Устройство для выбора среднего по величине двоичного числа Советский патент 1981 года по МПК G06F7/38 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРА СРЕДНЕГО ПО ВЕЛИЧИНЕ ДВОИЧНОГО ЧИСЛА

1

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано при создании систем повышенной надежности и аппаратуры связи.

Известно устройство для выбора среднего по величине двоичного числа из поступающих на входы последовательных кодов, содержащее мажоритарный элемецт, триггеры и элементы И, ИЛИ и инверторы, при этом между каждым входом устройства и каждым соответствующим входом мажоритарного элемента подключена схема ИЛИ, выход которой соединен со входом мажоритарного элемента, а один из ее входов подключен к единичному выходу триггера выдачи единиц 1.

Недостатком этого устройства является низкая надежность работы лри определенном сочетании единичных потенциалов в старших разрядах кодов, поступающих на входы устройства.

- Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для выбора среднего по величине числа, содержащее элемент ИЛИ, выход которого соединен, со входом мажоритарного элемента, элемент :И вкудачи числа, триггер анализа нулей, триггер анализа единиц, элемент И анализа нулей, инвертор входных сигналов, элемен И анализа единиц, инвертор выходных сигналов, элемент И прямого кода, элемент И обратного кода, элемент ИЛИ выдачи нулей, элемент ИЛИ выдачи единиц, элемент И анализа нулей обратного кода, элемент И анализа единиц обратного кода, инвертор

10 входных сигналов обратного кода,инвертор выходных сигналов обратного кода, инвертор числа, шину прямого кода, шину обратного кода, элемент ИЛИ числа 2 .

15

Недостатки этого устройства - громоздкость и низкая надежность работы при определенном сочетании единиц в старших разрядах кодов, поступающих

20 на входы.

Целью изобретения является повышение .надежности работы устройства путем его упрощения.

Поставленная цель достигается тем,

25 что в устройство для выбора среднего по величине двоичного числа, содержащее п инверторов входных сигналов, выходы каждого, из которых подключены к первому входу соответствукнцего элемента И анализа нулей, п элементов И

30

анализа единиц, ti элементов ИЛИ числа, элементов И прямого кода/ первые входы которых соответственно подключены ко входам соответствующих инверторов входных сигналов и соответствующим шинам прямого кода,, элемент ИЛИ, ti элементов И вьщеления числа, выход первого из которых подключен к первому входу элемента ИЛИ, дополнительно введены п+3 триггеров-, 1нвертор, У1 дополнительных элемен- ,. тов И аналиэа нулей, элемент И выделения числа, четыреэлемента И, элемент ИЛИ, логический элемент ми только и и пороговый элемент, причем входы инверторов входных сигналов соединены с первыми входами соответствующих элементов И анализа единиц, а выходы инверторов входных сигналов подключены к первым входам соответствующих дополнительных элеме.нтов И анализа нулей, выходы элементов И анализа нулей, выходы элементов И анализа единиц и выходы дополнительных элементов И аналиэа нулей соответственно подключены к первым, вторым и третьим входам соответствующих элементов ИЛИ числа, выходы которых соответственно подключены к первым входам п триггеров, выходы которых подключены ко вторым входам соответствующих элементов И прямого кода, выходы которых попарно подключены к первым и вторым входам соответствующих м элементов И выделения числа, а также к п входам элемента пи только и , порогового элемента и дополнительного элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу, дополнительного элемента И выделения числа, к первым входам первого и второго дополнительных элементов Ник третьим входам элементов И выделения числа, выходы м-1 элементов И выделения числа и дополнительного элемента И вьщеления числа подключены к VI входам элемента ИЛИ, выход порогового элемента подключен ко второму входу первого дополнительного элемента И, выход которого подключен к первому входу П+1-ВОГО триггера, к первым входам третьего и- четвертого дополнительных элементов И и через дополнительный инвертор - к вторым вхо38010 101 10110010

