Управляемый арифметический модуль

Союз Советских Социалистических Республик(21) 2799747/18 исоединением заявки Н 9 С 06 Р 7/38 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий23) Приорит 23,05.81, Бюллетень Йо анинописания 2305 Опубликовано Дата опублико 53) УДК б 81.325рузинский ордена Ленина и ордена Т политехнический институт им. 71) Заявите и о.Ленин АВЛЯЕМЫЙ АРИФМЕТИЧЕС ОДУЛ четыющих ичем его и Изобретение относится к вычисли тельной технике и предназначено для реализации узлов и устройств цифровы вычислительных машин методами интегральной технологии со средним и боль шим уровнями интеграции.Известен комбинированный опеРационный элемент на ВЯ-.триггерах, содержащий ВБ-триггеРы, элементы И, элемент НЕ и комбинационный одноразрядный сумматор 1.Недостатками известного элемента йвляются ограниченные функциональные возможности и большая .избыточность аппаратуры из-за,применения сложного устройства в виде комбинационного сумматора.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является упра ляемый арифметический модуль, содер- жащий основной триггер, первую управ ляемую логическую схему, которая содержит двенадцать элементов И, четы" .ре элемента ИЛИ, три элемента НЕ и инвертор, вторую управляемую логичес мую ехему, которая содержит четыре элемента И и один элемент ИЛИ, ре логических и девять управля входов, а также два выхода, пр выходы первого, второго, треть четвертого элементов И через первыйэлемент ИЛИ соединены с прямым входом основного триггера, а выходы пятого, шестого и седьмого элементов Ичерез второй элемент ИЛИ подключены,к инверсному входу основного триггера,прямой выход которого через первый .вход десятого элемента И связан с пер"вым входом четвертого элемента ИЛИ,второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого элемента И а первые входы первого, третьего, четвертого и восьмого элементов И соединены, соответственно, с первым, вторын, 15 третьим и четвертым управляющими входами, а вторые входы первого, третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к первому, второ"му и третьему логическим входам, а 20 первые входы пятого и шестого элементов И соединены со вторым и третьимуправляющими входами, второй входвосьмого элемента И связан с первымлогическим входом, а выход через пер вый и второй схемы ИЛИ подключенысоответственно к прямому и инверсному входам, основного триггера, прямой выход которого подключен к первым входам десятого и одиннадцатого 30 элементов И, через второй вход пос 832553йледнего связаны первый выход модуляи десятый управляющий вход, а одиннадцатый управляющий вход соединенс первым входом второго элемента И,второй вход которого через инверторсвязан с первым управляющим входоми вторым входом десятого элемента И,двенадцатый управляю.ций вход соединен,со вторым входом девятого элемента Ии с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого черезсвой выход и через первый вход две- .надцатого элемента И связан с вхо,дами первого и второго элементовИЛИ, второй вход двенадцатого элемента И связан с тринадцатым управляющим входом и через первый входтринадцатого элемента И - со вторымвыходом модуля, а второй вход этогоэлемента подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, один нз входовпервого элемента ИЛИ соединен с вы Оходом четырнадцатого элемента И,который через первый вход связан свыходом пятого элемента ИЛИ, первыйвход которого подключен к первымвходам пятнадцатого.н шестнадцатого 25.элементов И и первым логическим входам, второй вход связан с восьмымуправляющим входом и вторым входомчетырнадцатого элемента И, последний вход первого элемента ИЛИ черезвторой вход шестнадцатого элемента,И связан с седьмым управляющим входом и первым входом седьмого элемента И,второй вход которого черезпервый элемент НЕ и через второйвход пятнадцатого элемента И соединен с первым управляющим входом, авторой и третий управляющие входычерез второй и третий элементы НЕподключены ко вторым входам соответственно пятого и шестого элементон И Г 21 .Однако в известном управляемомарифметическом модуле Функциональные возможности ограничены, поэтомуневозможно его использование для реализации нерегулярных устройств ЦВМ(например, устройстна управления).Цель изобретения - расширениеФункциональных воэможностей за счетувеличения числа выполняемых операций.