Цифровое вычислительно-логическое устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 273523 Союз Советских Социалистических Республикидетельства Ъ1321056/18 мое от авт. св Кл. 42 тпа, 13/06 влено 24 11,19 киоединением за Комитет по деламбретеиий и открмтии Совете МииистровСССР МПК б 06 13/06УДК 681.325(088,8) 1 тет Опубликовано 15, т/1.1970. Бюллетень.1 Х. бликования писани Дат Авторыизобретения. Г. Колосов и ловидов нинрадский политехнический институт им. М,инин аявитель ЕСКОЕ УСТРОЙС Л 2 изобр чьной ия в щих испол етение относится к оотехники и предназначевычислительных устрой- вычислительно-логичесьзующих запоминающее о спроектированное для Предлагаемое ласти вычислите но для применен ствах, выполняю кие операции и устроиство, спец этой цели,льн ЦИФРОВОЕ ВЫЧИСЛИТЕ Известны цифровые вычислительно-логические устройства, использующие стандартное магнитное оперативное запоминающее устройство МОЗУ с линейной выборкои для выполнения логических и арифметических операций.Предлагаемое вычислительно-логическое устройство отличается от известных тем, что в нем выход каждого реверсивного формирователя подсоединен к одному концу соответствующей словарной шины, противоположные объединенные концы соседних словарных шин подключены к реверсивным ключам, входы репер сивных формирователей и р евер сивных ключей подсоединены к соответствующим выходам блока управления, входы ключей формирователей и вентилей, подсоединенных к выходам соответствующих ступеней разрядных дешифраторов, подсоединены также к соответствующим выходам блока управления.Это позволяет повысить быстродействие и надежность устройства. Предлагаемое устройство выполнено на элементах системы 2,50, что позволяет повысить быстродействие запоминающего устройства за счет уменьшения числа сердечников, про шиваемых одной шиной, позволяет также увеличить допуски на отклонение амплитуды токов и имеет ряд других преимуществ. Если рассматривать магнитные элементы МОЗУ системы 2,5 0 как многофункциональные с на стройкой управляющими сигналами в виде импульсов тока, подаваемых в словарные и разрядные шины, то становится возможным при незначительном увеличении количества оборудования выполнять логические и арифметиче ские операции непосредственно в матрицахМОЗУ. Для этой цели к нескольким словарным шинам подключаются отдельные формирователи тока, полярность импульсов и момент срабатывания которых задаются управ ляющим устройством. На пересечении этихсловарных шин с К разрядными шинами (К(числа разрядных шпн в одном разряде МОЗУ системы 2,50) образуется некоторое количество адресов, которые могут быть наз ваны функциональной частью МОЗУ в отличие от остальной части МОЗУ, которую назовем основным массивом МОЗУ.В функциональной части МОЗУ возможнаобработка как одного, слова, так и целой груп пы слов, причем в различных адресах станоНа фиг, 1 приняты следующие обозначения: разрядные матрицы МОЗУ 1 системы 2,5 Р; словарные дешифраторы 2 и 3 первой и второй ступеней дешифрации соответственно; соответственно реверсивные формирователи и ключи 4 и 5 словарной системы шин; диодная матрица 6 словарной системы шин (по два диода на шину); разрядный дешифратор 7 первой ступени, работающий в такте считывания; разрядный дешифратор 8 первой ступени, работающий в такте записи; разрядный дешифратор 9 второй ступени, раоотающий в тактах записи и считывания; реверсивные формирователи 10 и ключи 11 разрядной системы шин; усилители чтения 12; регистр числа И; формирователи 14 регистра числа; вентили (схемы совпадения) 15, которые производят запуск разрядных формирователей 10 в зависимости от информации, поступающей из регистра числа И и из дешифратора 8; дополнительные формирователи 1 б (см. фиг, 1), необходимые для выполнения логических операций в матрицах МОЗУ; количество формирователей 1 б равно Р, Р(и, где и - число словарных шин; управляющие шины 17 - 21, по которым из управляющего устройства поступают сигналы, определяющие выбор одной из разрядных шин с целью выполнения требуемой логической операции в соответствующем адресе, т. е. эти сигналы производят разрядную дешифрацию в тактах считывания и записи при