Квадратор

ОП ИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Своз Советских Социалистйцвсиих Республмн(088,8) ать опубликования описания 18.07,79 Савин, А. А. Сорокин, М. П. Лунейко, В. Н. и А, М. Жида(54) КВАДРАТОР и с присоединением ваяв Устройство относится к области вычислительной техники и может быть использо вано в устройствах ввода и вывода информации ЦВМ, в системах программного управления и автоматического регулирования, в частности может быть использовано в системах первичной обработки информации, выводимой иэ масс-спектрометров, а также при аВтоматическом управлении магнитным полем масс-спектрометра.Известны устройства для пересчета и . возведения в квадрат импульсных сигналов, содержащие и - разрядный счетчик импульсов, 2 д- разрядный сумматор, линии задержки и вентили, выполненные на импульсно-потенциальных схемах.Эти устройства обладают низким быстродействием и ограниченными функциональ ными возможностями. Низкое быстродействие их связано с применением сумма торов, в которых запоминание единиц пере носа можду разрядами выполняется с йомощью линий задержки или на триггерах запоминания переноса. Ограниченность 2функциональных возможностей заключена в отсутствии возможности реверсивно з менять значение функции иа выходе устройства, что особенно важно для систем автоматического управлеиия и регулирования,Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является квадратор, содержащий основной й -раз рядный счетчик, суммирующее 2 о -разрядное устройство, тт блоков формирования суммы н переноса, состоящих, каем ная со второго блока, иэ двух групп элементов И, по три в каждой группе, трех элементов ИЛИ, дополнительного влемеита ИЛИ во втором блоке, приетом в каж дом к -ом, начиная со второго, блока формирования суммы и переноса первые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элементов Исоединены соответственно с единичным и нулевым выходами триггера 1 -го разряда. тт -разрядного счетжка, вторые входы второго, четвертого, третьего и шестого,тфюфйфф азо рости ф 43 з %озът .,; озъ иво. - .; т ттъвпппиио Пиио. ,.;. т т , о , .,и ниттт . з 674015 3элементов И соединены соответственно сединичным и нулевым выходами триггера(1 +1 )-го разряда суммирующего 2 п-разрядногр устройства, выходы первого ипятого алементов И связаны с первымивходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, выходы второго, третьего, четвертого и шестого алементовИ соединены со входами третьего элемента ИЛИ, выход которого связан сосчетным входом триггера (1 +1)-го разряда суммирующего 2 х 1 - разрядного устройства, выходы перврго и второго алементов ИЛИ второго блока формированиясуммы и переноса соединены с входамидополнительного элемента ИЛИ, выход первого апементв ИЛИ каждого ( 1 -1)-горазряда соединен с вторым входом первого элемента И и с третьими входами четвертого и шестого алементов И каждого1 -го разряда, а выход второго элементаИЛИ (1 -1)-го разряда соединен с вторымвходом пятого элемента И и с третьимивходами второго и третьего алементов Икаждого 1 -го разряда.Однако рассматриваемое устройствоограничено в функйиональных воэможностях, поскольку оно не может реверсивноизменять значение функции на выходе устрОйствв. Наличие такой воэможности Особенно важно для систем автоматическогоуправления и регулирования.