ, оно содержит группы дополнительных элементов И, блоки вывода информации и блок управления, первый, второй и третий входы которого соединены с соответствукядими входными шинами логических операций И , ИЛИ и арифметической операции сложение, первый и второй выходы соединены с первым и вторым входами первого и четвертого блоков вывода информации, а третий и четвертый выходы соединены с первым и вторьш входами второго и третьего блоков вывода информации, третьи входы блоков вывода информации соединены с выходами соответствующих дополнительных элементов И, а выходы первого и второго блоков вывода информации соединены соответственно с первыми и вторыми входами элементов И второй группы, выходы третьего и четвертого блоков вывода информации соединены соответственно с первыми и вторыми входами элементов И третьей группы, первые входы дополнительных элементов и первой и второй групп подключены к первым выходам элементов ИЛИ первой группы, вторые - к первцм выходам элементов ИЛИ второй группы, первые входы дополнительных элементов И третьей и четвертой групп подключены ко вторым выходам элементов ИЛИ первой группы, вторые - ко вторым выходам элементов ИЛИ второй группы, а входы элементов ИЛИ групп являются входами устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Дроздов Е.А. и др. Электронные вычислительные машины единой системы. М., Машиностроение, 1976, с. 214. 2.Авторское свидетельство СССР 352276, кл. G 06 F 7/50, 1971 (прототип).