Устройство для определения количества единиц в двоичном коде n-разрядного числа

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик оц 3 005026(22 Заявлено 080781 (21) 3316764/18-24 31) М. Кл.з С 06 Р 5/02 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150383(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ-ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЕДИНИЦ В ДВОИЧНОМ КОДЕ и-РАЗРЯДНОГО ЧИСЛА Изобретение относится к вычислй- ,тельной технике и может быть иепользовано в устройствах контроля дискретной информации;Известно устройство для контроля . двоичных чисел на четность, содержащее распределитель импульсов, фнксирующнй триггер, элементы ИЛИ и И и выполняющее функции определения количества единиц двоичного числа с целью отнесения его к множеству четных или нечетных чисел (11,Недостатком такого устройства .является то, что оно имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет указывать точное количество значащих разрядов. числа.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения количества единиц в двоичном коде, содержащее счетчик, элементы И, Й-НЕ,.а в каждом разряде элементы И, ИЛИ, триггер, при этом прямой выход триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И 1+1 разряда. Восходы первого и второгд элементов И каждого разряда подключены соответственно к информационному входу триггера и второму входу элемента ИЛИ. Вторые вхо ды первого и второго элементов И являются входами соответственно прямого и инверсного сигналов соответствующего разряда кода,числа. Выход элемента ИЛИ и-го разряда соединен с вторыми входами элемента И-НЕ и выходного элемента И, Первый вход элемента И-НЕ соединен с первыми входами выходного элемента И, трехвходового элемента И, первого и второго элементрв И первого разряда и с управляющим входом устройства. Второй и третий входы трехвходового элемента И соединены соответственно с выходом элеМента И-НЕ и с, входом тактовых импульсов устройства. Вы- . ход трехвходового элемента И соединен с синхронизирующими входами триггеров и входом счетчика. Вйходы выходного элемента И и счетчика являются .соответственно управляющим и.информационным выходаве устройства 2).Недостаткси этого устройства яв ляется низкое быстродействие.Цель изобретения - повышение быст родействия, 1005026Поставленная цель достигаетсятем, что. в устройство для определения количества единиц в двоичном коде и-разрядного числа, содержащеесчетчик, элементы И, И-НЕ, а каждый1-й разряд устройства ( = 1,2 ) 5содержит элементы И, ИЛИ и триггер,выход которого соединен с первымвходом первого элемента ИЛИ 1-горазряда устройства, выход которогоподключен к первым входам первого и Овторого элементов И (1+1)- го разряда устройства; вторые входы первого и второго элементов И д-го разряда устройства соединены с входамипрямого и инверсного сигналов 1-го 15разряда двоичного кода числа соответственно, выход первого элементаИЛИ и-го разряда устройства соединен с первыми входами элемента И-НЕи первого элемента И, второй входэлемента И-НЕ соединен с вторымвходом первого элемента И, с первымвходом второго элемента И, с пер-выми входами первого и второго эле-ментов И первого разряда устройстваи с управляющим входом разрешенияработы устройства, второй и третийвходы второго элемента И соединеныс выходом элемента И-НЕ и с входом тактовых импульсов устройства соответственно; выход второго элемента И соединен с синхронизирующими входами триггеров 1-х разрядов устройства и с прямым входом счетчика, выходы первого элемента И и счетчика подключены к управляющему выхо ду окончания работы устройства и к информационному выходу устройства соответственно, введены пороговый элемент, элемент НЕ, а в каждый -й разряд устройства введены эле менты И и ИЛИ, причем выход порогового элемента подключен к входу элемента НЕ, к реверсивному входу счетчика, к первым входам третьего и четвертого элементов И -х разрядов устройства, выходы которых соединены с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ п.-го разряда устройства соответственно, выходы которых подключены к информационному входу триггера и второму входу первого элемента ИЛИ -го разряда устройства соответственно, вы- ход элемента НЕ подключен к третьим входам первого и второго элементов И т-го разряда устройства, выходы которых соединены с вторыми входами второго и третьего элементов ИЛИ д-го разряда устройства соответственно, вторые входы третьего и четвертого элементов И 1-го разряда уст ройства подключены к входам прямого и инверсного сигналов д-го разряда двоичного кода числа соответственно, третьи входы третьего и четвертого элементов И -го разряда 65 устройства соединены с выходом первого элемента ИЛИ (Ь 1)-го разряда устройства, третьи входы третьего и четвертого элементов И первого разряда устройства соединены с управляющим входом разрешения работы устройства, входы порогового элемента соединены с прямыми и инверсными входами -х разрядов устройства соответственно.