Число-импульсное арифметическое устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пп 951303)М Кп 3 6 06 Р 7/60 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(088. 8) Опубликовано 150882. Бюллетень 8930 Дата опубликования описания 150882(7 Э) Авторы изобретения д дА.Б. Олевский, Г.Н. Коголь и Б.Г. Соломон чЧелябинский ордена Октябрьской Революции,и ордена Трудового Красного Знамениметаллургический заводИзобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для выполнения математических операций, и может быть использова- .но в специализированных вычислительных устройствах, в цифровых устройствах автоматики, в цифровых системах с программным управлением.Известно устройство для умножения- деления, содержащее генератор импульсов, два счетчика, два делителя частоты, причем вход первого делителя частоты подсоединен к выходу генератора, управляющие входы - к кодовым шинам делителя, а выход - к входу 15 первого счетчика, вход второго делителя частоты подсоединен к выходу генератора импульсов, управляющие входы подсоединены к кодовым шинам умножителя, а выход подсоединен к 2 О .входу второго счетчика, шина переполнения которого соединена со стоповым ,входом генератора 1,13.Наиболее близким к данному техническому решению является арифмети ческое устройство, производящее операции с последовательными кодами и содержащее два сумматора, .регистр операнда, дешифратор кода операций, узел анализа знаков, два элемента ИЛИ, причем выход первого сумматора соединенс первыми входами регистра операндаи второго сумматора, выход которогосоединен с вторым входом регистраоперанда, выход которого соединен спервым входом первого элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с первыми входами второго элемента ИЛИ,первого сумматора и с выходом дешифратора кодов операций, вход которо- го соединен с первым входом устройства, второй вход устройства соединенс вторым входом второго элемента ИЛИ,второй и третий входы первого сумматора соединены соответственно с выходами первого и второго элементовИЛИ, первый вход узла анализа знаковсоединен с вторым входом устройства,второй вход - с выходом регистра операнда, третий вход - с выходом дешифратора кодов операций, а выход узлаанализа знаков соединен с третьимивходами элементов ИЛИ, с вторым входом второго сумматора и четвертымвходом первого сумматора Г 2)Недостатком этого устройства является невозможность работы с чИслоимпульсным кодом,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей эа счетобработки число-импульсной информации.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй счетчики, первый и второй . триггеры переполнения, регистр и перЪый и второй элементы И, причем первый н второй информационные входы пер. вого счетчика являются соответственно число-импульсным и первым информационным входами устройства, выход первогс 10 счетчика соединен с входом сброса пер вого триггера переполнения, информационный вход второго счетчика является вторым информационным входом устройства, выход второго счетчика 15 соединен с установочным входом второго триггера переполнения, вход регистра операнда является третьим информационным входом устройства, первйй вход первого элемента И явля ется первым управляющим входом устройства, второй и третий входы первого элемента И соединены соответственно с инверсными выходами первогои второго триггеров переполнения, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к первому входу режима устройства, выход второго элемента И соединен с установочным входом первого триггера переполнения, введены гейератор . серий импульсов, разрядные дешифраторы по числу разрядов первого счетчика, причем вход генератора серий импульсов соединен с выходом первого элемента И, группа выходов генератора. серий импульсов соединенас группами входов дешифраторов, первый и второй вход каждогб из которых подключены к первому и второму 40 входам режимов устройства соответственно, к третьему входу каждого дешифратора подключен соответствующий выход регистра, выходы дешифраторовподключены к счетным входам соот ветствующих разрядов первого счетчика, счетный вход второго счетчика подключен к выходу единицы генератора серии импульсов.