Многофункциональный элемент к-значной логики Советский патент 1981 года по МПК H03K19/02 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использ(жано в цифровых вычислительных устройствах, работающих в недвоичной системе счисления с применением элементов К-значной логики.

Известен логический элемент в К-значной логике, содержащий входные шины и источник логических уровней t.

Недостатком известного устройства являются сравнительно узкие функциональные возможности.

Известен логический элемент в К-значной логике, содержащий входные шины, источник логических уровней 2.

Известное устройство имеет сравнительно узкие функциональные возможности, так как выходной сигнал находится в заданной зависимости от сигналов, поданных на вход с источника логических уровней. Оно реализует строго наперед заданные функции и не обеспечивает реализацию других функций К-значной логики.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Для достижения поставленной цели в многофункциональный элемент К-значной логики, содержащий источник логических уровней, входные шины, введены определитель логических уровней, формирователь логических уровней и блок выборки экстремального логического уровня, выходы источника логических уровней соединены со входами определителя логических уровней, формирователя логических уровней и блока выборки экстремального логического уровня, остальные входы которого соединены с выходами формирователя логи- ческнх зфовней, соответствующие входы которого соединены с выходами определителя логических уровней, соответствующие входы которого соединены со входными шинами.

На фиг. 1 представлена структурная схема многофункционального элемента К-значной логики; на фиг. 2 - блок-схема, как пример предлагаемого многофункционального элемента, реализующего на базовых элементах функции одной переменной четырехзначной логики; на фиг. 3 , 4 - то же, функции двух переменных четырехзначной логики; на фиг. 5 - то же. функции Вебба произвольного количества переменных четырехзначной логики; на фиг. 6 в качестве примера, представлена принципиальная схема базового элемента, выполненного на n-p-rvтранзисторе; на фиг. 7 - то же, выполненного на р-п-р-транзисторе; на фиг. 8 - один из вариачтов соединения базового злемента, выполненного на п-р-п-транзисторе; на фиг. 9 - то же, выполненного на р-п-р-транзисторе; на фиг. 10 представлен вариант соединения базовых элементов, вьшолненных на п-р-п-транзисторах; fea фиг. 11 - то же, выполненных на р-п-р-транзисторах. Ha фиг. I многофункциональный элемент К-значной логики содержит источник 1 логичес ких зфовней, определитель 2 логических уровней, формирователь 3 логических уровней и блок 4 выборки экстремального уровня. Выходы источника 1 логических уровней , соединены со входами определителя 2 логических уровней, формирователя 3 логических уровней и блока 4 выборки экстремального логического уровня, остальные входы которого соединены с выходами формирователя 3 логических уровней, соответствующие входы которого соединены с выходами определителя 2 логических уровней, соответствующие входы которого соединены со входными тинами. Схемы, как примеры предлагаемого многофункционального элемента К-значной логики, реализующие функции одной, двух переменных и функции Вебба четырехзначной логики (фиг. 2-5) содержат базовые элементы 5-8, входные щины 9i, . . 9 идя подачи переменных, шины 10-13, на которые подаются напряжения, соответствующие логическим уров нем О, 1, ,2, 3 соответственно, комму тационные шины 14-19, 20i-204, , 22i-22 23,-23,24-27, выходные шины 28 Базовые элементы (фиг. 6-11) содержат транзисторы 29, резисторы 30, диоды 31, входные шины 32, 33i-33 35, , 37i-37уу,, выхощше шины 38, шины питания 39, щины смешения 40i,402. При отрицательном кодировании Логический уровень определяется величиной отрицательного напряжения. Транзистор 29 базовых элементов (фиг. б, 7) работает в ключевом режиме, ко торый обеспечивается при соответствующей радости между напряжением, поступающим на одну из входных шин 33i-: 33j H напряже ннем, поступающим на одну из входных шин 34i-34yy, равной логической единице. Кроме этого, источники логических уровней, поступающих на входные ишны, низкоомные по сравнению с сопротивленнем резистора 30 в цепи коллектора траизистора. С выходной пшны 38 снимается логический уровень, кото {шй находится в определенной функциональй зависимости от логических уровней, постующих на входные шины 32, , Базовый элемент (фиг. 6) реализует функю(Xi,...,x, v i ir--f v i, 2,n/ju. max (V,... ,ii) mn („..,%) bax(Ni,...,Vvy,,2:),w- tTiaK(v,...,v) (v iviU-)M..,wi), е Xi,...x - логические уровни, поступающие на входные шины 331-33 , У1,.