39О 11---1101-40О 10100 О

Исключаемый при этом разряд кода

Выход устройства

В исходном состоянии после подачи сигнала на шину 41 начальной устадам элементов И анализа нулей; выход элемента п и только п подключен ко второму входу второго дополнительного элемента И, выход которого подключен к третьим входам элементов И анализа нулей и к второму входу четвертого дополнительного элемента И, выход которого подключен ко вторым входам элементов И аналиэа единиц и к первому входу П+2-ГО триггера, первый выход которого подключен к второму входу третьего дополнительного элемента И, а второй выход - к третьему входу четвертого дополнительного элемента И; выход третьего дополнительного элемента И подключен к вторым входам дополнительных элементов И анализа нулей и к первому входу триггера, выход которого подключен к третьему входу третьего дополнительного элемента И; выход п +1-.ВОГО триггера подключен ко второму входу дополнительного элемента И вьоделения числа/ вторые входы всех триггеров соединены между собой ii подключены к шине начальной установки, а выход элемента ИЛИ соединен с выходйой шиной устройства.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства для выбора среднего по величине двоичного числа дляп 3; на фиг. 2 временн ая диаграмма работы устройства.

Устройство содержит инверторы 1 3 входных сигналов, дополнительный инвертор 4, доподнитепьные элементы 5-7 И анализа нулей, элементы 8-10 И анализа единиц, элементы 11-13 И аналиэа нулей, дополнительные элементы 14-17 И, дополнительный элемент 18 И вьщеления числа, элементы 19-21 И прямого кода, элементы 22-24 И вьщеления числа, триггеры 25-30, ПОРОГОВЫЙ элемент 31, элемент пи только VI 32, (для случая и 3, использован элемент 3 и только 3), дополнительный элемент 33 .ИЛИ, элемент 34 ИЛИ, являющийся выходом уст-г ройства, элементы 35-37 ИЛИ числа, шины 38-40 прямого кода, шину 41 начальной установки.

Устройство работает следующим образом (алгоритм работы приведен в таблице.

М

М

01010110110010

новки на единичных выходах триггеров 25-27 устанавливаются нулевые потенциалы, а на единичных выходах триггеров 28-30 с удержанием состояния единичные потенциалы.

Дальнейшую работу устройства jsacсмотрим на примере подачи на его входы произвольных сигналов. При подаче на шины 38-40 прямых кодов старших разрядов сравниваемых чисел, содержащих нули, на выходе устройства сохраняется нулево состояние. При подаче на шины 38-40 следующих разрядов сравниваемых чисел, содержащих еди-ницы, на выход устройства через элементы 19-21 И прямого кода, элементы 22,23,24 И и элемент 34 ИЛИ поступает единичный потенциал. При этом ни один триггер не меняет- своего состоя НИН, так как не срабатывают элементы 31 и3 и только 3 32.

Далее на шины 38-40 прямых кодов может поступить; комбинация сигналов в разрядах кодов 010 или 110.

При комбинации сигналов в разрядах кодов 010 на выходе устройства сохраняется нулеврй потенциал, так как при этом не срабатывают элементы 22-24 И.

На выходах элементов 31 и 3 и только 3 32 появляются единичные потенциалы, которые, проходя через элементы 16 и 15 И соответственно, поступают на элемент 17 И, с выхода которого единичный потенциал поступает на триггер 26 и на элементы 8 10 И анализа единиц. При этом элемент 8 И срабатывает, и через элемент 36 ИЛИ числа на вход триггера 2 с удержанием состояния поступает единичный потенциал, по окончании которого этот триггер срабатывает, снимая разрипающий потенциал -е элемента И 20 прямого кода.

Переключение триггера 29 с удержанием состояния исключает возможность дальнейшего прохождения по шине 39 прямого кода на входы элементов 22,23 И кода, содержащего в старшем разряде, по отношению к сравниваемым кодам, единичный потенциал-. Одновременно сигнал с выхода элемента 31 через элемент 16 И поступает на вход триггера 27 с.удержанием состояния, который срабатывает по заднему фронту входного сигнала. Переклчение триггера 27 с удержанием состо яния подало разрешающий потенциал на вход элемента 18 И.

В дальнейшем устройство будет реагировать только на сигналы по шинам 38, 40 прямых кодов.

Появление единичных или нулевых потенцигшов на этих шинах не меняет состояния триггеров устройства, а на выходе соответственно повторяется входной сигнал.

Появление единичного сигнала только на одной из оставшихся шин прямых кодов, подключенных к элементам И выделения числа, например, на шине 38

прямого кода, приведет к появлению сигнала на выходе элемента 31, который через элементы 16 и 14 поступит на триггер 25 и на входы элементов 5-7- И анализа нулей.