На фиг. 1 приведена структурная 5 р схема число-импульсного арифметического устройства; на фиг. 2 - один из вариантов структурной схемы генератора серий; на фиг. 3 - структурная схема разрядного дешифратора. 55Схема фиг. 1) включает счетчики 1 и 2, регистр операнда 3, раз рядные дешифраторы 4 и б, генератор серий импульсов 7, триггеры переполнения 8 и 9, первый 10 и второй 11 6 О элементы И. На фиг. 1 обозначено: В-Д шина, на которую дается разрешение при выполнении операций вычитания и деления; С-У - то же, при сложении и умножении. Структурная схема (фиг. 2) 65 содержит генератор импульсов 12, ключ 13,регистр сдвига 14, группу ключей 15, триггер 16.На первую группу входов разрядных дешифраторов подан код операции, вторая группа входов соединена с выходами генератора серий импульсов, третья - с выходами соответствующих разрядов регистра операнда. Выходы разрядных дешифраторов связаны со счетными входами соответствующих разрядов первого счетчика. Выход генератора серий импульсов с кодом "1" подключен к счетному входу второго счетчика. Вход генератора серий импульсов соединен с первым входом второго элемента И и выходом первого элемента И, первый вход которого является первым управляющим входом устройства. Второй и третий входы первого элемента И связаны с выходами триггеров переполнения первого и второго счетчиков. Один установочный вход триггера переполнения первого счетчика соединен с выходом вто рого элемента И, а второй вход этого элемента И соединен с шиной "Вычитание-деление".Число-импульсное арифметическое устройство позволяет выполнитьсле дующие операции: счет числа импульсов, поступающих в число-импульсном коде, сложение число-импульсного или параллельного кода с числом в параллельном коде; вычитание число-импульсного кода из параллельного кода; вычисление разности двух чисел, представленных в параллельном коде, умножение число-импульсного кода иа параллельный, накапливая с каждым импульсом готовый результат; умножение иделение двух чисел, представленных в параллельных кодах. Генератор серий импульсов 7 на каждый импульс с первого элемента И 10 генерирует на каждом выходе соответствующее число импульсов, например, на втором выходе - два импульса, на седьмом - семь. Основание системы счисления, в которой работает. устройство, может быть любым. Однако, поскольку устройство предназначено для работы в составе устройства управления прокатным станом с одновременным выводом результатов на табло оператору, то для ликвидации промежуточных преобразований целесообразно работать в десятичном коде. Поэтому анализ устройства проведен для случая десятичной системы счисления. Таким образом, на вход каждого разрядного дешифратора подается в зависимости от номера входа соответствующее число импульсов. Разрядный дешифратор представляетсобой группу элементов И, черезодин из которых подают определенноечисло импульсов в разряд счетчика 1 в зависимости от кода в соответствующем разряде регистра операнда и кода операции. Разрядный дешифратор состоит иэ двух полукомплектов. Первый полукомплект работает в режиме 5 сложение-умножение параллельных кодов (С-У), при этом на выходе каждого разрядного дешифратора появляется серия импульсов, число импульсов которой равно коду в соответствую щем разряде регистра операнда. Вторая половина дешифратора работает в режиме В-Д ;(вычитание-деление). При этом на выходах дешифратора 5 и 6 появляется серия импульсов, количест- во импульсов в которой равно обратному коду числа в соответствующем разряде операнда (например, если вегистре 3, то появляется на выходе ешифратора 61, а на выходе дешифратор ра 4 появляется число, равное дополнительному коду числа в первом разряде регистра операнда (если в регист- . ре 6, то на выходе дешифратора будет 4 импульса. Количество разрядов в счетчиках и регистре не ограничено.1На фиг. 3 приведена структурная схема разрядного дешифратора 4, выполненная на четырех корпусах микросхемы 564 КП 2, представляющей собой восьмиканальный мультиплексор. Микросхемы ДС 1 и ДС 2 при этом отсутст вии запрета на их входе управления С (режим вычитание-деление) осущесввляют преобразование параллельного кода регистра 3 в дополнительный число-импульсный код путем подачи разрешения на соответствующий элемент И, через который проходит серия 40 импульсов, численно равная обратному коду регистра 3. Наприьк.