Устройство логической обработки

СОЮЗ СОВЕТСНИХсамцирьнкп миРЕСПУВЛИН ОЮ О 1) 0 С 06 Р 15 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ3 ОПИСА 1 АВТОРС ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ:дешифратор адреса, блок приемо-передатчиков адреса и блок приемо-передатчиков данных, первый информационный вход которого. соединен с информационным входом устройства, а информационные входы адресного регистраи блока приемо-передатчиков адресаподключены к адресному входу устройств;, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения производительности, оно содержит блок памяти термов, блок памяти функций, блок памяти результата, реверсивный счетчик- термов, реверсивный счетчик Функций,кбммутатор, регистр результата, дваодновибратора, дифференцирующий элемент, ключ, блок элементов ИЛИ, пятьэлементов ИЛИ и три элемента И, приэтом первый и второйвходы первогоэлемента И соединены соответственно спервым выходом адресного регистра ивходом управления режимом устройства, первый и второй входы и выход второго элемента И подключены соот" ветственно к второму выходу адресного регистра, входу управления режимом устройства и счетному входу реверсивного счетчика термов, вход приращения, вход параллельной записи, информационный вход и информационный выход которого соединены соответственно с информационным входом устройства, выходом первого одновибратора, информационным выходом и информационным входом блока памяти термов, первый и второй входы и выход первого элемента ИЛИ подключены соответственно к выходу первого одновибратора, входу управления режи- мом устройства и входу чтения блока памяти результата, вход записи, ад-ресный вход, информационный вход и информационный выход которого соединены соответственно с выходом вто- Я рого одновибратора, выходом блока элементов ИЛИ, выходом регистра результата и первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход, управляющий вход н выход коммутатора подключены соответственно к выходу младшего разряда реверсивного счетчика функций, информационному входу устройства и информационному входу регистра результата, синхровход которого соединен с выходом первого одновибратора, выход, первый и второй входы третье- ч го элемента И подключены соответственно к входу первого одновибратора, второму выходу адресного регистра н выходу второго элемента ИЛИ, входы которого соединены с информационным входом устройства, выход, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ124317 подключены соответственно к входуразрешения обращения блока памятирезультата, второму выходу адресно,го регистра и выходу дешифратора ад.реса, первый и второй входы блока:венно с информационным входом уст.ройства и первым входом блока приемопередатчиков адреса, второй выход иуправляющий вход которого подключенысоответственно к входу дешифратораадреса и второму выходу адресногорегистра, первый и второй входы ивыход четвертого элемента ИЛИ соеди"иены соответственно с первым и вторым выходами адресного регистра ивходом разрешения обращения блокапамяти термов, адресный вход, входчтения и вход записи которого под"ключены соответственно к адресномувходу устройства, выходу первого одновибратора и выходу пятого элемен-.та ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого элемента И и второгоодновибратора, вход которого подключен к выходу второго элемента И, управляющий вход, второй информационИзобретение относится к цифровым вычислительным машинам и может быть использовано в управляющих микропроцессорных системах.Известно устройство логической. обработки, содержащее однобитовый процессор, запоминающее устройство, порт данных и устройстваввода- вывода 1 .Известно также устройство логичес" кой обработки, содержащее микропроцессор общего назначения, запоминаю" щее устройство, устройства ввода-вывода и логический дешифратор 2 .Эти устройства предназначены для автоматического управления машинами и производственными процессами.Недостатком указанных устройств является малое быстродействие при решении булевых уравнений.Наиболее близким к предлагаемому является устройство логической обра" ный вход и выход блока приемо-передатчиков данных соединены соответственно с вторым выходом адресного регистра, выходом блока памяти результата и информационным входом блокапамяти термов, выход, информационный вход, вход параллельной записи,вход приращения и счетный вход реверсивного счетчика функций подключены соответственно к информационному входу и выходу блока памятифункций, выходу первого одновибратора, информационному входу устройства и выходу ключа, управляющий входи информационный вход которого соединены с выхоДами соответственновторого элемента И и дифференцирующего элемента, вход которого подключен к выходу старшего разряда реверсивного счетчика термов, а входчтения, вход записи, адресный входи вход разрешения обращения блокапамяти функций соединены соответственно с выходом первого одновибра"тора , выходом второго одновибратора , адресным входом устройст"ва и вторым выходом адресного регистра. ботки, содержащее процессор, устройства ввода-вывода, запоминающее устройство, коммутатор, последовательнопараллельные преобразователи и детектор неисправности. В известномустройстве производится циклическийопрос входных каналов. Коммутаторпо команде из процессора выборочноподключает группу входов к параллель о но-последовательным преобразователям,которые осуществляют упорядочение данных для проверки логический условий. В логические условия входят переменные, соответствующие опрашивае" 5 мым каналам И .