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счетреверсивного изменения значения выходнойфункции,Указанная цель дбстигается-тем; что вквадратор введен блок управления, состоящий иэ управляющего триггера, шестиэлементов И, двух элементов И НЕ, элемента ИЛИ и элемента задержки, Основнойб -разрядный счетчик выполнен реверсивным, суммирующее 2 й азрядное устройство состоит из (пт 1-трззтпрпонсто параллельного сумматора со сквозным переносом, выход которого через соединительный элемент ИЛИ подключен к входу реверсивного (й -1)-разрядного счетчика,первые входы первого и второго элементов И блока управления соединен сооч- ветственно с" входными шинамя сложенияиз"выочйттвнтия, вторые входы йодключенык выходам первого и второго элементовИ НЕ блока, входа которых соединены соответственно с единичными и йупевыми выходами трю геров разрядов й -разрядногосчеФч 6 сар выходы первого и второго алемеитов И блока управления связаны соочьветствеиио с единичным и нуйевым" входами управляюи 1 его триггера и с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с входом элемента эапержхн блока, единичный выход управляющего. триггера соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И,а нулевой выход - с первыми входамипятого и шестого элементов И блока управления, вторые входы третьего и пятогоэлементов И блока управления связаны свыходом дополнительного элемента ИЛИблока формирования суммы и переноса вто рого разряда и с суммирующим входом.суммирующего 2 и -разрядного устройства, выходы третьего и пятого элементов Иблока управления соединены соответственно с суммирующим и вьтчитающим входамиосновного П -разрядного счетчика, вторыевходы четвертого и шестого элементов Иблока управления связаны с выходом первого алемента ИЛИ блока формированиясуммы и переноса П -го разряда, выходышестого и четвертого элементов И блокауправления соединены соответственно сьычитающим и через соединительный апе.мент ИЛИ с суммирующим входами (И)- разрядного счетчика суммирующего 2 П -разрядного устройства, блох формированиясуммы и переноса первого разряда выполнен на семи элементах И и трех алементах РЛИ, причем первые входы первого,второго и третьего алементов И соединены с выходом элемента задержки блокауправления, вторые входы первого и второго элементов И. соединены с .единичным,а третьего элемента И - с нулевым выходами триггера первого разряда основного (з разрядного счетчика, третьи входыпервого и второго элементов И соединены, 4 О соответственно с единичным и нулевымвыходами триггера второго разряда суммирующего 2 п -разрядного устройства,выход первого элемента И соединен спервыми входами четвертого и пятого эпе ментов И, выходы которых соединены спервыми входами соответственноперво .го и второго элементов ИЛИ, выход второго элемента И соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, Явыходы которых связаны со вторыми входами первого и второго элементов ИЛИсоответственно, выход третьего элементаИ связан с третьим входом второго элемента ИЛИ, входы третьего элемента ИЛИ 55 подключены к выходам первого и второгэлементов И, а выход -через элемент ИЛИк счетному входу триггера второго разряда суммирукжпего 2 й -разрядного устройства, вторые входы четвертого, седь674015 5мого, пятого и шестого элементов И соединены соответственно с единичным и нулевым выходам управляющего триггера,каждый блок формирования суммы и переноса, начиная со второго, содержит седьмой, восьмой, девятый н десятый элементы И, четвертый, пятый элементы ИЛИ,причем входы четвертого элемента ИЛИ соединены с выходами второго и четвертого элементов И, а входы пятого элемента ИЛИ с выходами третьего и шесто го элементов И, выход четвертого элемента ИЛИ связан с первымн входами седьмого и восьмого элементов И, а выход пятого элемента ИЛИ - с первыми входа 1 ми девятого и десятого элементов И, вторые входы седьмого, десятого элементов И соединены с единичным, а восьмого, девятого элементов И - с нулевым выходами управляющего триггера, выходы седь2 мого и девятого элементов И связаны со вторым и третьим нходвмн первого элемента ИЛИ, а выходы восьмого н десятого элементов И - со вторым и третьим2 входами второго элемента ИЛИ.На чертеже представлена функпнональная схема предлагаемого квадраторв.