Счетное устройство

СОЮЗ СОВЕТСНИХСО 1.1 ИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЯО 1 5 НОЗК 2 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ротехнипроф.ных микролительнои Радио иОбраб льс онного конт- асистемах пеого эксплуатап ности ошибок в скретных сообш тво ССС /00, 19 ний. 4 ил.,С:,ачитабл,торр, при поализатоый суммигический А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 4629644/24-21(71) Ленинградский элекческий институт связи имМ,А,Бонч-Бруевича(54) СЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может быть использовано, наприме строении статистических ан ров, цифровых измерительных приборов и др.Целью изобретения является расши- . рение функциональных воэможностей устройств эа счет определения величины отношения количества импульсов в двух импульсных потоках.На фиг. 1 и 2 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - диаграмма, поясняющая принцип работы устройства; на фиг. 4 - схема накапливающего сумматора-вычитателя,Устройство содержит перв рующий счетчик 1, первый ло(57) Изобретение относится к вычислительной технике и технике передачидискретных сообщений, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем определения текущего значения отношения количества импульсов в двух импульсныхпотоках. Для этого в устройство, содержащее первый суммирующий счетчик,первый логический блок и вычитающийсчетчик, введены второй суммирующийсчетчик, второй логический блок, накапливающий сумматор-вычитатель иблок элементов И., Предлагаемое устройство может быть использовано для.блок 2, вычитающий счетчик 3, блок элементов И 4, накапливающий сумма вычитатель 5, второй логический блок 6 и второй суммирующий счетчик 7. Кроме того, устройство имеет первый вход 8 (вход знаменателя) и второй вход 9 (вход числителя)Первый суммирующий счетчик 1, пер вый логический блок 2 и вычитающий счетчик 3 соединены последовательно.На фиг, 1 и 2 указаны веса разрядов накапливающих счетчиков 1 и 7, счетчика 3 исумматора-вычитателя 5. Как известно, младший (нулевой) раз ряд имеет вес 2 , следующий - вес 2о (йи т.д. вплоть до разряда 2 у счетчика 1 и до разряда 2 у счетчика 7, Таким образом, счетчик 1 имеет (0+1) разрядов, а счетчик 7 - (М+1) раз 161 0598рядов. Для вычитающего счетчика 3,который, как будет видно из дальнейшего, предназначен для Фиксации чисел, не превосходящих единицы (двоичных дробей), старший разряд имеетвес 2 (единицы), следующий болеемладщий .разряД имеет вес 2 и т.д.вплоть до веса 2 ф 1, Накапливающийсумматор-вычитатель 5 имеет разряды4с весами как большими единицы (22,), так и равными или меньшимиединицы (2 , 2 ,).Первый логический блок 2 выполнен на элементах И 1 0-1 - 1 О-И,11-1 - 11-Б и ключах (элементах И)12-1 - 12-И, Элементы 10-М- 10-1соединены последовательно. Второйвход каждого из этих элементов Иподключен к инверсному выходу тогоразряда суммирующего счетчика 1, номер которого сдвинут на 1 по отношению к индексу элемента И 10 так,что элемент И 10-и связан с и-мразрядом счетчика (т.е, имеющим вес2 , и = 0,1 Б) . Выход элеменОта И 10-1 через ключ (элемент И)12-1 подключен к счетному входу нуолевого разряда, имеющего вес 2вычитающего счетчика 3, Выход каждо-го из остальных элементов И 10-и(и = 1И) через элементы И 11-ии ключи 12-и подключены к счетномувходу того разряда вычитающего счетчика 3, который .имеет вес 2 (" 1Например, элемент И 1 0-2 через элемент И 11-1 и ключ 12-2 подключенык разряду 2 . Инверсный выход последнего (Б-го) разряда счетчика 1(имеющего вес 2 ) подключен к входуэлемента И 10-И и через элементИ 11-И и ключ 12-Н - к входу самогомладшего разряда счетчика 3, имеющего вес 2 (н 1,Выход каждого из разрядов вычитающего счетчика 3 через элементИ блока 4 подключен к входу суммирования того разряда сумматора-вычитателя 5, который имеет тот же вес.