Многофункциональный модуль

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ПИСДНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУР 2В. М. Комаро нолог о ССС етельств/18-24,Р 920 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫтий(71) Рыбинский авнациоческий институт(56) 1. Авторское свидпо заявке 9 2771989 кл. 6 06 Е 7/00, С 06 / , 1979.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2786482/18-24,кл. С 06 Р 15/00, 1979 (прототип)а(54)(57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ,содержащий триггеры нулевого и первого разрядов, первый и второй мультиплексоры, инФормационные входы которых соединены с группой управляющихвходов модуля, выходы первого и второго мультиплексоров подключены к инФормационным-входам триггеров нулевого и первого разрядов соответственно, а также к асинхронным выходамданных нулевого и первого разрядовмодуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы первого умультиплексора соединены соответственно с выходом триггера нулевогоразряда, входом данных нулевого раз 3(59 6 06 Е 7/00 С 06 Р 15 ряда модуля, входом переноса модуля и выходом триггера первого разряда, первый, второй и третий управляющие входы втррого мультиплексора подключены соответственно к выходу триггера первого разряда, входу данных первого разряда модуля и входу обратной связи модуля, при этом выходы триг герон нулевого и первого разрядов соединены с выходами данных нулевого и первого разрядов модуля соответственно, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения модуля н сокращения количества внеыннх выводов, он содержит первый и второй у -триггеры и элемент И, первый и второй входы и выход которого подключены соответственно к тактовому и управляющему входам модуля н входам синхронизации триггеров нулевого и первого разрядов, инФормационные входы первого и второго Ъ -триггеров соединены с выходамн соответственно Я первого н второго мультиплексоров, входы синхронизации Ъ -триггеров подкзз 0 чены к управляющему входу модуля, а върсоды первого и второго3-триггеров соединены соответственно с четвертым управляющим входом второго мультиплексора и выходом пе- реноса модуля.Изобретение относится к нычислительной технике и может найти применение при построении специализированных и универсальных ЭВМ.Известен многофункциональный модуль, содержащий регистр-аккумулятор,.5 группу управлгющих входов, входы и выходы данных и функционального переноса направо и налево, тактовый вход, кроме того, содержащий восемь селекторов-мультиплексоров 13. ОНедостатками известного устройства являются сложность конструкции и большое количество внешних выводов.Наиболее близким к изобретению является многофункциональный модуль, содержащий триггеры нулевого и первого разрядов, первый и второй муль- типлексоры, информационные входы которыхсоединены с группой управляю щих входов модуля, выходы первого и второго мультиплексоров подключены к информационным входам триггеров нулевого и первого разрядов соответственно, а также к асинхронным выходам данных нулевого и первого разрядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы первого мультиплексора соединены соответственно с выходом триггера нулевого разряда, входом данных нулевого раз ряда модуля, входом переноса модуля и выходом триггера первого разряда, первый, второй и третий управляющие входы второго мультиплексора подклю-., чены соответственно к выходу тригге ра первого разряда, входу данных первого разряда модуля и входу обратной связи модуля, при этом выходы триггеров нулевого и первого разрядов соединены с выходами данных 40 нулевого и первого раэрядон модуля соответственно 2 3. Недостатками данного многофункционального модуля являются сложность 45 конструкции и большое количество внешних вынодов 44 вывода без учета выводов для питания устройства) . Это значительно затрудняет микроэлектронную реализацию данного модуля, так как используемая площадь кристалла и количество внешних выводов из корпуса являются основными критериями при микроэлектронной реализации устройств и близки в данном модуле к предельным значениям. Поскольку при современном уровне развития вычислительной техники невозможность микроэлектронной реализации вычислительного узла является практически непреодолимой преградой для 60 его широкого внедрения, то эти недостатки являются очень серьезными и данный многофункциональный модуль может иметь лишь ограниченную областьприменения. 65 Цель изобретения - упрощение модуля и сокращение количества внешних выводов.