Кввдратор содержит основной й -разрядный счетчик 1, выполненный реверсив-, 3 ным, суммирующее 2 й -разрядное устройство 2, состоящее иэ (й+1) разрядного параллельного сумматора 3 со сквозным переносом и реверсивного (о -1)- разрядного счетчика 4, соединенных между собой соединительным элементом ИЛИ 5, блок управления, состоящий из управляющего триггера 6, элементов И 7-12, элементов И"НЕ 13, 14, элемента ИЛИ 15 и элемента задержки 16, л блоков формирования суммы и переноса, первый разряд 17 которого состоит из элементов И 18-24, элементов ИЛИ 25-27, второй и все последующие разряды 28 состоят из элементов И 29 38, элементов ИЛИ 39 43, дополнительного элемента ИЛИ 44 во втором разряде.Работа предлагаемого устройства основана на реализации известного алгебраического соотношения(ФЙ 4) а О Й 20+3 где (О+1) = й - разность между количеством импульсов, поступающихна вход устройства по шинам сложения и вычитания.Согласно реализуемой зависимости каждый импульс, поступающий по шине сло.6жения (вычитания) на вход реверсивногосчетчика 1, прибавляет (вычитает) к ранее записанному в суммирующем устройстве 2 числу предыдущее значение числав счетчике 1, увеличенное в два раза эасчет соединейия разрядов счетчика 1 и усъройства 2 со сдвигом вправо на один разряд,после чего имп.льс поступает иа пересчет вй -разрядный счетчик 1 и добавляет едиО нину в суммирующее 2 п -разрядное;счетчик 1 и суммирующее 2 тт -разрядное устройство 2 находятся в нулевомположении, при этом с нулевых выходоввсех триггеров счетчика 1 подаются положительные потенциалы на все входылогического элемента И-НЕ 14 блока упрввления. На выходе И-НЕ 14 формируется нулевой запрещающий потенциал, поступающий на вход И 8 блокауправления.Следовательно, при нулевом состоянииреверсивного тт -разрядного счетчика 1невозможно поступление нв вход устройства импульсов, следующих по шине вычитания. Тогда при поступлении импульсапо шине сложения оч проходит через элемент И 7 ( на ее входе присутствует разрешающий лоложнтельный потенциал) ипоступает далее на единичнйй установочный вход управлятощею триггера 6 н уствнввливвет его в единичное состояние,при этом с единичного выходатриггера6 положительный разрешающий потенциалпоступает на первые входы элементов И:9, 10 блока уйравления, элементов И 21,24 блока формированиясуммы и нервноса первого разряда элементов И 35; 38блоков остальных разрядов, азапрещаю.шнй нулевой потенциал поступает"на первые входы элементов И 11, 12 блока управления, элементов И 22, 23 блока формирования суммы и переноса первого раз.ряда, элементов И 36, 37 блоков всех5 остальных разрядов.С выхода элементов И 7 блока управления импульс поступает также через элемент ИЛИ 15 на входэлемента задержки 16(величина времени элемента задержки5 о 16 равна времени переброса управляющего триггера 6 иэ одного состояния в другое). С выхода элемента 16 импульс поступает на входы элементов И 18 20блока формирования суммы и переноса55 первого разряда. Поскольку триггер первого разряда счетчика 1 находится в нулевом состоянии, то импульс проходит:через элемент И 20 (нв его входе присутствует разрешающий положительныйпотенциал) и через элемент ИЛИ 26 поступает на входы элементов И 30, 31 и33 блока формирования суммы и переносавторого разряда.Поскольку все тритгеры н б -разрядного счетчика,1 и суммирующего 2 О-разрядного устройства 2 находятся в нулевыхсостояниях, то во всех разрядах блокаформирования суммы и переноса импульспроходит через элемент И 33, ИЛИ 40,не изменяя состояния, суммирующего 2 п"разрядного устройства 2.С выходе элемента ИЛИ 40 блока формирования суммы й переноса второго разряда импульс через дополнительный элемент ИЛИ 44 поступает на входы элементов И 9, 11 блока управления и на суммирующий вход суммирующего 2 и - разрядного устройства 2,Так как на входе алемента И 9 блокауправления присутствует разрешающий положительный потенциал, то имппьс поступает на суммирующий вход счетчика 1.