Поставленная цель достигается тем,что управляемый арифметический модуль,содержащий основной триггер, тринадцать элементов И, четыре элементаИЛИ,причем выходы первого, второго,третьего и четвертого элементов И соединены со входами первого элемента ИЛИвыход которого соединен о прямом входом основного триггера,а выходы пятого,шестого и седьмого элементов И сое-ЬОдийены со нходами второго элементаИЛИ, выход которого подключен к инверсному входу основного триггера,прямой выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И, ны- .45 ход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу девятого элемента И, а первые входы первого, четвертого, третьего и,десятого элементов И соединены соответственно с первым, вторым, третьими четвертым управляющими входами управляемого арифметического модуля, а вторые входы первого, третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к первому, второму итретьему информационным входам управляемого арифметического модуля, первые входы пятого и шестого элементовИ соединены со вторым и третьим управляющими входами управлЯемого арифметического модуля, второй вход десятого элемента И соединен с первым информационным входом управляемого арифметического модуля, дополнительно содержит триггер и три элемента ИЛИ, причем первые входы второго и седьмого элементов И подключены к выходу четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам соответстненно десятого и одиннадцатого элементов И, а вторые входы второго и седьмого элементов И подключены соответственно к первому и второму выходу управляемого арифметического модуля а также к инверсному и прямому выходам дополнительного триггера, прямой вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, а инверсный вход подключен к выходу пятого элемента ИЛИ, пятый управляющий вход управляемого арифметического модуля соединен с первым нходом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом двенадцатого элемента И, первый вход которого соединен с инверсным выходок основного триггера и третьим выходом управляемого арифметического модуля, а,второй вход соединен с выходом шестого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с шестым управляющим входом управляемого арифметического модуля и первым входом седьмого элемента ИЛИ, а седьмой и восьмой управляю" щие нходы управляемого арифметического модуля подключены ко вторым входам соответственно шестого и седьмого элементов ИЛИ, третьи входы которых соединены с выходом тринадцатого элемента И, первый вход которого соединен с девятым управляющим входом управляемого ариФметического модуля и с первым входом одиннадцатого элемента И, второй вход которого соединен о вторым информационным входом управляемого арифметического модуля, четвертый информационный вход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подключен к десятому управляющему входу управляемого арифметическо40 го модуля, пятый и шестой информационные входы которого соединены совторыми входами соответственно пятого и шестого элементов И, причем второй вход шестого элемента И соединен со вторым входом тринадцатогоэлемента И, а одиннадцатый управляющий вход управляемого арифметического модуля соединен с одним из входоввторого элемента ИЛИ, а четвертыйвыход управляемого арифметическогомодуля соединен с прямым выходом основного триггера.На чертеже схематически представлен предлагаемый арифметический модульУправляемый арифметический модульсодержит основной триггер 1, вспо- .могательный триггер 2, первый управляемый логический блок 3 выработкисигналов установки триггера, девятьэлементов И 4-12, три элемента ИЛИ13-15, второй управляемый логическийблок 16 выработки сигналов установки триггерачетыре элемента И 1720, четыре элемента И;1 И 21-24, шестьинформационных 25-30 и одиннадцатьуправляющих 31-41 входов управляемого арифметического модуля, а такжечетыре выхода 42-45 управляемого логического модуля.Первый управляемый логический 30блок 3 выработки сигналов установкитриггера включает семь элементов И4-10, два элемента ИЛИ 13-14, дваэлемента И 17-18 и элемент ИЛИ 21,Второй управляемый логическийблок 16 выработки сигналов установки триггера включает два элемента И11-12, четыре элемента ИЛИ 15 и 2224 и два элемента И 19-20.На информационные входы модуляподаются следующие сигналы:(-й разряд кода Х (вход25);- .-й разряд кода У (вход28);- содержимое соседнегостаршего разряда (вход26);Я - содержимое соседнего1+1старшего разряда (вход30) 1 50Я- содержимое соседнегомладшего разряда (вход27) 1- содержимое соседнегомладшего разряда (вход29) 1Ч в , Ч - управляющие сигналы1(входы 31-41 соответственно),Сигналы Ч - Ч обеспечивают выпол 1нение следующих операций: 60Ч (вход 31) - прием операнда хе в основной триггер 1 и логическое сложение;Ч (вход 32) - сдвиг в сторонуХмладших разрядов; б 5 Ч 3 (вход 33) - сдвиг в сторонустарших разрядов;Ч (вход 34) - сложение по вос) 2 1Ч (вход 35) - установка на нульдополнительного триггера 2;Ч (вход 36) - перепись кода сосновного триггера 1 в дополнительный триггер 2;Ч (вход 37) - конъюнкция содержимых основного 1 и дополнительного 2 триггеров 1Ч 8 (вход 38) - дизъюнкция содержимых основного 1 и дополнительного 2 триггеров;Ч 9 (Вход 39) - двоичный счет;Чр (вход 40) - прием операнда у.