«У| - логические уроври, поступающие на входные шины 34i-34 .2 - логический уровень, поступающий на входную шину 32. В случае yj К-1 и при отсутствии Z или 0 (Xi,, .,)о5ц ,nf}U, .,. -. .1к;н,,.У х- 4к- И). Базовый элемент (фиг. 7) реализует функию (У-,,.. ,Xf,v-i,.. , )ку|оак |z,, wax (Х,...,Х,) win tV4,...,Vvy,) гуми (Vi,...,iiv,,z), fV« ахСх,...) wtiH(y,...,Vy,)В случае yi О и при отсутствии Z или К-1 f« V лТКИ,.Х2...--Хж-0 , Лки мобКЧо, ( 1 х 0 Са). При соединении входных шин (фиг. 8) баового элемента выполненного на п-р-п-транисторе вьшолняется функция: Ui,--,n,i)voaK (Z., .-.-Х i «axUi,...,Xw.z), ly Хз.чН, . При отсутствии Z или Z о $(х,...,Ху„)у,оак ;(o,«puv-v--xy max(Xv,J, i-.V,m, ) ™ j 1 1,.,. w,Te. когда соединеа входная шина 32 с произвольной другой ходнс шиной, вьтолняется функция CXt,.«,Xr,,)y4odK-(b.-vX,,;. (Ч При соединении входных ишн (фиг. 9) б зового элемента выполненного на р-п-р-тра Эисторе реализуется функция (Х1,..-,Ху„,1),оа {7., ,w IniiMtXi,.. ,У„, . i # /7 j. ,-,«. При отсутствии Z или Z К-1 Д{Х-,,...,Уу„)у„С)К. Jк-,fl . -Ху« wnU-i,...). jM-i-l;.-, Если Z Xv 5,...wi, T,e когда соедин ны входная шина 32 с произвольной друго входной шиной, выполняется функция (X,...,X)o -Vyiin(Xi,...,Xw, При подключении базовых злемеитов (фиг, 10) и отсутствии логических уровней на входных шинах Збз-36iti, реализуется функция (x,v,z,z)odK-jZimoofyI V ly inXiv iclxV или wiax(.v,Z.) wiaxv ууиих Уиах или ax(V-,i)a «axa7)w,ax.y юш j Ш1ИХ I чт1их упах ,...,Xw,, ,vnvV. .V где Xi,.i.x - логические уровни, поступающие на входные шины -логические уровни, поступающ на входные шины ,, -логические уровни, поступаю на входные шины 37j-37, Z - логический уровень, постзгпаю щий на входную шину 32; Z - логический уровень, поступаю щий на входную шину 35. Когда Z Q, у, К-1, z О, функдая приводкгся к виду f(X,V) (Умах v,i-y (С Viftu 5У ЙК-1) При подключении базовых злемотгов (фиг. 11) и отсутствии логических зфовней ( на входных шинах Збг-36 выполняется функция U,,Z,X)yviodK z. УГИИ( ил. X vniviV Vi (.,г V( Z il tvYia X VT inV МАИ win (N,1) €у«1мы i hiivi (v,l)KfliH V Ыах X суиах x vYiiMV . Когда yi О, Z К-1, , функция примет вид fvMn . UX.V)v«OdK-) 1-1 Многофункциональный элемент К-значной логики (фиг. 1) работает следующим образом. На вход определителя 2 логических уровней поступают входные сигналы. Определитель 2 логических уровней, соединенный с источником 1 логических уровней, сравнивает входные сигналы с логическими уровнями, используя базовые элементы 6, подключенные для реализации функщш (3). Таким образом, на одних из выходов определителя 2 логических уровней, определяющих логические уровни входных сигналов, будут нули, а на остальных выходах будут логические уровни, не равные нулю. Сигналы выходов определители 2 логических уровней поступают на вход формирователя 3 логических уровней, соедашенного с источником 1 логических уровней. Формирователь 3 логических уровней в. соответствии с наличием нулевых сигналов на его входах в зависимости от необходимой реалтуемой функции формирует на одном из своих выходов логический уровень, не равный уровню (К-1). На остальных своих выходах формирователи 3 логических уровней формирует логический уровень (К-I). При необходимости, в соответствии с реализуемой функцией, на всех выходах формируется логический уровень (К-1). Для формирования логических уровней используются базовые элементы 8, обеспечивающие реализацию функции (8). При этом подается один необходимый в соответствии с реализуемой функцией логический уровень yi на один из входов 37 -37 базового элемента 8. При необходимости используются базовые элементы 5, обеспечивающие реализацию функцин (2). При зтом выходы базовых элементов 5 подключаются к входным шинам 36j- 36 jj базсжых элементов 8. Использование базовых элементов 5 необходимо в случае реализации предлагаемой многофункциональной

схемой большинства функций от двух и более переменных.