Этой оиерамей добавляется 1" и в счетчик 1 и и устройство 2.Поскопьиу в исходном состоянии счетчик 1 и устройство 2 находятся в нулевом положении, то в итоге в ннх запйсы. вается число "1" (О 001), т.е. 1=1.При поступлении по шине сложенияследующего импульса он проходит черезэлементы И 7, ИЛИ 15, элемент задерж.и 16 и поступает на входы алементовИ 18-20 блока формирования суммы ипереноса первого разряда. Так как в первом разряде счетчика 1 записываетсяф 1 ф, а триггер второго разряда устройства 2 находится в нулевом состоянии,то положительный разрешающий потенциалприсутствует на элементе И 19 блокаформировании суммы н переноса первогоразряда, Импульс с выхода элемента задержки 16 проходит через элемент И 19и через элемент ИЛИ 27 поступает насчетный вход триггера второго разряда.суммирующего 2 п -разрядного устройства 2, и устанавливает его в единичноесостояние, Одновременно иминьс постуивет на входы элементов И 23, 24 блока формирования суммы н переноса первого разряда и, поскольку на входе элемента И 24 присугствуег .положительныйразрешающий потенциал, поступает через.элеменгы И 24 и ИЛИ 26 на входы элементов И 30, 31 и 33 блока формирования суммы и переноса второго разряда,Поскольку все тригреры, начиная совторого разряда, счетчика 1, н, начиная с третьего разряда, устройства 2 находятся в нулевых состояниях, то импульсво всех разрядах, начиная со второго, блоков формирования суммы н переноса проходит через элементы И 33 к ИЛИ 40, неизменяя состояния триггеров последующихразрядов устройства 2, при этом с выхода элемента ИЛИ 40 второго разряда блока формирования суммы н переноса нм 1 О пульса проходит через дополнительный.элемент ИЛИ 44 и поступает на суммирующие входы счетчика 1 н устройства 2.,В результате в счетчике 1 записываетсячисло "2" (0,0010), а в устройстве15 2 - число "4 (О . 0100), т. е. 2=4,При поступлении на шину сложения сл 6- дукяцнх импульсов в счетчике 1 фиксиру ется их количество, а в устройстве 2 квадрат числа импульсов, записанных и2 О счетчике 1,Во избежание сброса в ноль счетчика1 при его переполнении на все. входыэлементов И-НЕ 13 при заполнении счетчика 1 поступают положительные потенциалы, при атом. на выходе элемента И-НЕ13 формируется нулевой запрещающийпотенциал, который подается на вход элемента И 7 блока управления, препятствуядальнейшему поступлению импульсов назО вход устройства по шине сложения.Прн йоступленни на вход устройстваимпульсов по вине вычитания импульспроходит через элемент И 8, поступаетна нулевой установочный вход триггера35 6 и одновременно через элемент ИЛИ 15 на вход элемента задержки 16. Триггер6 устанавливается в нулевое состояние,при этом с единичного выхода триггера6 нулевой запрещающий потенциал постуфО пает на входы алементов И 9, 10 блокауправления, на входы элементов И 21, 24блока формирования суммы и переносапервого разряда и иа входы элементов И35, 38 блоков формирования суммы и45 переноса всех остальных разрядов, Положительный разрешаюший потенциал поступает на входы элементов И 11, 12 блокауправления и одновременно на входы элементов И 22, 23 блока формированияО суммы и переноса первого разряда и навходы алементов И 36, 37 блоков формирования суммы и переноса всех остальныхразрядов.Пусть, например, прн поступлении импульса по шиве вычитания в счетчике 1записывается число 2 (О 0010), ав устройстве 2 - соответственно квадратэтого числа т,е, 4 (00100). Входной674015 1 Э 15 20 25 З 5 ды первого и второто элементов ИЛИ второго блока. формирования суммы и переноса соединены с входами дополнительного але 45 50 9импульс, пройдя через элементы И 8,ИЛИ 15 и элемент задержки 16, поступает на входы элементов И 18-20 блокаформирования суммы и переноса первогоразряда, Так как триггер первого разряда счетчика 1 находится в нулевом состоянии, то импульс проходит через элемент И 20(на его входе находится положительный разрешающий потенциал) и через алемент ИЛИ 26 поступает на входыалементсв И 30, 31 и ЗЗ блока формирования суммы и переноса втброго разряда.