работе устройства в режиме выполнения логических операций; управляющие шины 17 производят выбор соответствующего разрядного ключа (вторая ступень дешифрации), в общем случае количество управляющих шин 17 равно т, т(й, где А - число разрядных шин в одном разряде; управляющие шины 18,45 50 55 60 б 5 вится возможным получение различных функций. Если слово находится в основном массиве МОЗУ, то его предварительно нужно перевести в функциональную часть, и в ней, подавая иипульсы соответствующей полярности в определенной последовательности по словарным и разрядным шинам, можно выполнить над словом (или словами) логическую операцию (операции).На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого цифрового вычислительно-логического устройства, в котором арифметические и логические операции выполняются на матрицах МОЗУ системы 2,5 Р ".На фиг. 2 представлены, в казачестве примера, система дешифрации, схемы формирователей и ключей, используемых в предлагаемом устройстве.На фиг. 3 приведена схема расположения словарных и разрядных шин для одного разряда матрицы МОЗУ системы 2,5 Р. ф П р и и е ч а н и е: штрих-пунктирной линией ня схеме показаны новые соединения и устройства, позволяющие выполнить логические и арифметические операиин в матрицдх МОЗУ системы 2,50,5 10 15 20 25 30 35 40 19 осуществляют разрядную дешифрацию первой ступени в такт считывания, а управляющие шины 20, 21 (с учетом информации из регистра числа) - в такт записи; следует заметить, что здесь рассматривается вариант МОЗУ системы 2,5 Р с реверсом разрядного тока в зависимости от адреса (вариант с уменьшенным количеством разрядного оборудования); реверс тока осуществляется первой ступенью разрядной дешифрации; управляющее устройство 22; управляющие шины 23, 24, по которым из управляющего устройства 22 подаются сигналы на запуск формирователей 15 для получения от них импульсов положительной и отрицательной полярности соответственно; специальный ключ 25 в системе словарной дешифрации, запускаемый от управляющего устройства 22 одновременно с формирователями 1 б; необходимость в этом специальном ключе возникает при выполнениилогических функций в нескольких адресах одновременно, когда через него должен пройти суммарный ток нескольких словарных шин; возможно в некоторых случаях совмещение ключа 25 с существующими в обычном МОЗУ ключами 5: управляющая шина 2 б, по которой происходит запуск ключа 25; стробирующий сигнал 27 из управляющего устройства 22, производящий запись информации с усилителей чтения 12 на формирователи 14 регистра числа; стробирующий сигнал 28, производящий запись информации с усилителей чтения 12 на формирователи 14 со сдвигом на разряд влево; усилитель контроля 29, который срабатывает и посылает сигнал в управляющее устройство 22 при наличии хотя бы одной сединицы в слове на выходах усилителей чтения 12 при подаче строоа 28 (контроль наличия переноса); усилитель контроля 30, который срабатывает при наличии единицы в старшем разряде (контроль старшего разряда). На фиг, 2 в качестве примера приведена система дешифрации, используемая в предлагаемом устройстве, и показаны схемы отдельных формирователей. Словарный дешифратор включает в себя диодную матрицу б, словарные формирователи 4 и словарные ключи 5; в выходные цепи дешифратора включены словарные шины матриц 1 МОЗУ системы 2,5 Р. На фиг. 2 показано также подключение к словарным шинам нововведенных реверсивных формирователей 1 б и специального ключа 25. Каждый формирователь 1 б подключается к одному концу своей словарной шины, а ключ 25 подсоединяется к объединению противоположных концов этих словарных шин, таким образом, в функциональной части МОЗУ оказывается р иг адресов, При необходимости увеличения количества адресов в функциональной части МОЗУ возможно использование еще нескольких ключей 25, которые подключаюгся к другим объединениям словарных шин (к выходам других ключей 5, см. фиг. 1), 273523В системе разрядной дешифрации используются формирователи О, схема которыаналогична схеме формирователей 16, и ключи 11, подобные ключам 5.