Поставленная цель достигается тем, что в многофункциональный модуль, содержащий триггеры нулевого и первого разрядов, первый и второй мультиплексоры, информационные входы которых соединены с группой управляющих входов модуля, выходы первого и второго мультиплексоров подключены к информационным входам триггеров нулевого и первого разрядов соответственно, а также к асинхронным выходам данных нулевого и первого разрядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы первого мультиплексора соединены соответстненно с выходом триггера нулевого разряда, входом данных нулевого разряда модуля, входом переноса модуля и выходом триггера первого разряда, первый, второй и третий управляющие входы второго мультиплексора подключены соответственно к выходу триггера первого разряда, входу данных первого разряда модуля и входу обратной связи модуля, при этом выходы триггеров нулевого и первого разрядов соединены с выходами данных нулевого и первого разрядов модуля соответственно, введены первый и второй В -триггеры и элемент И, первый и второй входы и выход которого подключены соответственно к тактовому и управляющему входам модуля и входам синхронизации триггеров нулевого и первого разрядов, информационные входы первого и второго Э -триггеров соединены с выходами соответственно первого и второго мультиплексоров, входы синхронизации Э -триггеров подключены к управляющему входу модуля, а выходы первого и вторОго Э -триггеров соединены соответственно с четвертым управляющим входом второго мультиплексора и выходом переноса модуля. На фиг,1 изображена схема много-, функционального модуля, на фиг.2 его временная диаграмма поясняющая работу модуля.Многофункциональный модуль содержит триггеры 1 и 2 нулевого и первого разрядов, первый и второй мультиплексоры 3 и 4, информационные входы которых соединены с группой 5 управляющих входов модуля, выходы мультиплексоров 3 и 4 подключены к инФормационным входам триггеров 1 и 2 соответственно, а также к асинхронным выходам б и 7 данных нулевого и первого разрядов модуля, первый, второй, третий и четвертый управляющие входи первого мультиплексора 3 соединены соответственно с ныходом триггера 1, входом 8 данных нулевогоразряда модуля, входом 9 переноса модуля и выходом триггера 2, первый,второй и третий управляющие входымультиплексора 4 подключены соответственно к выходу триггера 2, входу10 данных первого разряда модуля ивходу 11 обратной связи модуля. Приэтом выходы триггеров 1 и 2 соединены с выходами 12 и 13 данных нулевого и первого разрядов модуля соответственно. 10Кроме того, модуль содержит первыйи второй Ъ -триггеры 14 и 15 иэлемент И 16, первый и второй входыи выход которого подключены соответственно к тактовому 17 и управляющему 1518 входаммодуля и входам синхронизации триггеров 1 и 2, информационные входы триггеров 14 и 15 соединеныс выходами соответственно мультиплексоров 3 и 4, входы синхронизацииР-триггеров подключены к управляющему входу 18 модуля, а выходы триггеров 14 и 15 соединены соответственно с четвертым управляющим входоммультиплексора 4 и выходом 10 перено 25са модуля.Многофункциональный модуль работает следующим образом.Все арифметико-логические операциимогут быть разбиты на две группы. Впервой из них результат операции внекотором разряде формируется исходяиз заданного кода операции и значенийоперандов в этом разряде с учетомпереносов в него справа и слева. Вовторой группе результат операции внекотором разряде формируется безучета переносов в этот разряд. Поскольку алгоритм решения задачи вобщем случае содержит арифметико-логические операции обеих групп, то. 40каждый разрядный фрагмент вычислительного устройства должен содержатьуправляемые от блока микропрограммного управления логические схемы вычисления переносов, которые не используются при реализации операций второй группы. Так как операции второйгруппы составляют большую часть операций, необходимых для решения любойзадачи, то в результате этого практи 50чески в течение всего времени работыустройства существует большая аппаратурная избыточность ( неиспользуемыесхемы вычисления переносов и их входы управления), что приводит к неоправданному усложнению многофункцио.нальных модулей и увелйчению внешнихвыводов из корпуса при их микроэлектронной реализации,В данном многофункциональном мо дуле для вычисления, переносов и результатов операции используются одни и те же мультиплексоры 3 и 4, управляемые кодом операции, поступающим на группу управляющих входов 5. При, 65 этом арифметико-логические операцйи первой группы реализуются эа два такта машинного времени, в первом иэ которых вычисляется значение переноса из каждого разряда, запоминаемое в соответствующих Ь -триггерах 14 и 15, а во втором - значение операции в этом разряде с учетом переноса.Двоичный код управления, подаваемый по группе 5 входов, ширина которой равна 16 бит, определяет вид операции, реализуемой в данном такте машинного времени. Разделение тактов машинного времени на такты для вычисления переносов и результатов операции осуществляется сигналом, поступающим йа вход 18. При наличии на входе 18 .