Второй вход каждого из элементов Иблока 4 подключен к второму входу 9устройства,Второй логический блок 6 имеет.элементы И 13 ш.п. Каждый из этих элементов подключен к выходу того иэразрядов второго суммирующего счетчика 7, номер которого совпадает спервым индексом. Второй вход каждого из этих элементов связан с вы 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ходом того из ключей 12-и блока 2,чей индекс совпадает с вторым индексом в обозначении элемента И 13.Следовательно, элемент И 13 и подключен к выходу ш-го разряда счетчика 7 и к выходу элемента И 1 2 и(ш = 0 1М и = 1М)Выходэлемента И 13 ш и (через элементыИЛИ 14 или непосредственно) подключен к вычитающему входу сумматоравычитателя 5, При этом выход элементаИ 13,О (ш = 0,1,.;.,М) подключенк тому разряду, который имеет номер,равный ш (т.е. вес 2 ), а выход каждого из остальных элементов И. 13 и(и = 1М; ш = 0,1М) - к разрядам, имеющим вес 2 1" 1, В случае, если к одному и тому же входусумматора-вычитателя 5 необходимоподключить несколько элементов И 13,это сделано через элементы ИЛИ 14.Сумматор-вычитатель 5 (Фиг. 4)имеет первую группу входов 15, вторуюгруппу входов 16, собственно накапливающий сумматор-вычитатель 17 сгруппой входов 18 и управляющимивходами 19 и 20, элементы ИЛИ 2123Входы 15 подключены к элементуИЛИ 22, Входы 16 таким же образомподключены к элементу ИЛИ 23. Выходэлемента ИЛИ 22 соединен с управляющим входом 19, а выход элементаИЛИ 23 подключен к управляющему входу 20. Входы одноименных разрядовобеих групп 1 5 и 1 6 через соответствующий элемент ИЛИ 21 подключенык входу того же разряда сумматоравычитателя 17,Прежде чем описать Функционирование предлагаемого устройства поФиг. 1 и 2, остановимся на принципеего работы, который иллюстрируетсяФиг. 3.В техническом решении используется линейная интерполяция зависимостивида й(1 с) = 1/1 с, узлы 1 с=2 (р=0,1,).На фиг. 3 приведены графики этой зависимости для различных 1,В устройстве импульсы поступаютпо двум входам, и оно Формирует значения функции Х(1) = 1/1, где 1 -количество импульсов, поступивших по одному входу (" Знаменатель" ), а 1 - количество импульсов, поступивших по другому входу (" Числитель" ),В качестве примера рассмотрим си",туацию, при которой на вход знаменателя поступило 1 с=4 импульса, а на5 1 б 1вход числителя - 1=3 импульса, Тогдаустройство должно сформировать значение функции Г(4) = 3/4, и его состояние отображается точкой, находящейся на кривой, соответствующей1=3 при аргументе 1=4, Если теперьочередной импульс поступит на входчислителя (значение 1.возрастает от1 = 3 до 1 = 4), то изображающаяточка должна перейти на более высокую кривую 1=4 при том же значенииаргумента с=4. Это новое состояниеобозначено точкой Ь.Если же в случае, когда устройство находилось в состоянии (й(4)3/4), поступил импульс на входзнаменателя, т.е, аргумент 1 изменил свою величину от 1=4 до 1=5,изображающая точка должа перейти потой же кривой 1=3 на один шаг вправо (в точку с).Устройство работает следующимобразом,Сначала остановимся на функционировании элементов 1,2,3,Как отмечалось вьппе, эти элементыв совокупности образуют устройство,функционирование которого заключается в следующем.Предположим, что в исходном состоянии все триггеры счетчиков. 1 и 3установлены в нулевое состояние, Этоделается с помощью, например, подачи импульсов на К-входы триггеров.