Многофункциональный логический модуль

(56) 1. Пранчишвнлиэлектроника и однорры для построения лчислительных устрой1967, с. 56, рис.2. Авторское свиВ 920700, кл.С 06 31.25,детелР 7/О и др. Микрострукту-ких и выи ННаука ьство СССО, 1982. ры ПщвиЮюна итен выйб ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ НСВВ СВИДИтЕЛЬС(54)(57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЛОГИЧЕСКИИ МОДУЛЬ, содержащий триггер, элемент ЗАПРЕТ и селектор-мультиплексор, состоящий из М элемен- тов И, й элементов НЕ (и 1 о 8 М) и элемента ИЛИ, каждый-й вход модуля, где:1,2И, соединен с первым входом-го элемента И, выход каждого из которых подключен к ) -му входу элемента ИЛИ, (М+1) -й вход которого подключен к автономно" му .информационному входу селектора- мультиплексора,а выход - к первому информационному выходу модуля, каждый ъ -й информационный вход модуля, где .ъ -"1,2и, соединен с Ъ +1 -и входами каждого иэ тех элементов И селектора-мультиплексора, в двоично-алфавитном отображении-го номера которых одноименной 1,-й весовой позиции соответствует логическая "1", а через 6-йэлемент НЕ - с (т+1) -и входами каждого из тех элементов И, в двоично алфавитном отображении 1-го Номера которых одноименной ъ -й весовой позиции соответствует логический "0", вход синхронизации селектора- мультиплексора соединен с (1 +2);и входами элементов И и с информационным входои элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с автоноиныи информационным входои селектора-мультиплексора, а первый вход запрета элемента ЗАПРЕТ соединен с инверсным выходом триггера, вход синхронизации соединен с одноименным входои модуля, о т л и ч а ю щ и .й с я тем, что, с целью расширения функцинальных возможностей, в него введены элемент 2 И, элемент задержки и дополнительный элемент ИЛИ, первый вход которого .соединен с входом синх. ронизации селектора-мультиплексора, второй вход дополнительного элемен" та ИЛИ соединен с первым информационным выходом модуля и с первым входом элемента 2 И, выход которого соединен с,информационным входом триггера и с дополнительным информационным выходом модуля, третий вход дополнительного элемента ИЛИ соединен с управляющим входои модуля, вторым входом элемента 2 И и вторым входом ;.запрета элемента ЗАПРЕТ, а выход дополнительного элемента ИЛИ соединен с-входои триггера, инверсный выход которого соединен с втом информационныи выходом модуля.Изобретение относится к программно-управляемым средствам цифровойвычислительной техники и дискретной автоматики и предназначено дляреализации заданных переключательных функций операндов по соответствующим кодовым настройкам автомата и управляемой глубине егопамяти.Известен многофункциональныйОлогический модуль, содержащий М элементов И, п=1 оЕМ элементов НЕ и элемент ИЛИ, которые соединены в М-разрядный селектор-мультиплексор,О адресных входов которого соединены с информационными входами модуля, М информационных входов се -лектора-мультиплексора, соединены свходами модуля, а выход селекторамультиплексора соединен с информационным выходом многофункционального логического модуля Г 3.Недостатком данного многофункционального модуля устройств с однимвнутренним состоянием является узкийдиапазон его функциональных и эксплуатационных возможностей.Наиболее близким к изобретениюявляется многофункциональный логический модуль, содержащий триггер, ЗОэлемент ЗАПРЕТ и селектор-мультиплексор, состоящий из элементов И,ИЛИ-НЕ, информационный вход триггера соединен с информационным выходом модуля, вход синхронизационного триггера соединен с входом запрета элемента ЗАПРЕТ, а выход триггера соединен с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, соединенного выходом с автономным (М+11 - м информа Оционным входом селектора-мультиплексора, И адресных входов которого(п=1 одМ) соединены с информационны-ми входами модуля, выход селекторамультиплексора - с информационным 45выходом модуля, а вход синхронизации селектора-мультиплексора соединен с входом синхронизации триггера,и одноименным входом модуля Г 23,Недостатком известного устройстваявляется ограниченность его функционалыых возможностей, исключающаяадаптивное вычисление модулем с памятью: произвольных логическихусловий и арифметической суммы для55последовательностных значений булевыхфункции, реализуемых комбинационнойчастью автомата в виде последовательного времяимпульсного кода. Наличие таких возможностей у логического модуля существенно упрощает организацию на его основе итеративных арифметико-логических устройств на произвольное число входных переменных и придает ему качества синхронного триггера с универсальной входной логикой, пригодной, например, для программно-управляемой шифрации/ /дешифрации потока цифровой информации.