Остальные узлы предлагаемого цифрового вычнслительно-логического устройства соответствуют обычному МОЗУ системы 2,50 и поэтому примерами не сопровождаются. Возможность осуществления нововведенных связей 17 - 21, 23, 24 для любых сем обычного МОЗУ и возможность построения управляющего устройства, дающего импульсы на определенных управляющих шинав определенные моменты времени, являются очевидными и подтверждение их в виде примеров - излишним.Для пояснения возмокности получения логических функций на матрицах МОЗУ системы 2,5 0 рассмотрим работу одного разряда МОЗУ, схема расположения шин которого представлена на фиг. 3, Здесь взяты для рассмотрения четыре словарные шины 31 - 34, четыре разрядные шины 35 - 38 и ячепки 39 - 47, находящиеся на пересеченияэтишин (шина чтения на фиг, 3 не показана).Рассмотрим выполнение простейших логических операций - отрицания, дизьюнкции и коныошсции - в одном адресе МОЗУ, например в ячейке 40 (см, фиг, 3), которая находится на пересечении словарной шины 31 и разрядной шины 35. Условимся, что наличие двух отрицательныимпульсов полутоков по шинам 31 и 35 переводит ячейку 40 в состояние нуль, наличие двух положительныимпульсов - в состояние единица, а также, что усилитель чтения чувствителен к обеим полярностям э.д,с, на шине чтения (последнее совпадает с требованием к усилителям чтения в обычном МОЗУ системы 2,5 В),Очевидно, что если в ячейке 40 хранилось вело а, то при подаче по шинам 31 и 35 отри- нательных импульсов полутоков произойдет обычное считывание, и с шин чтения на усилители чтения и в регистр числа поступит прямой код числа. Если же произвести считывание числа не отрицательными, а положитсльными импульсами полутоков (по тем же шинам 31 и 35), то на усилители чтения поступит уже обратный код числа, т. е. осуществится операция а - инверсия числа а. Операция дизьюнкции ачб (6 - слово, подаваемое в разрядные шины 35 при записи) получится, если в ячейку 40, где, допустим, уже записано число а, записать число Ь (без предварительного считывания числа а), для чего в такте записи по шинам 31 и 35 подать положительные импульсы полутоков; разрядные шины возбуждаются кодом числа Ь, предварительно записанным в регистр числа 13. Действительно, в ячейке 40 единицы будут записаны в тех разрядах, которые соответствуют единицам слова а или единицам слова д. Предварительная запись слова Ь в регистр числа производится в такте 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 считывания, непосредственно предшествовавшем такту записи, в котором выполняется операция диз ьюнкции, в результате считывания ячейки, в которой хранилось слово о (допустим, ячейки 42). Очевидно, что здесь в такте считывания обращение будет происодить по одному адресу (обращение к ячейке 42), а в такте записи - по другому (обращение к ячейке 40). Зто можно осуществить с помощью иововведепныуправляющисвязей 17 - 21, 23 - 24, 26, а именно: с помощью этих сьязей производится запуск формирователя 16, соответствующего выбираемой словарной шине, специального ключа 25, а также формирователей 10 и ключей 11 для получения в разрядной шине импульсов определенной полярности в такте считывания и в такте записи. Заметим, что одновременно с операцией а ч б в такт записи может быть осуществлена регенерация числа о в ячейку 42, для чего в такте записи одновременно со словарной шиной 31 возбуждается и шина 32 (т, е., управляющее ,стройство запускает одновременнс два формирователя 16, а именно те, которые соответствуют этим словарным шинам).Логическую операцию коныонкции а/,о в ячейке 40 можно получить, если в такт считывания считать висло о с инверсией, например, па ячейке 42 (где, допустим, оно хранилось) и в такт записи подать на шины 31 и 35 (обращение к ячеЙсе 40, где уже записао число а) не положительные, как это происходит при обычной записи, а отрицательные импульсы полутоков; при этом в тех разрядах, где 6=0 (в этих разрядаусилители чтения при считывании Ь с инверсией сработают), на число а будет действовать полный ток в сторону нуля, который произведет стирание единиц числа а в этик разрядах, и, таким образом, в ячейке 40, где раньше было записано чис ло а, теперь окажется слово а/,б, т. е. осу шествится логическая операция конъюнкции. Заметим, что в том же такте записи можно прорегенернровать число Ь в ячейке 42, иодагна шину 32 отрицательный импульс полутока, -ак как в ячейке 42 осуществится конъюнкция числ с единицами, оставшимися там после считыьания ячеики 42 с инверсиен; таким образом, здесь в такте записи происходит выполнение логическиопераций сразу в двуадреса.