Поскольку все триггеры счетчика 1находятся в нулевом состоянии, наих инверсных выходах имеются единичные сигналы. Эти сигналы поступают на входы элементов И 1 О-И 10-1, поэтому на выходе каждого изэтих элементов также имеет местоединичный сигнал. Эти единичные сигналы поступают на элементы И 11 -11-111-1. Однако, поскольку все триггеры счетчика 1 находятся в нулевомсостоянии, на второй вход каждогоиз элементов И 11 п (и = 1Н)подается нулевой сигнал с прямоговыхода того триггера, который имеет1- 1вес 2(" . Поэтому все элементыИ 11 п на выходе имеют нулевой сигнал и все ключи (элементы И) 12 п(а = 1 Х) оказываются запертыми.Исключение составляет ключ 1 2-1,который открыт единичным сигналомс выхода элементаИ 1 0-1,Первый импульс, поступивший навход 8 через открытый ключ 12-1, 0598 6 10 20 25 40 35 45 50 55 поступает на вход триггера нулевого разряда (2 ) счетчика 3 и переводит: этот триггер в единичное состояние, В счетчике 3 оказывается записанным число 1,00 (единица). Вслед за этим тот же импульс записывает в счетчикединицу (число 1000..). При этом триггер нулевого разряда этого счетчика (веса 2 ) переходит в единичное состояние, на его инверсном выходе появляется нулевой сигнал, закрывающий ключ2-1. Единичньпт сигнал, появившийся на прямом выходе того же триггера, поступит на второй вход элемента И 11-2, на его выходе также появится единичный сигнал, которьп поступит на ключ 12-2 и откроет его.Следующий (второй) импульс от входа 8 через открытый ключ 12-2 попадает на вход триггера разряда-1(вес 2") счетчика 3. Поскольку счетчик 3 вычитающий, подача импульсана вход этого триггера соответствуетвычитанию величины 2= 1/2 единицы,ранее записанной в счетчике. В результате в счетчике 3 окажется записанным число 0,1 00 = 1/2, Тот жеимпульс от входа 8 через,задержку Рзаписывает в счетчик 1 двойку (чис-ло 0100).Поскольку при этом триггер 2 счетчика 1 перешел в йулевое0состояние, а триггер 2 - в единичное состояние, то с элемента И 10-2снимается единичный сигнал, а на элемент И 11-2 подается единичный сигнали тем самым открывается ключ 12-2.Нулевой сигнал с выхода элементаИ 10-2 будет поддерживать нулевыесигналы на выходах элементов И 1 0-1,11-2 и, следовательно, ключ 12-1 останется закрытым и закроется ключ12-2,Аналогичным рассмотрением получаем, что описание работы элементовсхемы 1,2,3 можно представить втабл,и 2 (для элементов И 1 О, 11приведены значения сигналов, единичные или нулевые, на выходах этих элементов после прихода очередного импульса на вход 8),Как видно из таблицы, в вычитающем счетчике 4 реализуется последовательный переход по точкам ломанойлинии, которая кусочно-линейно интерполирует кривую Ь(с) = 1/К, 1610598Перейдем теперь к описанию функционирования предлагаемого устройства в целом.Предположим первоначально, что навход 9 числителя, не поступило ни5одного импульса, Тогда импульсы, поступающие на вход 8 знаменателя, будут, как описано выше, записывать всчетчик 3 двоичную дробь, дающуюприближенное (в силу кусочно-линейной интерполяции) значение величины1 Ь, По мере возрастания количестваимпульсов на входе 8, импульсы последовательно будут появляться на 15выходе элемента И 12-1, затем И 12-2и т.д. Эти импульсы поступят наэлементыИ второго логического блока б, от элемента И 12-1 - на элементы И 130+ 13 от элемента20И 12-2 - на элементы И 13, + 13и, в общем случае, от элементаИ 12-и - на элементы И 13 0, + 13 д(п = ОИ). Однако, поскольку кэтому моменту импульсы по входу 925не поступили, в счетчике 7 записанонулевое число (во всех разрядахзаписаны нули). Поэтому на выходахэлементов И блока 6 будут иметьместо нулевые сигналы, следовательно, в накапливающий сумматор-вьиитатель 5 со стороны блока б не будетзаписано никаких чисел, Следовательно, сумматор-вычитатель 5 сохраняетсвое исходное (нулевое) состояние,что соответствует числу Х(Е) = о/1 с =О.