Недостатками известного устройства являются низкая скорость вычислений вследствие того, что каждый раз последовательно производится полная Опроверка выполнения условий булевых уравнений и программное формирование слов результата, и большой объем паному входу устройства и информацион ному входу регистра результата, синхровход которого соединен с выходом первого одновибратора, выход, первый и второй входы третьего элемента И годключены соответственно к входу первого одновибратора, второму выходу адресногорегистра и выходу второго элемента ИЛИ, входы которого соединены с информационным входом устройства, выход, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ подключены соответственно к входу разрешения обращения блока памяти результата, второму выходу адресного регистра и выходу дешифратора адреса, первый и второй входы блока элементов ИЛИ соединены соответственно с информационным входом устройства и первым выходом блока приемо-передатчиков адреса, второй выход и управляющий вход которого подключены соответственно к входу дешифратора адреса и второму выходу адресного регистра, первый и второй входы и выход четвертого элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым выходами адресного регистра и входом разрешения обращения блока памяти термов, адресный вход, вход чтения и вход записи которого подключены соответственно к адресному входу устройства, выходу первого одновибратора и выходу пятого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с. выходами соответственно первого элемента И и второго одновибратора, вход которого подключен к выходу второго элемента И, управляющий вход, второй информационный вход и выход блока приемо-передатчиков данных соединены соответственно с вторым выходом адресного регистра, выходом блока памяти результата и информационным входомблока памяти термов, выход, информа ционный вход, вход параллельной за-, писи, вход приращения и счетный вход 35 з 1124 мяти для записи уравнений, так как в памяти постоянно хранятся программы решения каждого иэ уравнений.Цель изобретения - повышение производительности устройства и уменьшение объема используемой памяти.Указанная цель достигается тем, что в устройство логической обработки, содержащее .дресный регистр, дешифратор адреса, блок приемо-передат О чиков адреса и блок приемо-передатчиков данных, первый информационный вход которого соединен с информационным входом устройства, а информацион" ные входы адресного регистра и блока приема-передатчиков адреса подключены к адресному входу устройства, введены блок памяти термов, блок памяти функций, блок памяти результата, реверсивный счетчик термов, 20 реверсивный счетчик функций, коммутатор, регистр результата, два одновибратора; дифференцирующий элемент, ключ, блок элементов ИЛИ, пять эле-: ментов ИЛИ и три элемента И, при этом 25 первый и второй входы первого элемента И соединены соответственно с первым выходом адресного регистра и входом управления режимом устройства, первый и второй входы и выход второго элемента И подключены соответственно к второму выходу адресного регИстра, входу управления режимом устройства и счетному входу реверсивного счетчика термов, вход приращения, вход параллельнои записи, информационный вход и информационный выход которого соединены соответственно с информационным входом устройства, выходом первого одновибра тора, информационным выходом и информационным входом блока памяти термов, первый и второй входы и выход первого элемента ИЛИ подключены соотв .тственно к выходу первого одно-вибратора, входу управления режимом устройства и входу чтения блока памяти результата, вход записи, адресный вход, информационный вход и информационный выход которого соединены соответственно с выходом второго 5 О одиовибратора, выходом блока элементов ИЛИ, выходом регистра результата и первым информационным входом коммутатора,второй информационный вход, управляющий вход и выход коммутатора подключены соответственно к выходу младшего разряда реверсивного счетчика функций, информацион 311 4 реверсивного счетчика функций подключены соответственно к информационному входу и выходу блока памятифункций, выходу первого одновибратора, информационному входу устройстваи выходу ключа, управляющий вход иинформационный вход которого соединены с выходами соответственно второгоэлемента И и дифференцирующего элемента, вход которого подключен к выходу старшего разряда реверсивногосчетчика термов, а вход чтения, вход записи, адресный вход и вход разрешения обращения бЛока памяти функций соединены соответственно с выходом первого одновйбратора, выходом второ го одновибратора, адресным входом устройства и вторым выходом адресного регистра.