Остановимся несколько подробнее на вы;,олнении в предлагаемом устройстве логических функций В несколькиячейках (адреса) одновременно. Если в такте считывания считать число 6 с некоторой ячейки, то, подавая ео в такте записи по выбранным разрядным шинам (например, по шинам 35 в каждом разряде) с помощью положительных импульсов полутоков и подавая положительные импульсы полутоков по выбранным словарным шинам (шины 31, 32, 33, 34), получим выполнение в соответствующих ячейках (ячейках 40, 42, 44, 46) операции дизъюнкцни числа о с числами, хранящимися в этих ячейках, ЕслиИнформация в регистре числа Текущая информация в ячейкахаЛб 31 Зя аЛЬ аЛЬ 41 4 я 0 р 1 0 р 1 0 р 1 р 1 в ячейках 40, 42, 44, 4 б были записаны нули, тс в описанном выше случае осуществится операция:разветвления информации, так как происходиг запись числа одновременно в несколько адресов. Следует заметить, что, так как в предлагаемом устройстве используется схема МОЗУ системы 2,5 Р с реверсом разрядного тока в зависимости,от адреса, то, если описанная выше операция получения дизъюнкции в нескольких адресах производится с ячейками 41, 43, 45, 47, необходимо в такт записи по словарным шинам Зг, 32, 33, 34 подать положительный импульс полутока, а в разрядную шину 35 - отрицательный импульс полутока. В предлагаемом устройстве возможно также выполнение различных операций в нескольких адресах одновременно. Действительно, возбуждая в такте записи разрядные шины 35 положительными импульсами полутоков в зависимости от кода числа б и подавая в словарные шины 31, 32 положительные импульсы полутоков, а в шины 33, 34 - отрицательные, получим в ячейках 40 и 42 выполнение операции дизъюнкции числа Ь с содержимым ячеек 40 и 42,соответственно и в ячейках 45 и 47 - конъюнкцию числа Ь с числами, хранящимися в этих ячейках; в правильности этого можно убедиться, если рассматривать каждую из этих ячеек и проходящие через нее словарную и разрядную шины в отдельности и сравнить эти случаи с описанными выше операциями получения дизъюнкции и конъюнкции в одной ячейке. Дополнительно отметим, что при считывании нескольких ячеек (одних с инверсией, других - без инверсии) также возможно получение различных логических операций, так как лри этом на шине чтения оказывается дизьюнкция чисел, считанных с этих ячеек; причем числа, считанные с инверсией, войдут в выражение дизъюнкции с инверсией. Однако неооходимо учесть что при таком считывании возможны случаи, когда э.д.с. единиц в шине чтения будут направлены встречно и усилите ли чтения могут пе сработать. Эти случаиможно учесть зарапес, зная расположение шипы чтения относительно разрядных и словарных шин. 10 В предлагаемом устройстве количество ячеек, к которым может быть одновременно произведено обращение (и в такте считывания и в такте записи) с целью выполнения в них логических операций, определяется количеством 15 формирователей гб, так как какдый из нихподключен к своей словарной шине, а также мощностью ключа 25, через, который при выполнении логических операций в нескольких адресах одновременно проходит суммарный 20 ток словарных шин,Так как количество оборудования в системеразрядной дешифрации в МОЗУ системы 2,5 Р пропорционально числу разрядов, то дополни.25 тельное увеличение количества одновременноопрашиваемых ячеек за счет возбуждения двух и более разрядных шин одновременно в каждом разряде представляется нерациональным. При раооте МОЗУ в режиме запоминаю щего устройства выбор разрядной шины производится дешифраторами 7, 8 и 9, а при работе МОЗУ в режиме вьиолнения логических функций выбор разрядной шины происходит путем непосредственного запуска уже имею щихся в обычном МОЗУ формирователей 10и ключей гг по управляющим шипам 17, 18, 19, 20, 21. На основании методов выполнения логиче ских функций, предложенных выше, можносинтезировать алгоритмы сложения двух чисел с последовательной реализацией переносов, см. табл.1 О-+конец:Контроль р 1 хоть Одна 1 переход к такту 1.