Противоположная ситуация ф = О,10) очевидно является запретнойв силу невозможности деления на нуль 40и поэтому не рассматривается,Пусть теперь на вход 8 знаменателя поступил один импульс (1 с=1),следовательно, работа устройстваоказалась возможной. Если к этому 45моменту на вход 9 не поступило никаких импульсов, то, как было описановыше, в сумматоре-вьиитателе 5 окажется записанным нулевое число. Приэтом в вычитающем счетчике 3 оказа"лась записанной единица (число1,00). Пусть теперь на вход 9числителя начали поступать импульсы.Общее их число будет подсчитано суммирующим счетчиком 7. Кроме того,55каждый из этих импульсов, поступаяот входа 9 на блок элемента И 4,будет каждый раз подавать на входысуммирования сумматора-вычислителя 5 единицу, записанную в счетчике 3,Поэтому к содержимому сумматоравычитателя 5 будет столько раз добавляться единица, сколько раз навходе 9 появится импульс. Следовательно, в сумматоре вьиитателе 6 окажется записанным число Г (1) = 1/1 = 1,где 1 - число импульсов, поступивших на вход 9 числителя,Предположим теперь, что на вход9 числителя поступило, например,1=3 импульса, а на вход 8 знаменателя - 1=4 импульса, Тогда, в соответствии с описанным выше, в суммирующем счетчике 1 будет записанодвоичное представление числа 1 с00100 (младшие разряды справа),в счетчике 3 число 0,110, (младшие разряды справа), обратное числу,записанному в счетчике 1, а в счетчике 7 - число 00011 (младшие разряды справа), Если функционированиеустройства до сих пор происходилоправильно, то в сумматоре-вычитателе 5 записано число Г(4) = 3/40,1100, т,ев разрядах, имеющихвес 2,2 и более, записаны нули, воразрядах с весом 2 , 2 единицы,-5 - +а в более младших разрядах 2 , 2и т.д, - также нули.Предположим теперь, что на вход 9поступил еще один, четвертый импульс,Этот импульс увеличит на единицу содержимое счетчика 7, записав в немчисло 00100. Тот же импульс черезблок элементов И 4 прибавит к содержимому сумматора"вычитателя 5 содер"жимое счетчика 3, т.е. к числу0,11 00 будет добавлено число0,010 Таким образом будет выполнена операция й(4) + 1/4 = 3/4 ++ 1 /4 = 11 0 Поскольку до этогов нем было зафиксировано числоГ (4) = 0,1100 то после выполнения операции вычитания в нем зафиксируется число й(5) = 0,11 00000,0001100 = 0,101010, которое с точностью обусловленной кусочно-линейной интерполяцией, аппроксимируетчисло 3/5,На фиг, 3 описанный процесс отображается переходом от точки С 1 к точке С.Таким образом, нами рассмотрены оба случая работы устройства на примерах перехода Г(4) -э Г+(4) и з(4) ф з(5)9 161Для доказательства достижения цели при любом исходном состоянии рас-,смотрим те же две ситуации (поступлениеимпульсов на вход 9 и на вход8) в общем случае,Предположим, что в устройстве кданному моменту на вход 9 поступило1 импульсов числителя (1 = 0,1,),а на вход 8 - к импульсам знаменателя (1 с = 1,2,), в счетчиках 7 и 1записано двоичное изображение чисел1 с и 1 соответственно, а счетчике 3 -двоичное изображение приближенногозначения числа 1/Е, а в сумматоревычитателе 5 - приближенное значениечисла й(1 с) = 1/1 с.Предположим теперь, что на вход 9поступил очередной импульс числителя. Как следует из принципа работы, устройства, в нем происходит увеличение на единицу содержимого счетчика 7 и добавление к содержимому накапливающего сумматора-вычитателя 5содержимого счетчика 3, т.е. й 1(1)=1 1=(1) + 1/1 = - + - = (1+1)/1.1 с 1 сНа фиг. 3 это отображается переходом (по вертикали) от линии 1 наследующую более высокую линию 1+1.