в дополнительный триггер 2;Ч (вход 41) - установка на нуль.11основного триггера 1.С помощью управляемого арифмети"ческого модуля реализуется все 16функций булевой алгебры двух переменных, некоторые Функции трех ичетырех переменных, Функция двухсамостоятельных регистров с числамиразрядов и (если имеются и управляемые арифметические модули), функцияодного 2 и-разрядного регистра, Функция преобразования параллельного. кода в последовательный и наоборот,функция регистра сдвига кода в последовательный и наоборот, функциярегистра сдвига кода числа в сторонустарших разрядов, функция регистрасдвига числа в сторону младших разрядов, функция двоичного суммирующего или вычитающего счетчика, Функция кольцевого регистра сдвига какв сторону младших, так и в сторонустарших разрядов, функция распространения единицы нуля и др.С помощью управляемого арифметического модуля реализуется как сингулярные булевые функции и все логические функции двух переменных,так и некоторые Функции трех и четырех переменных.В табл,1 приведены все булевые Фуи"кции двух переменных и логические выражения для их реализации на. Управля"емом арифметическом модуле.С целью иллюстрации реализациилогических функций на управляемомарифметическом модуле приведено описание функционирования модуля приреализации конъюнкций, дизъюнкций исложение по вой 2,Функция поразрядной коньюнкции 1двух двоичных чисел выполняетсяследующим образом, Операчд х; пода-ется на четвертый информациойныйвход 28 и сигналом Ч 1 р (вход 40),через элементы И 12 и ИЛИ 15 Ч заносится в дополнительный триггер 2.Операнд у. подается на первый информационный вход 25 и сигналом Ч, (вход31) через первый элемент И 4 и первый элемент ИЛИ 13 заносится в основной триггер 1. Предварительно ос832553 Т а б л и ц а 1 Константа 0 КонъюнкцияЗапрет по Ч Переменная Х Запрет по Переменная Сложение по 1 то 83.ДизъюнкцияСтрелка ПирсаЭквивалентностьОтрицание Х нонной 1 и дополнительный 2 триггеры соответственно сигналами Ч (вход 41) и Ч 5 (вход 35) устанавливаются в нулевое состояние. Для осуществления операции коньюнкции подается сигнал Ч 7 (вход 37) и содержимое основного триггера 1 с инверсного выхода через элементы И 19 и ИЛИ 22 переписывается в дополнительный триггер 2. В результате в дополнительном триггере 2 (выход 43) устанавливается логическое произведение хйуФункция поразрядной дизъюнкции выполняется следующим образом.Сигналами Ч (вход 41) и Ч 5 (вход 35) основной 1 и дополнительный 2 триггеры устанавливаются в нулевое состояние. Сигналами Ч 0 (вход 40) и Ч (вход 31) аналогично предыдущей операции соответственно х, заносится в дополнительный 2, а у - в основной 1 триггеры, Дизъюнкция осуществляется сигналом Ч (вход 38), Содержимое основного триггера 1 через элементы И 11 и ИЛИ 21 переписывается в дополнительный триггер 2,в котором окажется Логическая сумма операндов х; и у. Функция поразрядной дизъюнкции реализуется также при подаче управляющих сигналов Ч (вход 31) и .Ч(вход 40), Прямые коды у и х подаются на первый 25 и четвертйй 28 информационные входы н через первый 4 и девятый 12 логические элементы И подаются на прямые входы основного 1 и дополнительного 2 триггеров, В результате в основном триггере 1 по 1 лучаем логическую сумму у.ч у, а в дополнительном триггере 2 - х,ч х,где у и х - содержимое основного 1и дополнительного 2 триггеров, т.е.третий и четвертый переменные. Далее можно получить (у Ч у) Ч (х Ч )или (у Ч у 1 ) 3(х ) Ч х,) и т.д,Функция сложения по вой 2 двухдвоичных операндов и у. выполняетсяследующим образом.Сигналами Чд (вход 41) и Ч (вход35) вспомогательный 2 и основйой 1триггеры устанавливаются в нулевоесостояние, Сигналом Ч 4 (вход 34) через десятый элемент И 17 операнд хот первого информационного входа 25через четвертый элемент ИЛИ 21 подается на первые входы второго 5 и 15 седьмого 10 элементов И, в результате чего в основном триггере устанавливается сумма Х И О ( Ю - сложение по той 2), Сигналом Ч (вход 36)содержимое основного триггера 1 пещ реписывается в дополнительный триггер, Повторно подается сигнал Ч 4(вход 34) и второй операнд у , подаваемый с первого информационйого входа 25, пройдя элементы И 8, 17, 5 и10 в основном триггере устанавливаетсумму х.+ у Результат выдается начетвертом выходе 45 модуля.