В таблице обозначены: э - сумма по модулю 2; р=а/х,0 - слово переносов; р 1 = = (аЯ) - слово (а/6), сдвинутое па разряд влево; в нечетных тактах (1, 2) происходит считывание информации с ячеек на регистр числа 13, в четных тактах( 1., 2,) производится запись с регистра числа в выбранную ячейку (ячейки), Как видно из таблицы, для осуществления данного алгоритма сложения необходимы пять ячеек (ячейки 40 - 44); в три из них (40, 42, 44) предварительно записывается одно слагаемое в чис а и в две другие ячейки (41 и 43) записывается другое слагаемое - число К В таблице указаны полярности импульсов формирователей, возбуждающих словарные и разрядные шины в определенные моменты времени (такты), по этим импульсам можно составить, программу управляющему устройству; приведено изменение информации в ячейках, происходящее с каждым тактом, а также приведена информация, поступающая в регистр числа в такте считывания - для облегчения контроля за правильностью получаемых промежуточных результатов.Вычисление суммы сводится к нахождению суммы э по модулю 2, определяемой в такте 3, и слова переносов р= а /хб, определяемого в такте 2,; в такте 4, необходимо произвести сдвиг слова переносов на один разряд влево, для чего в этом такте подается стробирующий сигнал 28 (см. фиг. 1), при этом информация с усилителей чтения 12 данного разряда переписывается на формирователи 14 соседнего слова разряда регистра числа 13. В такте 4 происходит также контроль слова переносов и при наличии хотя бы одной единицы в слове переносов стробирующий сигнал 28 производит запуск усилителя контроля 29, который посылает сигнал в управляющее устройство 22 для направления алгоритма после такта 4 на формирование такта 1, и продолжение вычисления суммы; в случае, если слово переносов равно нулю, то алгоритм направляется на окончание сложения. Окончательный результат сложения оказывается в ячейках 41 и 43. Аналогчно возможно построение алгоритма с.ложея со сквозным переносом, для реализации которого необходимо применить известные соединения в системе усилителей чтения и регистра исла, которые на фиг, 1 не показаны,Выполнение операций сложения двух чиселн сдвига слова позволяет осуществить выпол пенис на матрицах МОЗУ системы 2,5 Р и других операций - умножения, деления н пр., прн этом основную часть оборудования предлагае:гого вычислительного устройства сосавляет однородное оборудов;нне МОЗУ.15 Следующим шагом является распространение и на управляющее устройство требования о реализации его на однородном оборудовании. Эта задача легко решается с использованиех построения управляющего устройства 20 по одному из известных способов микропрограхирования, когда миОрокоханды - слова управляющих сигналов - составляются в микропрограммы, хранимые в ячейках того же ЛОЗУ, Это дополнительно позволяет менять 25 характер и набор операций вычислительногоустройства программным путем.Предмет изобретения30Цифровое вычнслител ьно-логпческое устройство, содержащее хагннтное оперативное запоминающее устройство (МОЗУ), блок сдвига слов, блок управления, дешифраторы, форми рователн, усилители, вентили, ключи и регистрчисла, отличиОщееся тем, что, с целью повышения оыстродействия и надежности устройства, в нем выход каждого реверсивного формирозателя подсоединен к одному концу соот петствующей словарной шины, противоположные объединенные концы соседних словарных шин подключены к реверсивным ключам, входы реверсивных формирователей и реверснвных ключен подсоединены к соответствующим 45 выходам блока управления, входы ключейформирователен и вентилей, подсоединенных к выходам соответствующих ступеней разрядных дешифраторов, подсоединены также к соответствующим выходам блока управления.273523 Зб Составитель Е. И, Иванеевактор Б. С. Нанкина Текред А. А, Камышникова Коррскгор Л. А, фирсова Типография, пр. Сапунова Заказ 2544/17 Тираж 480 1 НИР 1 ПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Москва, Ж, Раушская наб., д. 4