При этом элемент 7 И анализа нулей через элемент 37 ИЛИ числа пропускает на вход триггера 30 с удержанием состояния сигнал, по окончании которого триггер 30 срабатывает. Переключение триггера 30 исключает возмож0ность дальнейшего прохождения на вход элементов 23,24 И сигналов по шине 40 прямого кода.

В дальнейшем на выход устройства будет подключена через элемент 19 И

5 прямого кода, дополнительный элемент 33 ИЛИ, дополнительный элекюнт 18 И и элемент 34 ИЛИ шина 38 прямого кода.

Таким образом определяется шина прямого кода, по которой поступает

0 код среднего двоичного числа.

При комбинации сигналов в разрядах сравниваемых кодов 110 на вЫходе устройства присутствует единичный потенциал. При этом с выхода элемента 32 3 и только 3 через элемент

5 15 И на входы элементов 11-13 И анализа нулей поступает разрешающий потенци.эл, при котором срабатывает элемент 13 И. Сигнал с выхода этого элемента через элемент 37 ИЛИ числа

0 поступает на вход триггера 30 с удержанием состояния, по окончании которого триггер 30 срабатывает, исключая возможность дальнейшего прохождения сигналов по шине 40 прямых

5 .КОДОВ на входы элементов 23, 24 И.

Таким образом, исключается число, содержащее в разряде нулевой потенциал (младшее число) .

В дальнейшем устройство будет ре0агировать на сигналы по двум шинам 38, 39, прямого кода.

Одновременное появление на этих шинах единичных или нулевых сигналов не меняет состояния триггеров устройства, а на его выходе будет повто5ряться соответственно входной сигнал.

Появление единичного сигнала только в одной из шин прямого кода, например, в шине 39, вызовет разрешающий сигнал на выходе элемента 17 И,

0 который поступит на входы элементов 8-10 И и на вход триггера 26, а также с выхода элемента 16 И на вход триггера 27. Сигнгш разрешения с выхода элемента 17 И приведет к сраба5тыванию анализа 8 И анализа единиц,с выхода которого на вход триггера 29 с удержанием сйстоя.ния поступает сигнал.