р, если в регистре 3 записано число четыре, то открыт пятый элемент И, на вход которого подается серия в шесть импульсов от генератора серий 7, шесть импульсов через этот элемент И посту пают в счетчик 1. Если в регистре операнда 3 записано число 8, то на Вход С мультиплексора ДС 1 подается запрет через первый элемент .ИЛИ-ИЕ от старшего разряда регистра операнда 3, а также открыт девятый элемент И, через который проходит серия в два импульса. Нулевой выход старшего триггера регистра переполнения 355 подается также на вход 4 мультиплек- . сора ДС 2. При этом при любом коде в пределах 0-7 регистра операнда 3 в мультиплексоре ДС 2 также открыт один из элементов И (тринадцатый либо че тырнадцатый), который в работе устройства не участвует и помех не создает, При кодах в регистре операнда 3 "8 ф или "9 ф на мультиплексоре ДС 1 на вход С подается запрет через второй 65 элемент ИЛИ-НЕ от старшего триггера регистра операнда 3, на входе 4 мультиплексора ДС 2 "0", т.е. теперь в зависимости от кода мяадшего триггера регистра операнда 3 открыт либо девятый, либо десятый элемент И.Аналогично работают в режиме сложение-умножение (С-У) мультиплексоры ДС 3 и ДС 4 с той лишь разницей, что число импульсов на выходе мультиплексоров равно коду регистра операнда Э. НапРимеР, пРи коде "9" в Регистре операнда 3 открыт двадцать шестой элемент И и в счетчик 1 попадает девять импульсов. Строятся аналогично дешифраторы 5 и 6, в режиме С-у полностью совпадающие с дешифратором 4, а в режиме В-Д выдающие число-импульсный код, численно равный не дополнительному, а обратному коду регистра 3. Количество раэрядоэ в счетчиках 1 и 2 и в регистре операнда 3 не ограничено.Операция вычитания .в устройстве выполняется путем сложения уменьшаемого с дополнительи".ал кодом вычитаемого. Причем, если количество раэря; дов регистра вычитаеиого больше самого вычитаемого, то к уменьшаемому в эти разряды прибавляется число на единицу меньше системы счисления устройства (в десятичной системе 9). Если иэ уменьшаемого вычитается поступающий число-импульсный код, то во все разряды добавляется цо девять импульсов на каждый поступающий импульс.Умножение имеющегося числа на число-импульсний код ос,.шествляется многократным на каждый поступающий импульс сложением ьложимого с числом, имеющимся в счетчике. Если, например, имеется число 123 и оно умно жается на 45, то 123 складывается 45 раэ и получается 5535.Умножение двух параллельных чисел осуществляется аналогично, только количество импульсов определяется разницей между емкостью счетчика 2 и множителем, занесенным в счетчик 2 в дополнительном коле.Деление в устройстве осуществляет. ся путем последовательного вычитания (точнее. сложения делимого с дополнительным кодом делителя) до момента, пока остаток будет меньше делителя. Процесс деления приближенный, только до целой части, однако в ряде расчетов, и в частности для грубой оценки регулируемой величины, этого достаточно. Если, например, требуется . разделить, 1987 на 15, то, прибавляя к делимому делитель 9985, представленный в дополнительном коде до тех пор, пока счетчик не перестанет переполняться (в нем ока 951303жется число 7),мы получаем частное 132.1987 + 9985132 = 1320007Устройство работает следующимобразом.В режиме счета импульсов импульсы 5в число-импульсном коде поступаютна вход К счетчика 1 и накапливаются в нем,В режиме сложения двух чисел, еслиодно число представлено в параллельном коде, а другое в число-импульсном, то занося первое число в счетчик 1(Е) и давая на вход К счетчика1 второе число, мы получаем.в счетчике 1 сумму этих чисел. Если оба 15числа представлены в параллельномкоде и расположены - одно в счетчике 1(Е), а второе в регистре операнда (А), то для получения суммы необходимо на шину С - У подать разрешение, на шину В - Д - запрет, ана вход П ключа 13 подать импульс.При этом генератор серий импульсовзапускается, выдает на выходах серииимпульсов, в зависимости от кода врегистре операнда открывается соответствующий элемент И в разрядномдешифраторе, и в разряды счетчика 1попадает число импульсов, равное коцу в соответствующих разрядах регист,ра операнда, В счетчике 1 оказывается сумма А + Е,При вычитании число-импульсногокода из числа, представленного в параллельном коде, в счетчик 1 заносится уменьшаемое Е. На шине В - Д -разрешение, на С в .