Так как триггеры второго разрядасчетчика 1 и третьего разряда устройства 2 находятся в единичном состоянии,то импульс проходит через элементы И30 (на его входе находится положительный разрешающий потенциал) и черезэлемент ИЛИ 41 поступает на счетныйвход триггера третьего разряда устройства 2 и сбрасывает его в ноль, Одновременно импульс проходит через элемент ИЛИ 42 и поступает на входы элементов И 35, 36. Поскольку на входеэлемента И 36 присутствует положительный разрешающий потенциал, то импульс,пройдя через элементы И 36 и ИЛИ 40,поступает на входы элементов И 30, 31и 33 блока формирования суммй н переноса следующего разряда Так как в остальных разрядах счетчика 1 и устройства 2 триггерынаходятся в нулевых состоянию, то во всех последующих разрядах блоков формирования суммы и переноса импульс проходит через элементыИ 33 и ИЛИ 40, не изменяя состояниятриггеров следующих разрядов в устройстве 2.Во втором разряде блока формирова-ния суммы и переноса импульс с выходаэлемента ИЛИ 40 поступает через альмент 4 ЛИ 44 на суммирующий вход устройства 2 и на вычитаюший вход счетчика 1, в результате в счетчике 1 н уст-ройстве 2 запишется число ф 1 ф (0001)т.е. 1 =1,Таким образом можно реверсивно менять значение функции на выходе устройства во всем диапазоне его работы.Использование предлагаемого устройства в схемах ввода и вывода информации Ц 13 В системах программного упфффравления и автоматического регулирования повышает эффективность их работы.Использование устройства в системахпервичной обработки информации, выводимой из масс=спектрометров, и автоматического управления магнитным полем.масс-спектрометров автоматизирует работу масс-спектрометров и, следовательно, повышает эффективность их рвоты. формула изобретенияМ Кввдратор, содержаший основной о разрядный счетчик, суммируюшее 2 а- разрядное устройство, о -блоков формирования суммы н переноса, состоящих, начиная со второго блока, их двух групп элементов И, по трн в каждой группе, трех элементов ИЛИ, дополнительного элемента ИЛИ во втором блоке, при этом в каждом 4 -ом, начинаясо второго, блоке формирования суммы и переноса первые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И.соединены соответственно с единичным и нулевым выходами триггера 4-го разряда тт - разрядного счетчика, вторые входы второго, четвертого, третьего и шестого элементов И соединены соответственно с единичным и нулевым выходами триггера(1+1) го разряда суммирующего 2 зъразрядного устройства, выходы первого и пятого элементов И связаны с нервыми входами соответственно первого и второго алементов ИЛИ. выходы второго,Зо третьего, четвертого и шестого элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИЙ выход которого связан с счетным входом триггера (1+1)-го разряда суммирующего 2 й- разрядного устройства, выхомента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ каждого (1 -1)-го разряда соединен с вто 4 О рым входом первого элемента И и с третьимивходами четвертого и шестого элементов И .