По окончании единичного сигнала

0 в шине 39 прямого кода опрокидывается триггер 29 с удержанием состояния, исключая возможность прохождения сигналов по шине 39 прямого кода, по которой поступает .старшее из сравниваемых чисел, на входы элементов 22, 23 И, Переключение триггера 27 вызывает подключение через элемент 34 ИЛИ дополнительного элемента 18 И к .выходу устройства, с помощью которого шина 38 прямого кода по которой поступает среднее двоичное число, по ключается к выходу устройства. На фиг. 2 изображены временные диаграммы работы устройства, где момент времени. t соответствует тому/ когда на входные шины устройства 3840 (что отображено во второй графе таблицы алгоритма работы устройства) поступают единичные потенциалы. На диаграмме показаны сигналы на выходах элементов 20,19,21,33 и выходе устройства (элемент 34 ИЛИ). Момент времени li соответствует тому, когда на шину 39 поступает единичный потенциал (что соответству ет наибольшему числу). При этом пока заны сигналы на выходах элементов 31,32,16,15, 9,36,20,33, инверторов 1, 4 3 триггера 27 и выходу устройства 34, а в таблице алгоритма работы указан исключаемый разряд (старшего числа) по шине 39. В момент времени t шины 38, 40 поступают единичные потенциалы следующих разрядов сравниваемых чисел. До этого момента включительно Невозможно определить среднее по величине число, так как на шины 38,40 поступают равные числа и на выходе устройства (34) эти числа полностью воспроизводятся в момент их пояЬления. На диаграмме показаны выходные сигналы элементов 4,24,32,16,19,21, 33, триггера 28,. инверторов 4, 2 и на выходе устройства (34) . В момент времени на шину 38 по ступает единичный сигнал, следова тельно, по этой шине поступает среднее число. Устройство отключает шину 40, по которой поступает меньшее число. Это отражено в описании и алгоритме работы устройства, а на диаг рамме показаны выходные сигналы элементов 31,32,16,19,21,18,14,25,6,34 7,27, триггеров инверторов 3,2 С момента времени 5 рассматривается ситуация, когда работа устройства начиналась бы с комбинации 110 потенциалов на входных шинах 38,39, 40 соответственно. Тогда устройство реагирует отключением шины 40, по которой поступает меньшее число. На диаграмме отображены выходные сигналы элементов 22,32,15,20,19,33,37, 13,34 инвертора 3. Далее, в момент времени б, имеет место повторное появление сигналов на шинах 38,39. Шина, по которой поступает среднее число, еще не опреде лена. Числа, поступающие, по шинам 38, 39, равны между., собой ; На диаграм ме отображены выхолные сигналы элементов 22, 32,13 и 34.. Момент времени 17 соответствует времени, когда на шину 39 поступает единичный потенциал и возникает возможность вьщелить шину, по которой поступает большее число. Эта шина 39, она отключается от устройства триггером 29. На диаграмме отображены сигналы на выходах элементов 4,31, 32,16,17,8-, триггеров 26,29,27. Преимущества настоящего устройства заключаются в устранении аппаратурной избыточности известного устройства(2) и в повышении его надежности, так как устройству не угрожают сбои при любом сочетании единиц в старших разрядах сравниваемых кодов. Формула изобретения Устройство для выбора среднего по величине двоичного числа, содержащее И инверторов входных сигналов, выходы каждого из которых подключены к первому входу соответствующего элемента И анализа нулей, и элементов И анализа единиц,п элементов ИЛИ числа, h элементов И прямого кода, первые входы которых подключены ко входам соответствующих инверторов входных сигналов, и соответствующим шинам прямого кода, элемент ИЛИ, п элементов И ВЕВделения числа, выход первого из которых подключен к первому входу элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности е.го. работы, в него дополнительно введены и+3 триггеров, инвертор, п дополнительных элементов И анализа нулей, элемент И выделения числа, четыре элемента И, элемент ИЛИ, логический элемент п и только п и пороговый элемент,входы инверторов входных сигналов соедине-ны с первыми входами соответствукяцих элементов И анализа единиц, а выходы инверторов входных сигналов подключены к первым входам соответствующих дополнительных элементов И анализа нулей, выходы Элементов И анализа нулей, выходы элементов И анализа единиц и выходы дополнительных элементов И анализа нулей соответственно подключены к первым, вторым и тертьим входам соответствующих элементов ИЛИ числа, выходы которых соответственно подключены к первым входам YI триггеров, выходы которых подключены ко вторым входам соответствующих элементов и прямого кода, выходы которых попарно подключены к первым и вторым входам соответствующий и элементов И выделения числа, а также к ц входам элемента пи только п порогового элемента и дополнительного элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу дополнительного элемента И выделения числа, к первым входам первого и второго дополнительных элементов И и к третьим входам элементов И выделения числа, выходы п-1 элементов И выделения числа и дополнительного элемента И выделения числа подключены к п входам элемента ИЛИ, выход порогового элемента псщключен ко второму входу первого дополнительного элемента И, выход которого подключен к первому, входу п +1вого триггера, к первым входам третьего и четвертого дополнительных элементов И и череэ дополнительный инвертор - к вторым входам элементов И. анализа нулей, выход элемента пи только м подключен ко второму входу второго дополнительного элемента И, выход которого подключен к третьим входам элементов И аналиэа нулей и ко второму входу четвертого дополни-, тельного элемента И, выход которого подключен ко вторым входам элементов И анализа единиц и к первому входу 1П+2-ГО триггера, первый выход которого подключен к второму входу третьего дополнительного элемента И, а второй выход - к третьему входу четвертого дополнительного элемента И; выход третьего дополнительного элемента И подключен к вторым входам дополнительных элементов И анализа нулей и к первому входу п+3-его триггера , выход которого подключен к третьему входу третьего дополнительного элемента И, выход л+1-вого триг(гера подключен ко второму входу дополнительного элемента И выделения числа, вторые входе всех триггеров соединены между собой и подключены к шине начальной установки, а выход элемента ИЛИ соединен с выходной шиной устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 394790, кл. G 06 F 11/00, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР 609994, кл. G 06 F 11/00, 1977 (прототип).