На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства ло О гической обработки; на фиг. 2 - функциональная схема коммутатора; на фиг, 3 - временная диаграмма работы устройства в режиме логической обработки. 15Устройство (фиг. 1 и 2) содержит блок 1 памяти термов, блок 2 памяти функций, блок 3 памяти результата, реверсивный счетчик 4 термов, реверсивный счетчик 5 Функций, регистр 6 20 результата, коммутатор 7, системная магистраль 8, блок 9 приемо-передатчиков данных блок 10 приемо-передатчйков адреса, блок 11 элементов ИЛИ; адресный регистр 12, первый и второй элементы ИЛИ 13 и 14, первый и второй элементы И 15 и 16, дешифратор 17 адреса, третий и четвертый элементы ИЛИ 18 и 19, третий элемент 20 первый и второй одновибраторы 21 и 22, ключ 23, пятый элемент ИЛИ 24, дифференцирующий элемент 25, дешифратор 26, первый и второй ключи 27 и 28.Блокпамяти турмов, блок 2 памяти функций и блок 3 памяти результа .та представляют собой запоминающие устройства, ячейки которых с помощью реверсивного счетчика 4 термов, реверсивного счетчика 5 Функций и регистра 6 результата образуют вирту альные счетчики, соответствующие конъюнктивным термам и булевым функциям, и виртуальные регистры результата.Блок 1 памяти термов и блок 2 па мяти функций соединены со счетчиком 4 термов и счетчиком. 5 функций непосредственно, а передача данных из блока 3 памяти результата в регистр 6 результата осуществляется через 50 .коммутатор 7.Структура устройства в значительной степени предопределена выбранным методом решения булевых уравнений 1 основные особенности которого сводятся к следующему;исходные уравнения представляются в дизъюнктивной нормальной форме; истинность (равенство логической единице) отдельного конъюнктивного .терма в уравнении проверяется путем подсчета входящих в него переменных, имеющих в текущий момент значение логической единицы, и сравнения результатаподсчета с контрольной константой; истинность булевого уравнения проверяется путем подсчета входящих в него конъюнктивных термов, имеющих в текущий момент значение логической единицы, и сравнения результата подсчета с контроль" ной константой.Возьмем в качестве примера уравнениегде Г - булева функция;Ч"Л Ч- булевы переменные;Ч(" ЧлЧэ1 лля 4я,л Ч - конъюнктивные термы,Контрольной константой для первого и второго .конъюнктивных термовбудет число 3, а для третьего - 2.Контрольной константой для проверки"ложности" функции будет число О.Каждому конъюнктивному терму икаждой функции соответствует виртуальный счетчик. Контрольной константой для всех счетчиков, соответствующих булевым функциям, является"0". Сравнение значений счетчиков,соответствующих конъюнктивным термамуравнений, в данном устройстве производится также с одной, общей длявсех этих счетчиков константой. В качестве такой константы взято число,соответствующее старшему разрядуиспользуемых счетчиков. Так для четырехраэрядных счетчиков такой константой будет число 18. Это, в своюочередь, означает, что при даннойразрядности счетчиков максимальноечисло переменных, входящих в одинконъюнктивный терм, не должно превышать 8, а число конъюнктивных термов в одном уравнении должно быть неболее 15.Для обеспечения работы с общей контрольной константой в счетчики конъюнктивных термов предварительно загружаются константы начальных значений, которые определяются как разность между контрольной константой и числом переменных, входящих в данный конъюнктивный терм. Так при7 11243 принятой контрольной константе "8" константами начальных значений для счетчиков, соответствующих конъюнктивным термам уравнения (1), будут числа 5, 5 и 65 Устройство логической обработки связано с микропроцессорной системой через системную магистраль 8, которая, в частности, может иметь трех- шинную организацию (шина данных, шина адреса и шина управления режимом). Первый информационный вход блока 9 соединен с информационным входом Д устройства (шиной данных магистрали 8), а информационные входы адресного регистра 12 и блока 10 подключены .к адресному входу А устройства (шине адреса магистрали 8). Первый и второй входы элемента 15 соединены соответственно с первым выходом" регистра 12 и входом Зп управления режимом устройства (шина управления режимом магистрали 8). Первый и второй входы и выход элемента 16 подключены соответственно к второму выходу регистра 12, входу управления режимом устройства и счетному входу счетчика 4, Вход приращения, вход параллельной записи, информаЗО ционный вход и информационный выход , счетчика 4 соединены соответственно с информационным входом ДЗ устройст ва, выходом одиовибратора 21, информационным выходом и информационным входом блока 1. Первый и второй вхо- З 5 . ды и выход элемента 13 подключенысоответственно к выходу одновибратора 21, входу Ч 1, управления режимомустройства и входу чтения блока 3.