Цель изобретения - расширение функционалыых возможностей модуля.Поставленная цель достигается тем, что в многофункциональный. логический модуль, содержащий триггер, элемент ЗЛРЕТ и селектор-мультиплексор, состоящий из М элементов И,И элементов НЕ (п=1 оЕ М)2 и элемента ИЛИ, каждый-й вход модуля, где=1,2М, соединен с первым входом-го элемента И, выход каждого из которых подключен к-му входу элемента ИЛИ, (И+1)-й вход которого подключен к автономному информационному входу селектора-мультиплексора, а выход - к первому информационному выходу модуля, каждый 1.-й информационный вход модуля, где ,=1,2 соединен с (Ъ+)-и входами каждого из трех элементов И селектора- мультиплексора, в двоично-алфавитном отображении- го номера которых одноименной-й весовой позиции соответствует логическая ", а через ъ -й элемент НЕ - с (+1)-и входами каждого из тех элементов И, в двоично-алфавитном отображении-го номера которых одноименной (,-й весовой позиции соответствует логический "0", вход синхронизации селектора-мультиплексора соединен с 9+2)-и входами элементов И и с информационным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с автономным информационным :входом селектора-мультиплексора, а первый вход запрета элемента ЗАПРЕТ соединен с инверсным выходом триггера, вход синхронизации соединен с од. ноименным входом модуля, введены элемент 2 И, элемент задержки и доФполнительный элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с входом синхронизации модуля и через элемент задержки с входом синхронизации селектора-мультиплексора, второй входно удерживается в отсчетном (единичном) состоянии.В четвертом режиме, когда сигнал на управляющем входе 14 совпадает с сигналом на втором инфор мационном К-выходе 12 (И=Р), модуль Функционирует в режиме одноразрядного накапливающего сумматора для последовательностных значений логичеС- ких функций, вырабатываемых комбинаци. - 1 О онной частью автомата при каждом такте обработки входных переменных. Таким образом, логический модуль обеспечивает расширение функцианаль ных возможностей путем управления глубиной памяти автомата, позволяет в первом, втором и четвертом режимах использовать в качестве одной иэ входных переменных то или иное О отображение значения логической функ. ции 1 , выработанное автоматом в предыдущем (е-)-м тактовом интервале обработки операндов. В пер. вом режиме (У=О), модуль функциони рует следующим образом.При поступлении тактового им - пульса (С=1) на вход 13 синхронизации модуля снимается блокировка с селектора-мультиплексора 1 с задерж- З 0 кой, вносимой элементом 7 для компенсации времени включения триггера 4. Одновременно по первому входу запрета элемента ЗАПРЕТ 5 блокируется передача в автономный ин 35 формационный вход селектора-мультиппексора значения логической Функ.ции У. ,записанного в триггер 4 памяти в предыдущем тактовом интервале. В результате на информацион ный вход 1 модуля выставляется новое значение логической функции , которое в момент окончания тактового импульса (при переходе сигнала с из нулевого состояния в единичное) записывается в триггер 4.В случае 1 =1 сигнал логической "1" с информационного выхода 1 ;модуля через элемент ИЛИ 8 предотвращает принудительное удержание50 триггера 4 в единичном (относительно его прямого Я-выхода) состоянии. вследствие чего триггер 4 по спаду тактового С импульса возводится в нулевое состояние (УЖ=О). Соответственно единичный логический сигнал с Я-выхода триггера 4 поступает на информационный вход элемента ЗАПРЕТ 5,момент отпирания которого с одновременной при этом блокьровкой элементов И 1=селектора-мультиплексора синхронизированс помощью элемента 7 задержкииз-эа задержки,вносимой инверторомна первом входе запрета элементаЗАПРЕТ 5 должно быть обеспечено егоболее раннее отпирание по отношениюк моменту блокировки элементов И1=, что однако не является принципиапьным в силу кратковременности ималости размаха возникающего в этомслучае выбега на .выходном сигналемодуля . По установлении уровня.