Асинхронный регистр сдвига

Со 1 оз Советских Социалистических Республик(2 7837 с присоединением заявкиосудврственнын комитетСовета Министров СССР,по делам нзобретениК 23) ПриоритетОпубликовано 15,09,76. БюллДата опубликования описани(54) АСИНХРОННЫЙ РЕГИСТР СДВИ Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники.Известны различные модификации схем синхронных сдвиговых регистров 11, 21, Эти устройства, несмотря на различия принципиальных схем разрядов регистров (в первом использованы вентили ввода, во втором - дополнительный элемент И - НЕ), обладают общим недостатком, Наличие внешних тактовых сигналов не позволяет увеличить быстродействие регистров по сравнению с тем быстродействием, которое рассчитано с учетом максимальных задержек, вносимых логическими элементами схемы.В упомянутых выше регистрах сдвига используются по два триггера на разряд и дополнительные элементы. Такое построение предусматривает, в основном, двухтактную работу (например, во втором применено предварительное обнуление), что приводит к снижению быстродействия регистра,Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является регистр сдвига, содержащий в каждом разряде по три триггера, соединенных последовательно и выполненных на потенциальных элементах, три элемента И - НЕ, шины управления 31.Однако, такому регистру присущ тот же недостаток - расчет его быстродействия должен производиться, исходя из максимально возможных задержек логических элементов. В применяемых в настоящее время в промышленности потенциальных элементах отношение максимальной задержки к минимальной нахо дится в пределах 10 - 20. Очевидно, что еслирегистр будет работать по реальным задержкам элементов, его эффективное быстродействие должно быть существенно выше. Кроме того, если уход величины задержки логическо О го элемента за верхний предел, гарантируемый техническими условиями, является в синхронных регистрах причиной отказов, то в регистрах, работающих по реальным задержкам элементов, он приведет лишь к некоторому за медлению работы,Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия регистра.Для этого в регистр сдвига введены трп дополнительных триггера, причем прямой и пн версный выходы каждого триггера в разрядахсоединены со входами соответствующего элемента И - НЕ и с первыми входами соответствующих дополнительных триггеров, выходы элементов И - НЕ соединены со вторыми вхо дами соответствующих дополнительных триггеров, счетные входы первого, второго и третьего триггера каждого разряда соединены соответственно с прямыми выходами второго и третьего дополнительных триггеров и с шиной ЗО сдвига, прямой выход первого дополнительного55 60 65 триггера соединен с первой шиной управления, а вторая шина управления соединена со вторым входом третьего дополнительного триггера.-1 а чертеже изображена функциональная схема предлагаемого синхронного регистра сдвига.Регистр содержит в каждом разряде три триггера 1, 2, 3 на потенциальных элементах И - НЕ. Триггеры имеют счетный вход 4, входы установки 5, 6, инверсный и прямой выходы 7, 8, выход 9, входы установки О 10, 11.Сигналы с выхода 9 указывают на моменты окончания переходных процессов в соответствующем триггере. Регистр содержит также три дополнительных триггера 12-14, выполненных на элементах ИЛИ - НЕ и элементах И 15-19, шины 20 управления, выходы дополнительных триггеров 21-23, шину 24 сдвига, элементы И - НЕ 25-27.На входы 5 и 6 триггера 1 0-го разряда постоянно подаются сигналы О и 1 соответственно. Выводы 10 и 11 используются в качестве установочных входов только в триггерах 2. Все триггеры в регистре соединены последовательно, а именно - выходы 7 и 8 предыдущего триггера соединены со входами 6 и 5 последующего триггера соответственно.На шину 24 подается внешний управляющий сигнал сдвига, а на шину 20 - сигнал установки начальйой информации.Будем называть триггер обнуленным, если на его общий вход 4 подан сигнал О. В этом случае на его выходах 7 и 8 установлены сигналы 1, на выходе 9 - сигнал 0. Если же на вход 4 подан сигнал 1, то триггер хранит информацию (сигнал на одном из выходов равен 1, на другом - О) и на выходе 9 сигнал равен 1 При обнулении и записи информации изменение значения сигнала на выходе 9 свидетельствует об окончании переходных процессоров в триггере.Выходы 7 и 8 всех триггеров соединены со входами элементов 15 дополнительных триггеров, а выходы 9 - со входами элементов 18 дополнительных тритгеров следующим образом: триггеры 1, 2 и З,всех разрядов - с дополнительными триггерами 12, 13 и 14 соответственно, Прямые выходы 22 и 23 дополнительных триггеров 13 и 14 соединены со входами 4 триггеров 1 и 2 соответственно.