Вход записи, адресный вход, информационный вход и информационный выход блока 3 соединены соответственно с выходом одновибратора 22, выходом блока 11, выходом регистра 6 ипервым информационным входом коммутатора 7. Второй информационный вход, управляющий вход и выход коммутатора 7 подключены соответственнок выходу младшего разряда счетчика 5,информационному вхоцу Д 2 устройстваи информационному входу регистра 6,синхровход которого соединен с выходом одновибратора 21. Выход, первый и второй входы .элемента 20 под-ключены соответственно к входу одновибратора 21, второму выходу регистра 12 и выходу элемента 14, входыкоторого соединены с информационным 17 8входом Д устройства. Выход, первый и второй входы элемента 18 подключены соответственно к входу разрешения обращения блока 3, второму выходу регистра 12 и выходу дешифратора 17Первый и второй входы блока 11 соединены соответственно с информационным входом Д 1 устройства и первым выходом блока 10, второй выход и управляющий вход которого подключены соответственно к входу дешифратора 17 и второму выходу ре- гистра 12, Первый и второй входы и выход элемента 19 соединены соответственно с первым и вторым выходами регистра 12 и входом разрешения обращения блока 1, адресный вход, вход чтения и вход записи которого подключены соответственно к адресному входу А 1 устройства, выходам одновибратора 21 и элемента 24. Первый и второй входы элемента 24 соединены с выходами соответственно элемента 15 и одновибратора 22, вход которого подключен к выходу элемента 16, Управляющий вход, второй ин-Формационный вход и выход блока 9 соединены соответственно с вторым выходом регистра 12, выходом блока 3 и информационным входом блока 1. Выход, информационный вход, вход параллельной записи, вход приращения и счетный вход счетчика 5 подключены соответственно к информационному входу и выходу блока 2, выходу одновибратора 21, информационному входу ДЗ устройства и выходу ключа 23. Управляющий вход и информационный вход ключа 23 соединены с выходами соответственно элементов 16 и 25, при этом вход последнего подключен к выходу старшего разряда счетчика 4. При этом вход чтения, вход записи, адресный вход и вход разрешения обращения блока 2 соединены соответст" венно с выходами одновибраторов 21 и 22, адресным входом А 2 устройства и вторым выходом регистра 12.ФВ коммутаторе 7 (Фиг, 2) каждый из выходов дешифратора 26 соединен с управляющим открывающим входом первого ключа 27 и управляющим закрывающим входом второго ключа 28, Вход дешифратора 26 является управляющим входом коммутатора 7. Информационные входы ключей 27 соединены между собой и с вторым информационным входом коммутатора 7Информационные входы9 11243 ключей 28 являются первым информационным входом коммутатора 7. Выходы ключей 27 и 28, относящиеся к одному разряду, соединены между собой и,являются информационным выходом коммутатора 7.Для управления устройством логи:ческой обработки со .стороны центрального процессора микропроцессорной системы предусматривается иснользова ние трех команд: "Вывод", "Запись в память", "Чтение памяти" (эти команды являются типовыми для микропро" цессоров)По команде "Вывод" процессор записывает в регистр 12 при- Б 5 знак режима работы, Устройство имеет три режима работы: логическая обработка (первый выход регистра 12 имеет значение "1", вторсй - "О"); чтение слов результата(первый и второй 20 выходы. регистра 12 имеют значение "О"); запись констант в счетчики тер" мов (первый выход регистра 12 имеетзначение "О", второй - "1).По команде "Запись в память" про цессор осуществляет запись констант начальных значений в счетчики конъюнктивных термов (в режиме "Запись констант в счетчики термов") нли задает связанную цепочку "счетчик терма-счет 30 чик функции-разряд в слове результата" и определяет выполняемую в устройстве операцию - прибавление или вычитание "1" (в рекиме "Логическая обработка" ). По команде "Чтение па 35 мяти" осуществляется вывод значений булевых Функций иэ блока 3.Устройство работает следующим об.разом,В .начале работы ячейки блока 2 обнуляются и в регистр 12 процессором системы по команде Вывод" засылается значение признака режима работы "Запись констант в счетчики ;тернов". Сигнал с второго выхода регистра 12 поступает через элемент 19 на вход разрешения обращения блока .1, подготавливая его. к работе, и на вход элемента 15. Затем процессор стандартным образом с помощью команды Запись в память" после-.Ф 50 довательно загружает в ячейки блока 1, соответствующие счетчикам конъюнктивных термов, константы начальных значений. При этом на адресный вход блока 1 поступает код адре са А 1 соответствующей ячейки, а по пине данных через блок 9 - значение константы начальной загрузки. 