С 0 на первом входе запрета открывается элемент ЗАПРЕТ 5 и уровеньлогической "1" с выхода 12 поступаетна автономный информационный вход селектора-мультиплексора,обеспечивая тем самым сохранение(запоминание) 2 =1 состояния автомата на выходах 11 и 12 в течениесоответствующих для каждого из этих выходов интервалов дискретности. В случае, когда решение логической функции отвечает нулевомузначению Е=О сигнап Б = (ХЧСЧЧ)=0 с выхода элемента ИЛИ 8 обуславливает принудительную установку триггера 4 в единичное (относительно Я-выхода)состояние с выставлением при этом на информационном выходе 12 модуля сигнала Р ==О. Таким образом, в рассматриваемом режиме функционирования модуля (И = Э = 0) благодаря исключению в нем условий для возникновения неалгоритмических переходов триггера 4 при поступлении следующего (г+1).-го тактового импульса (, смена информационногоР состояния автомата на его выходе 12по отношению к Ъ информационному состоянию автомата на его выходе 1 происходит с временным сдвигом, равным длительности тактового импульса обработки входных переменных. Вследствие этого такой модуль, наряду с установлением им влияния эффекта гонок на стабильность вы,рабатываемых им значений логических функций и соответственно повышением скорости их вычисления (за счет возможности сокращения в этом случае длительности тактового импульса С), позволяет вычислять произвольные логические условия также и для последовательностных значений ,Е. , Е.(., Е ,, реализуемых логических функций путем использованиясигнала с информационного выхода 12 модуля в качестве одной из входных Х или настроечных У переменныхВо втором режиме функционирования, когда И= и соответственно когда сигнал Б с выхода элемента ИЛИ 8 также 8=(4 лСлЕ)=1, запись данных в триггер 4 производится уже по информационному 2 -входу. В то же время в силу принудительной блокировки (У 1) элемента ЗАПРЕТ 5 по второму входу запрета исключается передача сигналов триггера 4 н селектор-мультиплексор 1 и сигнал Ц н а выходе 1 1 модуля при сут ствует лишь в течение действия тактового импульса С. Благодаря этому но нтором.режиме функционирования модуля обеспечивается помехозащищенная запись данных Р с выхода 11 в триггер 4 в моменты переходов тактовых импульсов иэ единичного в нулевое состояние и запоминание ОТРИЦАНИЯсостояния автомата на выходе 12 в течение всего, соответствующего ,Р = выходу модуля, интервала дискретности.При функционировании. модуля в третьем режиме (И=Е) обеспечивается фиксация, триггера 4 в начальном единичном состоянии относительно (1-выхода с исключением участия триггера 4 в формировании сигнала Е на информационном выходе 11 модуля в паузах С =0 между тактовыми импульсами, В случае реализации на выходе 1 1 модуля значения логической функции Е "1 при переходе тактового импульса С из единичного в нулевое состояние подтверждается единичное состояние на (1-выходе, а при реализации Р 1=0. сигнал Б(СЯ.)0 с выхода элемента ИЛИ 8 обуславливает принудительное удержание триггера 4 н единичном. состоянии,мого образуются как результат после:довательного выполнения микроопераций накапливающего типа , (Р=Р Я)поочередно храни6 Е+ ) ффмых на информационном выходе 12 модуля. При этом отсчет интервалахранения дискретности Р состоянияавтомата в данном режиме также производится по отрицательному (заднему)фронту тактового импульса С, определяющему момент записи результатаочередного суммирования в триггер 4памяти, испольэуеющ в качестве счетного триггера единичных= состоя:Хний автомата.Например, после принятия операндом Р =0 нулевого значения н6-1(1-1)-м тактовом интервале равносильное выполнению микрооперацииначальной установки Р:=О состояниетриггера 4 при следующем такте работы может измениться лищь в случаереализации на Я -выходе модуля зна- .25чения Ъ=1. Если при следующем такте работы модуля 1 принимает нулевое значение, то сигнал Б=(ЕЧЯ 7 С) 0с выхода элемента ИЛИ 8 обеспечивает принудительное удержание триггера 4 в единичном ( относительноЯ-выхода). состоянии. В случае же.реализации =1 и соответственноформирования сигнала 3 =1 триггер 4по отрицательному фронту тактового 35 импульса .С возводится в нулевое состояние и вьставляет на 6 -выходесигнала Р =1. Этот сигиал поступает на второй вход запрета элементаЗАПРЕТ 5 и исключает возможность 40 пропускания сигнала Ц =1 элемента ЗАПРЕТ 5 на информационый выход 11модуля в период блокировки селектора-мультиплексора при паузах С =0между тактовыми импульсами. Тем са мым обеспечивается подавление условий для неалгоритмических переходовтриггера 4 из-за опасных состязаний,.