сигнала логической "1 ф осуществляется вычисление сигналов переноса каждого разряда. Вычисление этих сигналов осуществляется мультиплексорами 3 или 4 в соответствии с кодом операции на группе 5 входовсигналами на входах 8 и 10, сигналами с выходов триггеров 1 или 2, со входа переноса 9 или с выхода триггера 14, а также сигналами переноса вправо, поступающими с выхода триггера 2 или входа 11. В этом такте Р-триггеры 14 и 15 открыты сигналом со входа 18 и запоминают значение соответствующих сигналов переноса. При этом сигнал со входа 18 с помощью элемента И 16 по инверсному входу блокирует сигнал синхронизации на входах триггеров 1 и 2. В результате этого их состояния в этом такте не изменятсяПри переходе к следующему такту машинного времени такту вычисления результата операции) сигнал на входе 18 должен принимать значение, равное логическому ф 0". Это обеспечивает запираиие Э -триггеров 14 и 15, хранящих сигналы переноса, и пропускание импульсов синхронизации со входа 18 на входы триггеров 1 и 2. В этом такте машинного времени мультиплексоры 3 или 4 вычисляют значение результата операции, заданной кодом на группе 5 входов. Результат операции в каждом разряде является произвольной переключательной функцией четырех аргументов: сигнала навходах данных (8 или 10), выходногосигнала соответствующего триггера(1 или 2), сигнала переноса, поступающего с входа 9 переноса или триггера 14, и сигнала переноса вправо, поступающего с выхода триггера 2 или входа 11. При этом сигнал с выхода триггера 15 поступает на выход 19 и участвует в образовании результатов операции в последующих модулях. Череэ интервал времени, равный временипереключения мультиплексоров 3 и 4,результат операции устанавливается наасинхронных выходах 6 и 7. По фронту тактового импульса, поступающегос входа 17 через открытый элемент И16 на вход синхронизации триггеров1 и 2, происходит запись результатаоперации с выходов 6 и 7 в триггеры1 и 2, Этот результат поступает навыходы 12 и 13При реализации операций второйгруппы сигнал на входе 18 всегда равен логическому "0" и в каждом тактемашинного времени (аналогично вышерассмотренному), формируются результаты операций, задаваемых кодом нагруппе 5 входов. Поскольку большаячасть арифметико-логических операцийреализуется беэ учета переноса, тобыстродействие данного модуля практически равно быстродействию известного модуля при сохранении тех жефункциональных возможностей,При последовательном соединениинескольких многофункциональных модулей для образования многоразрядноговычислителя выход 12 каждого после,дующего модуля должен соединяться свходом 11 предыдущего модуля для образования цепи переноса вправо.Таблица истинности описывающаяработу многофункционального модуляв режимах формирования сигналов переноса и выполнения основных опера-ций с учетом всех информационных иуправляющих входов мультиплексоров,поступающий через группы 5, входовна информационные входы мультиплексоров 3 и 4 в режимах формированиясигналов переноса и выполнения основной операции, однозначно совпадает со значениями соответствующих переключательных функций на соответствующих наборах аргументов, Исходя из этого очевидно, что определяязначения этих переключательных функций на всех наборах в соответствии стребуемой для реализации операцией,легко определить код управления на 5 группе 5, необходимый для выполненияэтой операции.Коды управления операциями, приведенные в таблице, получены иэ предположения, что первый управляющий 10 вход мультиплексоров имеет вес 22Увторой 2, третий 2", четвертый 2При этом символом А обозначено состояние триггеров 1 и 2 нулевого ипервого разрядов, а б - число на 5 входах 8 и 10.Временные диаграммы, поясняющиеработу модуля в режимах (тактах) Формирования сигналов переноса и выполнения основной операции, приведенына Фиг.2, При этом предполагается,что входные сигналы, поступающие навход 9 и вход 11, формируются аналогичными по выполнению предщущим ипоследующим многофункциональными 25 модулямиТаким образом, предлагаемяй многофункциональный модуль при сохранении функциональных возможностей ибыстродействия известного модулятребует для реализации почти вдвоеменьших аппаратурных затрат (эа счетисключения мультиплексоров для вычисления переноса) и почти вдвоеменьшего количества внешних выводов( 27 вместо 44 в известном модуле)З 5 Это существенно расширяет воэможности его микроэлектронной реализации ввиде интегральной микросхемы и определяет широкую область использованияпри построении различных вычислительных устройств.неЕНООО ее И О О 1 ООО 1 Ъ 4 ЛО 341 О вл в О 333 е 13 евев е4е 1Я 0 Яв Цв Вв Веал ППП "Патентф, г.узгород, ул.Проектная 7 ю ичу Я ври ЮФ нси аказ 11210/52 ВНИИ по 113035Тираа 649ГосударсТвенноголам изобретенийосква, В, Раув Нодлисное конитета СССР открытий ская наб., д.4/