17 10После загрузки констант начальных значений очередной командой "Вывод" устанавливается режим работы "Логическая обработка". Данное устройство предназначено для работы в составе вычислительной системы, в которой независимо от устройства логической обработки осуществляется контроль за изменением значений переменных, входящих в булевые уравнения, В системе (ее управляющей .программе) для каждой переменной имеется список конъюнктивных термов, в которые она входит, а для каждого конъюнктивного терма - список функций, в уравнения которых он входит, и также адреса функций в блоке 3. В устройство поступает информация, связанная только с переменными, изменившими свое значение. При выполнении команды "Запись в память" на линиях А 1, А 2 и Д 1 магистрали 8 устанавливаются коды адресов соответственно счетчика термов, в который входит текущая переменная, счетчика функции, в уравнение которой входит данный терм, и слова результата, в которое помещается значение вычисляемой функции, На линиях Д 2 устанавливается код, определяющий разряд в адресуемом слове результата для значения переменной. Значение сигнала Сложение-вычитание подаваемого на счетчики 4 и 5, задается через линию данных ДЗ, на которую подается значение логической единицы в том случае, если значение текущей переменной равно 1 и переменная входит в данный конъюнктивный терм без инверсии или если значение текущей переменной равно О и она входит в данный конъюнктивный терм с инверсией. Значение логического нуля на линию ДЗ подается в том случае, если значение текущей переменкой равно О и она входит в данный конъюнктивный терм без инверсии, или если значение текущейпеременной равно 1 и она входит в данный конъюнктивный терм с инверсией.Работа устройства в режиме "Логическая обработка" поясняется временной диаграммой (фиг. 3). Выполнение команды Запись в память" начинается с возбуждения адресных линйй А 1 и А 2,При этом в блоке 1 и в блоке 2 подготавливается доступ к адресуемьщ ячейкам. Затем воэбуждаВ управляющих вычислительных системах управляющие дискретные сигналы 25 выводятся, как правило, сгруппированными по словам или по байтам. Поэтому в данном устройстве вычислениябулевых Функций сопровождаются "упаковкой значений функций в слова ре зультата. Для считывания слов результата центрзльный процессор переводитустройство в режим работы "Чтениеслов результата" и посредством команды "Чтение памяти" стандартнымобразом считывает необходимые данныеиз блока 3.) Техническим преимуществом данногоустройства по сравнению с известными 40 является увеличение скорости обработ. ки (производительности) на 2-3 порядка и уменьшЕние объема используемой памяти в 2-3 раза. ются линии данных Д 1, Д 2 и ДЗ. Покоду на линиях Д 1 выбирается ячейкав блоке 3. Сигналом на линии ДЗ задается направление счета (+) счетчиков 4 и 5. По коду на линиях Д 2 задается номер разряда, в который записывается значение булевой Функции.Общее нулевое значение сигналов налиниях Д 1 и Д 2 является программнозапрещеннью, поэтому на выходе эле Омента 14 появляется сигнал "1" иэлемент 20 возбуждается уровень еговыходного сигнала изменяется с нулевого на единичный, Положительнымфронтом запускается одновибратор 21, 5сигнал с которого поступает на входычтения блоков 1, 2 и 3, а также навходы записи счетчиков 4 и 5 и синхровход регистра 6. Производится перезапись данных из ячеек памяти в указанные счетчики и регистр. При возбуждении управляющей линии "Записьв память" на счетный вход счетчика 4поступает сигнал и в счетчике осуществляется операция "+1" или "-1" взависимости от значения сигнала налинии ДЗ, Если при этом происходитизменение значения старшего разрядасчетчика 4, элемент 25 вырабатываетсигнал, который через ключ 23 поступает на счетный вход счетчика 5,которым в этом случае также производится операция "+1" или "-1". Значение младшего разряда счетчика 5, являющееся значением Функции решаемого уравнения, поступает на второйинформационный (корректирующий) вход.коммутатора 7, В коммутаторе 7 (фиг.2сигнал со счетчика 5 передается навыход по тому разряду, в котором науправляющем входе ключа 27 имеетсяразрешающий сигнал с выхода дешифра.тора 26. Значения остальных разрядов коммутатора соответствуют содер. жимому адресуемой в блоке 3 ячейки. С выхода коммутатора 7 откорректиро ванное слово результата записывается в регистр 6, Задним фронтом маги. стрального сигнала "Запись в память" запускается одновибратор 22, сигнал с которого поступает через элемент 24 на вход записи блока 1 и на аналогиЧ- ные входы блоков 2 и 3. Откорректированные значения счетчика термов, счетчика функций и регистра результата перезаписываются в ячейки памяти, из которых они бы.ч считаны.Вычисление Функций по изменению одной переменной в составе одного терма на этом заканчивается. Команда "Запись в память" повторяется для всех термов, в которые входит переменная, по всем переменным, изменявшим свое значение.