С выходов формирователя 3 логических уровней сигналы поступают на входы элемента выборки экстремального логического уровня 4, который базируется на базовом элементе 7, обеспечивающего реализацию фушсщги минимума (6).

Таким образом, на выходе блоКа 4 выборки экстремального логического урорня будет сигнал, логический уровень которого будет находиться в необходимой зависимости от ло гических уровней входных сигналов.

Предлагаемый многофункциональный элемент мож«т реализоваться инверсным методом на другой элементной базе.

При этом определить 2 логических уровней вместо базовых элементов 6 использует базовые элементы 7, обеспечивающие реализацию функции (5), а формирователь 3 логических уровней вместо базовых элементов 8 использует базовые элементы согласно фиг. 10, обеспечивающие реализацию функции (7), а вместо базовых элементов 5 - базовые элементы согласно фиг. 6, обеспечивающие реализацию функции (1).

При этом блок 4 выборки экстремального логического уровня базируется вместо базового элемента 7 на базовом элементе 6, обеспечивающем реализацию функции максимума (4)

Блок 4 выборки экстремального логического уровня в зависимости от использования базового элемента 7 или базового элемента 6 соединен с максимальным или минимальным логическим уровнем источника 1 логических уровней.

На фиг. 2 дан пример схемы, реализующей функции одной переменной четырехзначной логики.

На входную шину 9i подается входной сигнал X,. а с выходной шины 28 снимается сигнал f(x), логический уровень которого находится в функциональной зависимости от входного сигнала в соответствии с подсоединением коммутационных ппш 14-19.

При подсоединении ошны 19 к щине 10 логического уровня О, ишн 14 и 18 к шине 11 логического уровня 1, шин 15 и 17 к шине 12 логического уровня 2 и шины 16 к шине 13 логического уровня 3 схема реализует функцию инверсии:

fCx)

--Ъ-%

VYioa4

При подсоединении щин 15 и 19 к шине 10, шин 14 и 18 к шине 11, шины 17 к шине 12 и шины 16 к шине 13 схема реализует функцию циклического отрицания:

fxl .x;y,,oa4-io, .

При подсоедашении шины 19 к шине 10, шин 16 и 18 к шине 11, итан 15 и 17 к шине 12 и шины 14 к шине 13 схема реалюует функвдю обратного циклического отрицания:

UH,

U)

(Ъ,щ,

-h/JttX-O ,

При подсоединении шин 17, -18 и 19 к ишне 10 логического уровня О, а шин 14, 15 и 16 к разным произвольным шинам 10-13, схема реализует характеристические функции:

СО,Ш«Д,Х Л

U)

Ь,

VMOd4

ft/ w-X-1 .

При этом логический уровень i определяется логическим уровнем неподсоединенной к шинам 14,...16 одной из шин 10-13. Так, если шина 14 подсоединена к шине 10, ши- : на 15 - к шине 11, шина 16 - к шине 13, то при наличии на входной шине 9, логического уровня 2 на выходной шине 28 будет логический уровень 3. В остальных случаях будет логический уровень О.

При подсоединении шин 14, 17, 18 к шине 10, шины 19 к шине 11, шины 15 к 12, а птны 16 к входной шине 9j,схема реализует функцию возведения в квадрат без учета переноса:

(Х,

tUU«-)o,,4

При подсоединении шины 16 к шине 11, и остальных шин, как и при реализации 40 предыдущей функции, схема реализует функцию возведения в куб без учета переноса:

(

а iU),od44o. -- X - 8

Ь,

-Нр,х- 27 .

Для реализации функции сравнения

(у . Jd.,tvX/wiod4 4,. .L.v-r.

/wiod4 U. i,t,-n.

lO, Hf uX a нео 1ходимо подсоединить шину 16 к шине 10, шину 15 к шине 11, шину 14 к шине 12.