которые в противном случае могутвозникнуть в начале следующего 50 И +11-го тактового интервала работымодуля в ситуации, когда при С=значение 2 =1. сменяется значениемФ,Р +1=0. О 55еФункционирование модуля в четвертом режиме (У Р) характеризуется суммированием по пад 2 значенийлогических функций Есв качестве одного из слагаемых поочередно реализуемых на информацианнам выходе 1 модуля в виде последовательного нремяимпульсного кода. Соответствующие каждому иэ указанных операндов последовательности значения младшего разряда другого слага Кроме того, использование подобной самоблокировки селектора-мультиплексора 1 при С=О и Р= О=1 не предопределяет. принудительного сброса триггера 4 в О =0 состояниепо его Я -входу после установленияна информационном выходе 11 модуля состояния Р =О при С =О. Проявлению такого негативного обстоятельства препятствует задержка момента начала, блокировки селектора-мультиплексора 1 при переходе тактового импульса С из единичного состояния в нулевое, вносимая элементом 7 для заблаговременной фиксации сигнала Б (Е%ЧЧС)= путем передачи с О -выхода триггера 4, на Ч вход (И=Р) элемента ИЛИ 8 сигнала логической "1". Благодаря автоматической фиксации сигнала 5 =1 при О =1 триггер 4 при всех последующих реализациях 2 =О сохраняет неизменным свое состояние, при каждом таком такте работы модуля подтверждая состояние Й =1.В то же время при реализации, например,в (1+1)-м тактовом интервале значения логической функции 2 + =1 сигнал с информационного выхода 11 поступает на вход элемента 2 И 6, и в силу наличия сигнала логической также и на другом ,Р=й-входе элемента 2 И 6 формирует на информационном выходе 5 модулясигнал "Переноса" Е= в следующий разряд, Одновременно сигнал Г =1 поступает на информационный входтриггера 4 и при переходе С из единичного в нулевое состояние обуславливает его сброс в состояние 6 =О, при котором значение младшего разряда последовательностной суммы реализованныхлогических функций вновь принимает нулевое значение Р+ =О,Таким образом, в рассмотренном режиме функционирования (ЫиР) предлагаемый модуль наряду с вычислением произвольных логических условий для входных переменных обеспечивает также. получение арифметической суммы последовательностных значений реализуемых переключательных функций операндов, что позволяет использовать его как при построении логических, так и арифметикологических узлов ЭВМ. С другой стороны такое расширение функциональных и структурных возможностей мо- . дуля определяет воэможность его использования для синтеза программируемых матричных устройств дискрет.ной автоматики, в том числе для по- т строения однородных клеточныхэквисторных) структур большой информационной емкости с селективной от ячейки к ячейке передачей информации и координатной выборкой искомого результата на соответствующем такте их возбуждения,Предлагаемый модуль характеризу- О ется как синхронный триггер с универсальной входной логикой, пригодной для корректной, т.е, исключающей возможность неалгоритмических пе"реходов, декомпозиционной реализации 5 произвольной последовательностнойсхемы с наперед заданными выходнымифункциями. Наличие управления глубиной памяти автомата и возможностинастройки его комбинационной части 20 как в естественном позиционном кодепо набору ( У ), так и в двоичномкоде по адресйому набору ( Х), допускает уже сравнительно простую ослабленную структурную зависимость) 25 реализацию разнотипного набора микроопераций, включая счет, сдвиг инормализацию операндов. Так, при использовании, например, в четвертомрежиме (У:-Р) выходной функции Р в 3 О качестве функции местной обратнойсвязи, подаваемой на дополнительноиспользуемый в этом случае за счетувеличения разрядности информационный.вход модуля Х +, обеспечиваетсявозможность одновременно с реализацией логической функции+1 от текущих входных переменных Х;, (х==1,2п) осуществлять также ее сопоставление (сравнение) со своим предшественником Р. При этом вместе свыставлением на первом информационном Р -выходе модуля значения функции Х=Р Ю Р обеспечивается; автоматическая в соответствии с микрооперацией Р :=РР дешифрация (восстановление) реализованной логической функции Ч + для теа. кущих входных переменных и ее заломинание на втором информационномР-выходе модуля для циклическогообращения 1при следующем тактеобработки операндов или при селективной (например, от ячейки кячейке клеточной структуры) пе,редаче потока логических, цифровых или алфавитно-цифровых дан/33 ВНИИПИ Государ по делам и 3035, Москва