На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство содержит счетчик 1, элементы И 2, И-НЕ 3, И 4, триггер 5, элементы ИЛИ б, 7 и 8, И 9-12, пороговый элемент 13, элемент НЕ 14, вход 15 тактовых импульсов устройства, управляющий вход 16 разрешения работы устройства, вход 17 прямого сигнала 1-го разряда, вход 18 инверсного сигнала -го разряда, управляющий 19 и информационный 20 выходы устройства.Элементы устройства соединены слецующим образом.Прямой выход триггера 5 каждого разряда соединен с входом элемента ИЛИ б, выход которого подключен к входам элементов И 9-12 +1 разряда. Выходы элементов И 9 и 11 соединены с входами элемента ИЛИ 7, выход которого подключен к информационному входу триггера 5. Выходы элементов И 10 и 12 подключены к входам элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с входом элемента ИЛИ б. Один из входов элемента И 9 соединен с входом элемента И 12 и является входом 17 прямого сигнала соответствующего разряда. Один из входов элемента И 10 соединен с входом элемента И 11 и является входом 18 инверсного сигнала соответствующего разряда. Выход элемента ИЛИ б последнего разряда соединен с входами элемента И-НЕ 3 и элемента И 4. Вход элемента И-НЕ 3 соединен с входами элемента И 4, трехвходового элемента И 2 элементов И 9-12 первого разряда ис управляющим входом 16 устройства. Входы трехвходового элемента И 2 соединены с входом 15 тактовых импульсов устройства и с выходом элемента И-НЕ 3Выход трехвходового элемента И 2 соединен с синхронизирующими входами триггеров 5 и с одним из входов счетчика 1. Вход порогового устройства 13 соединен с входами прямого 17 и инверсного 18 сигналов каждого разряда. Выход порогового устройства 13 соединен с входом элемента НЕ 14, входами элементов И 11 и 12 кажцого разряда и с другим входом счетчика 1. Выход элемента НЕ 14 соединен с входами 9 и 10 элементов И каждого разряда. Выходы006026 элемента И 4 и счетчика 1 являютсясоответственно управляющим 19 иинформационным 20 выходами устройства.Устройство работает следующим образом,5В исходном состоянии все триггеры и счетчик обнулены. На входы 17и 18 подаются прямой и инверсныйсигналы от соответствующих разрядовдвоичного кода числа, Если в этомкоде количество единиц больше половины максимального .количества единиц, то пороговый элемент 13 формирует на выходе сигнал, в противномслучае сигнала.на выходе порогового элемента 13 нет. В последнем случае на входы элементов И 9 и 10 каждого разряда с выхода элементаНЕ 14 подается разрешающий сигнал,а на входы элементов И 11 и 12 с 2 Овыхода порогового элемента 13 подается запрещающий сигнал. При поступлении на вход 16 управляющего сигнала происходит либо подготовкатриггера 5 первого разряда к переходу в единичное состояние, либо передача управляющего сигнала черезэлемент И 10 и элемент ИЛИ 6 наэлементы И 9-12 следующего разряда.Распространение управляющего сигнала прекращается на разряде, имеющемна входе 17 единичный сигнал. Триггер 5 этого разряда подготавливается к тому, чтобы по сигналу на синхронизирующем входе переключитьсяв единичное состояниеПри поступлении тактового сигнала трехвходо вый элемент И 2 выдает сигнал, иподготовленный триггер переходит в,единичное состояние, что вызываетдальнейшее распространение управляющего сигнала до того разряда,на входе 17 которого имеется единичный сигнал, Этот процесс продолжается до тех пор, пока на выходеэлемента ИЛИ 6 последнего. разряда 45не появляется сигнал, который через элемент И 4 поступает на управляющий выход устройства, что означает возможность чтения состояниясчетчика 1, содержимое которого показывает число импульсов синхронизации выданных на триггеры 5. Эточисло равно числу тактовых импульсов,потребовавшихся для продвижения управляющего сигнала от первого допоследнего разряда, и точно соответствует числу единиц в двоичном ко де числа. п 10 пРип+11 при количество единиц в двоичномгде коде числа,равно и Сп и и 65 В случае наличия сигнала на выходе порогового элемента 13 в счетчик записывается число, соответствующее максимальному количеству единиц в кбде числа и устанавливается режим вычитания. На входы элементов И 11 и 12 каждого разряда подается разрешающий сигнал, а на входы элементов И 9 и 10 каждого разряда - запрещающий сигнал. При поступлении на вход 16 управляющего сигнала происходит либо подготовка триггера 5 первого разряда к переходу в единичное состояние, либо передача управляющего сигнала через элемент И 12 и элемент ИЛИ 6 на элементы И 9-12 следующего разряда. Распространение управляющего сигнала прекращается на разряде, имеющем на входе 18 единичный сигнал. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на выходе элемента ИЛИ 6 последнего разряда не появляется сигнал, который через элемент И 4 поступает на управляющий выход устройства. Содержимое счетчика 1 соответствует разности между максимально возможным количеством единиц в двоичном коде числа и количеством тактовых импульсов, поступивших на счетчик, равном количеству нулей в контролируемом коде, т.е. соответствует количеству единиц в этом коде 1.числа.Данное устройство обладает более высоким быстродействием, чем устройство-прототип.Действительно, если все кодовые комбинации равновероятны, то среднее время определения количества единиц в двоичном коде числа, содержащем нечетное число разрядов, для устройства-прототипа равно= - ,С ь+ С -2+ +С ь+.-. 1. С П 7 уы 2 где и - количество разрядов в коде числа;Т - период поступления тактовых импульсов;С- время работы устройстваипри наличии 1 единиц в коде числа.Среднее время определения количества единиц для данного устройства при условии, что пороговый элемент работает в соответствии с выра- жениемДлн н = 7:Т = 3 5 Т = 2,4 С,срф срТаким образом, выигрыш в быстродействии при условии контроля семи- разрядных ранновероятных кодовых комбинаций составляет 1,5 раз5Формула изобретенияустройство для определения количества единиц в двоичном коде и-разрядного числа, содержащее счетчик, элементы И, И-НЕ, а каждый 1-й разряд устройства (д = 1,2 п) содержит элементы И, ИЛЙ и триггер, выход которого соединен с первым 35 входом первого элемента ИЛИ 1-го разряда устройства, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И (1+1)-го раэ ряда устройства, вторые входы пер вого и второго элементов И 1-го разряда устройства соединены с входами прямого и инверсного сигналов 1-го разряда,двоичного кода числа соответственно, выход первого эле мента ИЛИ.п-го разряда устройства ,соединен с первыми входами элемента И-НЕ и первого элемента И, второй вход элемента И-НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, с пер- Зо вым входом второго элемента И, с первыми входами первого и второго элементов И первого разряда устройства и с управляющим входом разрешения работы устройства, второй и третий входы второго элемента И соединены с выходом элемента И-НЕ и с входом тактовых импульсов устройства соответственно, выход второго элемента И соединен с синхронизирующими входами триггеров 1-х разрядов устройства и с прямым входом счетчика, выходы первого элемента К и счетчика подключены к управляю" щему выходу окончания работы устройства и к информационному выходу 45 устройства соответственно, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения быстродействия, в устройство введены пороговый элемент,элемент НЕ, а в каждый 1-й разрядустройства введены элементы И н ИЛИ,причем выход порогового элементаподключен к входу элемента НЕ, креверсивному входу .счетЧика, к первым входам третьего н четвертогозлементов И 1-х разрядов устройства, выходы которых соединены с пер-выми входами второго и третьегоэлементов ИЛИ 1-го разряда устройства соответственно, выходы которыхподключены к информационному входу .триггера и второму входу первогоэлемента ИЛИ 1-го разряда устройства соответственно, выход элементаНЕ подключен к третьим входам первого и второго элементов И 1-горазряда устройства, выходы которыхсоединены с вторыми входами. второгои третьего элементов ИЛИ 1-го разряда устройства соответственно, вторые входы третьего и четвертогоэлементов И 1-го разряда устройства подключены к входам прямого иинверсного сигналов 1-го разрядадвоичного кода числа соответственно, третьи входы третьего и четвертого элементов И х-го разряда устройства соединены с выходом первого элемента ИЛИ (2-1)-го разрядаустройства, третьи входы третьего .и четвертого элементов И первогоразряда устройства соединены с управляющим входом разрешения работыустройства, входы яорогового элемента соединены с прямыми и инверснымивходами 1-х разрядов устройства со,.ответственно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 428385, кл. 6 06 Р 11/10, 1972.2. Авторское свидетельство СССР9 716041, кл. 6 06 Р 11/10, 19771005026 Составитель В. Кайдановдактор Л, Алексеенко Техред М.Коштура Корректор Л. Бокша дписнР ака лиал ППП "ПатеНт", г, Ужгород, ул. Проектная 899/63 ВНИИПИ Государс по делам изо 13035, Москва, Ж