Здесь можно осуществить логические функции (Ху )М (х,Я г ) или(х;Э у)4.(х.; Ч г.) и др. (здесь гтретья переменная) .Для реализации функций Пирса,Шеффера и эквивалентности производитсядизъюнкция, конъюнкция и сложениепо вой 2 соответственно и результатыустанавливаются на инверсном выходе10 832553 продолжение табл, 1 Импликация отиХ Отрицание Импликация от Х и У Х ч 9 Штрих ШеффераКонстанта 1 1. Функция п -разрядного регистра 2. Функция н -разрядного регистра с расширенными функциональными воэможностями 3. Функция 2 п - разрядного регистра 4. Функция регистра сдвига в парафазном коде в сторону младших разрядов Функция сдвига в сторону младших разрядов осуществляется за два 5 полутакта. В первом полутакте сиг-. налом Ч 3 (вход 33) парафазный код содержимого вспомогательного триггера Т. ,:(О. ,О .) через информационные входы 27 и 29 и через чет вертый и пятый элементы И 7 и 8 переписывается в основной триггер Т 1 1-го разряда, Перепись из основного триггера Т 1 в дополнительный триггер осуществляется сигналом Ч 6 д (вход 36).Функция сдвига в сторону старших разрядов осуществляется аналогично предыдущему за два полутакта. Сигналом Ч (вход 32) парафазный код содержимого триггера Т 2 подается на информационные входы 26 и 30 1-го модуля, Открывается третий элемент И 6 или шестой элемент И 9 и возбуждается соответствующий вход триггера Т 1. Перепись в дополнительный триггер осуществляется сигналом Ч (вход 36).Счетчик работает как обычный двухтактный суммирующий двоичный счетчик с последовательным переносом. 40Двоичный счет осуществляется после установки на нуль основного 1 и дополнительного 2 триггеров сигналами Ч (вход 41) и Ч(вход 35) . При этом первый выход 42 1-го модуля соединяется с шестым информационным, входом 30 (1 +. ) -го модуля, а второй выход 43 - со вторым информационным входом 26, Парафазный импульс счета через второй и шестой информа ционные входы 26 и 30 поступает навходы одиннадцатого 18 и тринадцатого элементов И 20 первого младшего разряда. До начала счета на второй информациойный вход 26 первогомладшего разряда подается низкийуровень парафазного импульса счета,а на шестой информационный вход 30высокий уровень импульса. В первомполупериоде импульс счета через одиннадцатый элемент И 18, четвертыйэлемент ИЛИ 21 и второй 5 и седьмой10 элементы И переводит основнойтриггер 1 первого разряда из состояния ф 0 в состояние 1 ф, В этовремя дополнительный триггер 2 неизменит своего состояния, так как нашестой информационный вход 30 первого разряда подается низкий уровеньпарафазного импульса счета. За второй полупериод дополнительный триггер 2 изменит свое состояние, В этовремя основной триггер 1 второго раз"ряда переходит в состояние ф 1,После подачи второго парафазного импульса счета дополнительный триггер2 первого разряда переходит в состояние 0, а дополнительный триггер2 второго разряда и основной триггер1 третьего разряда - в состояние1 и т.д,Благодаря введенному в устройствопервому выходу 42 управляемый арифметический модуль работает в режимедвоичного вычитающего счетчика,В табл,2 представлены 39 функций,реализуемые управляемым арифметическим модулем,Т а б л и ц а 212 832553 Продолжение табл. 2 5,Функция циклического сдвига в парафаэном коде всторону младших разрядов 7,Функция циклического сдвига в парафазном коде всторону старших разрядов Функция регистра сдвига в парафазном коде в сторону младших разрядов на два разряда 9,Функция регистра сдвига в парафаэном коде в сторону старших разрядов на два разряда 10,Функция регистра сдвига в монофазнсм коде в сторону младших разрядов Функция регистра сдвига в монофаэном коде в сторону старших разрядов Функция циклического сдвига в монофаэном коде всторону младших разрядов 12.Функция циклического сдвига в монофазном коде всторону старших разрядов 13. Функция регистра сдвига в монофазном коде в сторону младших разрядов на два разряда 14. Функция регистра сдвига в монофазном коде в сторону старших разрядов на два разряда 15,Функция регистра сдвига 1 в сторону младшихразрядов 16,Функция регистра сдвига 1 в сторону старшихразрядов 17,Функция регистра сдвига 0 в сторону младшихразрядов 18,Функция регистра сдвига фО в сторону старшихразрядовФункция распространения 1 и 0 в сторонумладших разрядов 1920. Функция распространения 1 и О в сторонустарших разрядов 21. 