Рассмотрим случай появления импульсов на входе 8, Если первона"чально в сумматоре-вычитателе 5 было записано некоторое число Й(1),то это означает, что в суммирующемсчетчике 7 записано число 1, Поступление очередного импульса-знаменателяприведет к тому, что из числаГ(К), записанного в сумматоре-вычитателе 5, будет вычтено число 1, записанное в счетчике 7 с весом, определяемым теми границами, в которыхнаходится число К, записанное в. счетчике 1. Если 2" Й 1 с 2 ", то, каквидно из фиг. 1 и 2, это число будетвычитаться с весом 2 " ), т,е. про-(НОизойдет переход по линии, соответствующей числу 1, в соседнюю правуюточку.Таким образом, с точностью, обусловленной принятой линейной интерполяцией, будет реализована операциявычисления текущего значения отношения 1/1 с.Сумматор-вычитатель работает следующим образом,При поступлении числа на группувходов 15 сигналы из разрядов черезэлементы ИЛИ 21 поступают на накап 0598 10 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ливаюший сумматор-вычитатель 17. Одновременно эти сигналы попадают наэлементы ИЛИ 22. Поскольку хотя быодин из разрядных сигналов на входах15 не равен нулю, на выходе элемента 22 имеет место единичный сигнал,который поступает на вход 19. Подача сигнала на вход 19 приводит к тому, что число, подаваемое на сумматор 17, прибавляется к содержимомусумматора 17. Аналогичным образомчисло, появляющееся на входе 16,также попадает на сумматор-вычитатель 17 и одновременно через элементРИЛИ 23 фиксирует единичный сигнална управляющем входе 20, что приводит к вычитанию числа от входов 16из содержимого сумматора-вычитателя 17,Формула изобретенияСчетное устройство, содержащееЪпервый суммирующий счетчик, первыйлогический блок и вычитаюший счетчик,которые соединены последовательно,о т л и ч а ю ш е е с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей путем определения величины отношения числа импульсов вдвух импульсных потоках, в него дополнительно введены второй сумми- .рующий счетчик, накапливающий сумматор-вычитатель, блок элементов И ивторой логический блок, при этом вычитающий счетчик через блок элементов И подключен к суммирующим входамсумматора-вычитателя, выходы первогологического блока соединены с первойгруппой входов второго логическОгоблока, выходы второго суммирующегосчетчика соединены с второй группойвходов второго логического блока,выходы второго логического блокаподключены к выходам вычитания накапливающего сумматора-вычитателя, второй вход устройства подключен к входу второго суммирующего счетчика и квходу блока элементов И, второй логический блок содержит (М+1)(И+1)элементов И, где М+1 вколичестворазрядов второго суммирующего счетчика, И+1 - количество разрядов первого суммирующего счетчика, и элементыИЛИ, при этом первый и второйвходы (ш, и)-го элемента И, где ш0,1М, и = 0,1Б, соединены соответственно с щ-м входомпервой группы и и-м входом второйгруппы входов второго логического0598 12логического блока, а выходы (щ,п)-х, где т = 0,1М, и = 1Б, элементов И через соответствующие элементы ИЛИ подключены к в-(2 п)-м выходам второго логического блока,161 блока, выход (М, 0)-го элемента Икоторого непосредственно, а выходы(ш,О)-х элементов И, где щ = ОМ, через соответствующий элементИЛИ подключены к ш-му выходу второго Таблица 1 Элементы И Ф импульса на входе 8 2 2 210-1 10-2 10-3 11-2 11-3э 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 О 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 Таблица 2 Ключи Триггеры счетчика 3 20 1 22 1 2-1 1 2-2 1 2-3 Исходноесостояние1234 Откр. Откр,Закр,Закр. Закр. Закр,Откр.Закр.Закр.Закр. Закр. 0 Закр. 1 Откр, О Откр. О 3 ак р. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 О 0 0 1 0, Заказ 3745 Тираж б 57 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101