каждого 4 -го разряда, а выходвторо го элемента ИЛИ (1 -1)-го разряда соединен с вторым входом пятого элемента И и с третьими входами второю и третьего элементов И каждого -го разряда, о тл и ч в ю ш и й ся тем, что, с целью расширения функциональных возможнос тей за счет реверсивного изменения значения выходной функции, в кввдратор введен блок управления, состояший из управляюшего триггера, шести алементов И, двух элементов И-НЕ, элемента ИЛИ и элемента задержки, основной 11 - разрядный счетчик выполнен реверсивным, суммирующее2 11 -разрядное устройство состоит из(б +1)-разрядного параллельного сумматора со сквозным переносом, выход которого через соединительный элемент ИЛИподключен к входу реверсивного (О -1)- разрядного счетчика, первые входы первого и второго элементов И блока управления соединены соответственно с входными ши:нами сложения и вычитания, вторые входы подключены к вьйюдам первого и второго элементов И-ЦБ блока, входы которых соединены соответственно с единичными и иулевымя выходами триггеров разрядов а -разрядного счетчика, выходы первого и второго элементов И блока управления связаны соответственно с единичным и нулевым входами упрввляюшего триггера и с первым и вторым входами элемента ИЛИ,выФа которого соединен с входом элемен-. та задержки блока, единичный выход управляющего триггера соединен с первыми входами третьего и четвертого алементов И, а нулевой выход - с первыми входами пятого и шестого элементов И блока управления, вторые входы треюъего и пятоге элементов И блока управления связаныс выходом дополнительного элемента ИЛИблока формирования суммы и переносавторого разряда и с суммирующим входомсуммирующего 2 о - разрядно о устройства, ьыходы третьего и пятого элементов И блока управления соединены соответственно с суммиррощйд и вычитвющим вхо, дами основного а разрядного счетчика, вторыэ входы четвертого и шестого элементов И блока управления связаны с выходом первого элемента ИЛИ блоке фор, мирования суммы и переноса т -го разряда, выходы шестого и четвертого элементов И блока управления соединены соответственно с вычитвющим ичерез соединительный элемент ИЛИ с суммируюшим входами й -1)-разрядного счетчика суммйруюшего 2 а разрядного устройства,6 пок формирования суммы и переноса первого разряда выполнен на семи алементах И и трех элементах ИЛИ, причем первые моды первого, второго и третьего элементов И соединены с выходом элемента задержки блока управления, вторые входы первого и второго элементов И соединены с единичным, а третьего элементв И - с нулевым выходами триггерапервого разряда основного й -разрядногосчетчика, третьи входы первого и второго элементов И соединены соответственно с единичным и нулевыМ выходами триогера второго разрядасуммирующего 2 дразрядного устройства, выход первогоэлемента И соединен с первыми входамичетвертого и пятого элементов .И, выхо ды которых соединены с первыми входами соответственно первого и второгоэлементов ИЛИ, выход второго элемента,И соединен с первыми входами шестого иседьмого элементов И, выходы которых 15 связаны со вторыми входами первого ивторого элементов ИЛИ соответственно,выход третьего элемента И связан стретьим входом второго элемента ИЛИ,входы третьего элемента ИЛИ подключе ны к выходам первого и второго элементов И, а выход- через алемент ИЛИ ксчетному входу триггера второго разрядасуммирующего 26 разрядного устройствв, вторые входы четвертого, седьмого 25 пятого и шестого элементов И соединень 1 соответственно с единичным и нулевымвыходами управляющего триггера, каждыйблок формирования. суммы и переноса, начиная со второго, содержит седьмой, весь зО мой, девятый и десятый элементы И, четвертый, пятый алементы ИЛИ, причемвходы четвертого алементв ИЛИ сованеныс выходами второго и четверого элемента И, а входы пятого элемента ИЛИ З 5 с выходами третьего и шестЬго элементовИ, выход четвертого элемента ИЛИ связанс первыми входами седьмого и восьмогоэлементов И, а выход пятого элементаИЛИ - с первыми входами девятого и деФосятого алементов И, вторые входы седьмого, десятого элементов. И соединены сединичньпжн, а восьмого, девятого элементов И - с нулевым выходами управляющего триггера, выходы седьмого и девятого 45 элементов И связаны со вторым и третьим;входами первого элемента ИЛИ, а выходывосьмого и десятого элементов И-со вторым.и третьим входами второго элемента ИЛИ.