При этом осуществляется коммутация: приО 3 шины 17, 18, 19 подсоединяются к шине 10, а шина 27 - к одной из шин Ш-П необходимого логического уровня fjv при 2 iuHHbi 18, 19 подсоединяются к шине 10, а шина 17 - одной ю шин 10- 13 необходимого логического уровня t) ; при а 1 шина 19 подсоединяется к шине 10, шина 17 - к шине 13, а шина 18 - к одной из шин 10-13 необходимого логическ го уровня 1о- ; йри О шины 17, 18 подсоединяются к шине 13, а шина 19 - к одной из шин 10-13, необходимого логического уровня Ъ. Коммутационные ишны 24-26 подключают ся к соответствующим шинам 10-13 логичес ким уровнем ниже от подключения коммута ционных шин 17-19. Например, при подсоединении шины 17 к шине 12, шина 24 подключается к шине 1 При соединении коммутадаонной шины 17 базового элемента 8 с шиной 10, его комму тационная шина 24 подключается к ишне смешения 40. На фиг. 3 и 4 показан вариант схемы, ре лизующей функции двух переменных четырех значной логики, принщш действия которой заключаются в следующем. На входные шины 9,, 92 подаются входны сигналы X, у соответственно, а с выходной шины 28 снимается сигаал (х, у), логичес кий уровень которого находится в функциональной зависимости от входных сигналов в соответствии с подсоединением коммутацион ных шин 20i-204, 21,-214, 22,-2248, 23,2348. , При соединении шины 20i с шинами 22, 2218, 22з4, пшны 20, с шинами 22з, 22i9J 22з5, шины 20з с шинами 224, 22jo, 22зб, шины 204 с шинами 22i,22i7i 22зз, а также шины 21i с шиной 234, 23i7, 23з4, шины 21j с ипшами 23з, 23jo, 23зз, шины 21з с шинами 232, 23t9. 23зб и шины 214 с шинами 23,2318 23з5, сХема реализует функцию сложения без учета переноса (4N) . i. .И/ЯЛ-Х+У 3. При том же соединении шин и шины 21i с шинами 232, 23i9i 23зб, и шиньг 21 с шинами 23зз, 23з, 232о шины 21з с шинами 23,7, 23з4, 234, а также шины 214 с шинами 23,, 23з5, схема реалнзует функцию вычитания без учета заема: lxv) . ДХ-,.0 iV,;niod4 lx-V.-«-4,. При соеданетпю шины 20) с шиналй 225, 22|7 22зз, шины 20з с шинами 22в, 227, 22з4, 22з5, пшны 20з с шинами , ) 22зб, шины 204 с шинами , а также шины 21, с шинами 23, 23,,; 23,4, шины 212с шинами 23з, 23зз, 23,, 23зб, шины 213с шинами 234, 23з5, 23,8и шины 214 с шинами 23,,23s, 23б, 238, схема реализует ф)гнкцию змноження без учета переноса: f{XN).(X, ±V.,;w,oa4 JXV-4; Y W3 XV 7 Uv-8, , . Схема, реализ)пошая функцию Вебба для произвольного количества переменных четырехзначной логики, изображенная та фиг. 5, работает следующим образом. В данной схеме определитель 2 логических уровней определяет значение экстремального логического уровня из входных сигналов X,-х которые подаются на входные шины 9,-, с выходаой шины 28 снимается логический уровень, находящийся в зависимости от входных уровней в соответствии с подсол динением коммутационных шин 14-16. Так, при соединении шины 14 с шиной 11, шины 15- с шиной 10, шины 16 с шиной 13 реализуется функция Вебба: f (i., Jwax(X1,...,x)t,(X(x,...xJ 3 (о, «ifnx wax (Xi,.--.,)-г. При соединении шины 14 с шиной 13, шиы 15 с шиной 12, шины 16 с шиной 11 реаизуется обратная функция Вебба: i(X,,...,Xti,,),y, «viaxO(,,...,X)-f,. )(Х..,Х )0 i3,t motx(X,,...,x)-0. / При замене базовых элементов 6 на базовые лементы 7, базовых элементов 8 на базовые лементы, приведенные на фиг. 10 и базовых лементов 7 на базовые элементы 6, схема еализует функцию: VX,...,Xi) -)утм(х..-.Xу,Ы, (Xi,-,Xr,) i, IO.IY И11и(x,.. ,хуй)з, При коммутации шин аналогично схеме, , ализующей обратную функцию Вебба, схема ализует также функцию: (Xi,--,),34-, (mn{x,,....,(Xi,..,X)Oi I 3,и/гн-ич4п(у-,,...,Xv,) О. П Таким образом, данный многофункцнональный элемент К-значной логики позволяет реализовать функции произвольното количества переменных К-значной Логики, тто расширяет ее функциональные возможности по сравнению с известными схемами. Формула изобретения Многофункциональный элемент К-значной лоппсн, содержащий источник логических уров ней, входные шины, отличаю ш и й0 я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены определитель логических уровней, формирователь логических уровней и блок выборки экстремального логического уровня, выходы источника логических уровней соединены с входами определителя логических уровней, формирователя логических уровней и блока выборки экстремального логического уровня, остальные входы которого соединены с выходами формирователя логических уровней, соответствующие входы которого соедю1ены с выходами определителя логических уровней, соответствующие входа которого соединень с входш п«л1 шинами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизы 1.Патент Японии № 4926027, кл. Н 03 К 17/60, 1974. 2.Патент ГДР N 116549, кл. Н 03 К 19/20, 1975.

/

-

ffff

i//

4ff,

//