22. Функция поразрядного логического умножения 23Функция поразрядного логического сложения переменная Х 1 функция Переменная Х 2 25. Функция 2 б. Функция Отрицание Х 1 27. Функция Отрицание Х 228, Функция поразрядного суммирования по вод 2 29. Функция Операция Пирса Функция регистра сдвига в парафаэном коде в сторону старших разрядов14 832553 Продолжение табл. 2 30 Функция фОперация Шеффера 3, Функция Константа 1 32. Функция Запрет по Х 1 33. Функция Запрет по Х 2 34, Функция Импликация от Х 1 и Х 2 35, Функция фИМпликация от Х 2 к Х 1 36, Функция двоичного суммирующего счетчика 37. Функция двоичного счетчика Функция преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот 38. 39. Функция счетчика Джонсона Формула изобретения сПрименение управляемого арифметического модуля позволяет получить технический эффект, заключающийся в значительном увеличении функциональных возможностей за счет введения в модуль новых связей и логических элементов, С помощью прототипа можно выполнить 15, а с помощью данного управляемого арифметического модуля 39 различных логических, арифметических и вычислительных функций. Управляемый арифметический модуль, содержащий основной триггер,тринадцать элементов И, четыре. элемента ИЛИ, причем выходы первого, второго, 40 третьего и четвертого элементов И соединены со входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с прямым входом основного триггера, а выходы пятого, шестого и седьмого 45 элементов И соединены со входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к инверсному входу основ" ного триггера, прямой выход которого соединен с первым входом восьмого 5 О элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу девятого элемента И, а первые входы первого, четвертого, третьего и десятого элементов И соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым управдяющими входами управляемого .арифметического модуля, а вторые входы первого, треть" его и четвертого элементов И подклю- Щ чены соответственно к первому , второмур и третьему информационным входам управляемого арифметического мо" дуля, первые входы пятого и шестого элементов И соединены со вторым и 5 третьим управляющими входами управляющего арифметического модуля, второйвход десятого элемента И соединен спервым информационным входом управляемого арифметического модуля, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за счет выполнения двадцати четырех дополнительных арифметических илогических операций, в него введеныдополнительно триггер и три элементаИЛИ, причем первые входы второго иседьМого элементов И подключены квыходу четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подклюлены к выходам соответственно десятого и одиннадцатого элементов И, авторые входы второго и седьмого элементов И подключены соответственнок первому и второму выходу управляемого арифметического модуля, а также к инверсному и прямому выходамдополнительного триггера, прямойвход которого подключен к выходутретьего элемента ИЛИ, а инверсныйвход подключен к выходу пятого элемента ИЛИ, пятый управляющий входуправляемогб арифметического модулясоединен с первым входом пятого эле"мента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом двенадцатого элемента И, первый вход которого соединенс инверсным выходом основного триггера и третьим выходом управляемогоарифметического модуля, а второйвход - соединен с выходом шестогоэлемента ИЛИ, первый вход которогосоединен с шестым управляющим входомуправляемого арифметического модуляи первым входом седьмого элементаИЛИ, а седьмой и восьмой управляю"щие входы управляемого арифметического модуля подключены ко вторымвходам соответственно шестого и седь832553 16 37 И 30 Ж ЯУ 30 31 ЭГ 33 34 ВНИИПИ Заказ 3333 Тир.аж 7 писное илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная 4 мого элементов ИЛИ, третьивходы которых соединены с выходом тринадцатого элемента И, первый вход которого соединен с девятым управляющимвходом управляемого арифметическогомодуля и с первым входом одиннадцатого элемента И, второй вход которого соединен со вторым информационнымвходом управляемого арифметическогомодуля, четвертый информационныйвход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй входкоторого подключен к десятому управляющему входу. управляемого арифметического модуля, пятый и шестой информационные входы которого соединены ср вторыми входами, соответственно, пятого и шестого элементов И,причем второй вход шестого элементаИ соединен со вторым входом тринадцатого элемента И, а одиннадцатыйуправляющий вход управляемого арифметического модуля соединен с однимиз входов второго элемента ИЛИ, ачетвертый выход управляемого арифметического модуля соединен с прямымвыходом основного триггера. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Майоров С.А., Новиков Г.И.Принципы организации цифровых машин.Л., Машиностроение, 1974, с.164.2, Авторское свидетельство СССРР 265565, кл, 0 06 Р 7/50, 1966