Дополнительный триггер работает следующим образом. Если соединенные с его входами триггеры обнулены, то на всех входах элемента 15 сигналы равны О, на инверсном выходе триггера устанавливается О, а на прямом - 1, так как на всех входах элемента 18 сигналы равны 0, Это справедливо для дополнительного триггера 14 в том случае, когда на вход 20 элемента 19 подается сигнал 0, если же он равен 1, то на прямом выходе установится сигнал О. Если все триггеры, подключенные к дополнительным триггерам, хранят информацию, то на всех входах элемента 18 сигнал равен 1. Поэтому 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 па прямом выходе дополнительного триггера в этом случае установится сигнал 0, а на инверсном - 1, госкольку на половине входов элемента 15 сигналы будут равны О. Значение сигнала на входе элемента 19 в данном случае безразлично. Элементы 16 и 17 служат для организации обратных связей. Таким образом, если соединенные с дополнительным триггером триггеры регистра обнулены, то на выходе дополнительного триггера сигнал равен 1, если же они хранят информацию или на вход элемента 19 подан сигнал 1, то на выходе дополнительного триггера в 0,В начальном состоянии сигнал сдвига равен О, триггеры 1 и 3 каждого разряда обнулены, в триггерах 2 записана информация. Устойчивость начального состояния обеспечивается следующим образом; на выходе 23 дополнительного триггера 14 сигнал равен 1, на выходе 22 дополнительного триггера 13 сигнал равен 0, на выходе 21 дополнительного триггера 12 сигнал равен О.Цикл работы регистра (сдвиг на 1 разряд в сторону старших разрядов) состоит из трех фаз.В первой фазе, если сдвиг разрешен, сигнал сдвига изменяется с О на 1, разрешая прием информации из триггеров 2 в триггеры 3. По окончании записи сигнал на выходе 23 дополнительного триггера 14 станет равным 0, что вызовет обнуление всех триггеров 2. На выходе 22 дополнительного триггера 13 установится сигнал 1. Фаза закончена, триггеры 3 хранят информацию, триггеры 2 и 1 обнулены,Во второй фазе сигнал 1 с выхода 22 дополнительного триггера 13 разрешает перепись с триггеров 3 -го разряда в триггеры 1 (+1)-го разряда, По окончании процесса записи на выходе 21 дополнительного триггера 12 установится 0. По этому сигналу снимается разрешение сдвига, после чего сигнал сдвига изменяется с 1 на 0. Это вызывает обнуление всех триггеров 3. На выходе 23 дополнительного триггера 14 устанавливается сигнал 1. Фаза закончена. В триггерах 1 хранится сдвинутый на один разряд в сторону старших разрядов первоначально записанный в триггерах 2 код. Все триггеры 2 и 3 обнулены. В третьей фазе сигнал 1 на выходе 23 дополнительного триггера 14 разрешает перепись информации из триггеров 1 в триггеры 2.1 о окончании записи на выходе 22 дополнительного триггера 13 установится сигнал 0, который оонулит триггеры 1, в результате чего на выходе 21 дополнительного триггера 12 установится сигнал 1, Все триггеры 1 и 3 обнулены, триггеры 2 хранят код, сдвинутыйна один разряд.Цикл сдвига закончен. Момент окончания сдвига на 1 разряд индицируется изменением сигнала на выходе 21 с О на 1. Этот сигнал по первой шине управления направляетсяв устройство, управляющее Сдвигом, после чего может быть начат следующий цикл сдвига.Установка начальной информации производится в каждом разряде по входам 10 и 11 триггера 2 подачей взаимоинверсных значений сигналов, сигнал сдвига при этом должен быть равен О. На вход 20 (по второй шине управления) подается сигнал 1, при этом обнуляются все триггеры 2. Момент окончания их обнуления индицируется на выходе 22 изменением сигнала с О до 1. После этого сигнал на входе 20 должен быть изменен с 1 на О. Окончание процесса установки совпадает с моментом изменения сигнала на выходе 22 с 1 на О,Предложенный регистр сдвига работает по реальным задержкам элементов благодаря индикации моментов окончания переходных процессов. Испытания показали, что это приводит к увеличению быстродействия регистра в 3 - 4 раза по сравнению с аналогичными синхронными, повышает надежность по отношению к параметрическим отказам логических элементов, а элементы встроенной индикации диагностируют возможные отказы устройства, что существенно упрощает методику ремонта и отыскания неисправностей.Кроме того, асинхронный регистр сдвига может быть рекомендован для использования в больших интегральных схемах, поскольку благодаря внутреннему тактированию отпадает необходимость в синхронизирующих тактах,что существенно уменьшает количество внешних выводов.Формула изобретения5 Асинхронный регистр сдвига, содержащий вкаждом разряде по три триггера, соединенных последовательно и выполненных на потенциальных элементах, три элемента И - НЕ,шины управления, отличающийся тем,10 что, с целью повышения надежности и быстродействия регистра, он содержит три дополнительных триггера, причем прямой и инверсныйвыходы каждого триггера в разрядах соединены со входами соответствующего элемента15 И - НЕ ц с первыми входами соответствующихдополнительных триггеров, выходы элементовИ - НЕ соединены со вторыми входами соответствующих дополнительных триггеров, счетные входы первого, второго и третьего тригге 20 ра каждого разряда соединены соответственнос прямыми выходами второго и третьего дополнительных триггеров и с шиной сдвига,прямой выход первого дополнительного триггера соединен с первой шиной управления, а25 вторая шина управления соединена со вторымвходом третьего дополнительного триггера.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе изобретения:1. Авт. св. М 251617, кл. 6 11 С 19/00, 1969 г.зо 2, Авт св. М 305589, кл. Н ОЗК 23/00, 1971 г.3. Авт. св, М 285054, кл. б 11 С 19/00, 1970 г.