У - запрет. В регистр операнда заносится А = 1. Импульсы вычитаемого поступают на входП ключа. Первым импульсом через первый элемент И 10 запускается генератор серий импульсов, а также черезвторой элемент И 11, на втором.входе которого присутствует разрешениес шины В - Д, устанавливается в единичное состояние триггер переполнения 8 (он используется при делении).Разрядные дешифраторы 4 - 6 пропускаютчерез себя пО девять импульсов, которые, попадая в счетчик 1, устанавливают в нем код на единицу меньшепрежнего (например 028+999=1027),а счетчик 1 при переполнении возвращает триггер переполнения 8 в нулевое состояние. По приходе следующего импульса процесс повторяется.В результате в счетчике 1 накапливается число, равное разности уменьшаемого и число-импульсного вычитаемого.При вычислении разности двух 60 чисел, представленных в параллельном коде, уменьшаемое находится в счетчике 1, вычитаемое - в регистре операнда. Йа шине В - Д - разрешение, на С - У - запрет. При подаче на вход 65 первого элемента И 10 импульса вычитаемое в дополнительном коде прибавляется к уменьшаемому. Полученное в счетчике число является искомой разностью.При умноженйи число-импульсногокода на параллельный, множимое записывается в регистр операнда. На шине С - У - разрешение, на В - Д - запрет. С каждым импульсом на входепервого элемента И 10 происходит сложение кода регистра операнда (множимого) с кодом счетчика 1. По приходе последнего импульса множителя всчетчике 1 накапливается искомое произведение чисел .При умножении двух чисел, представленных в параллельных кодахмножимое (А) заносится в регистр операнда. Множитель (Б) в дополнительном коде заносится в счетчик 2. Навход первого элемента И 10 подается разрешающий сигнал в виде перепада напряжения. Этим перепадом запускается генератор серий импульсов,который начинает суммировать в счетчике 1 содержимое регистра операнда(А) до тех пор, пока не переполнится счетчик 2, и триггер 9 не даст запрет на первый элемент И 10. В результате в счетчике 1 накапливается произведение АиБ. Отличие суммирования от умножения заключается в том, что при суммировании даютимпульс, а не просто перепад напряжения сигнала.1При,делении двух чисел, предоставленных в параллельных кодах, делимое (Е) записывается в счетчик 1,делитель (А) - в регистр операнда, На шиве. В - Д - разрешение, на С-У- ,запрет. На вход первого элемента И 10 подается разрешающий сигнал в виде перепада напряжения. Это разрешение запускает генератор серий импульсов 7 и через второй элемент И 11 устанавливает триггер переполнения 8 в единичное состояние; С его выхода сигнал закрывает первый 10 и второй 11 элементы И, снимая установочный уровень со входа триггера переполнения 8. Делитель А в обратном коде прибавляется к содержимому счетчика 1, переполняя его и возвращая в нулевое состояние, С выхода триггера переполнения 8 сигнал через первый 10 и второй 11 элементы И снова устанавливает триггер переполнения 8 в единичное состояние, За один цикл рабаты генератора серий импульсов в счетчик 2 поступает один импульс. По окончании цикла генератор серий импульсов запускается вновь, и процесс повторяется до тех пор, пока после очередного цикла сложения обратного, кода делителя с содержиьим счетчи951303 10 50 Формула изобретения ка 1 число в счетчике 1 не окажется меньше емкости счетчика и триггер переполнения 8 останется в единичном состоянии, закрывая первый 10 и второй 11 элементы И,а значит,прекращая дальнейшие расчеты. В счетчи ке 2 накапливается искомый результат деления.Генератор серий импульсов схема варианта по фиг. 2) работает. следующим образом. Сигналом,с первого зле мента И 10 триггер 16 устанавливается в состояние ф 1", открывая ключ 13, импульсы через который начинают поступать в регистр сдвига 14, построенный на П-триггерах. На входе Д ре 5 гистра имеется постоянная "1". Первым импульсом первый триггер регистра сдвига устанавливается в ф 1", закрывая первый ключ группы ключей 15, на второй вход которых поступают импульсы от генератора импульсов, пропуская на его выход один импульс. Вторым импульсом от генератора устанавливается в "1" второй триггер регистра сдвига, который закрывает второй ключ, пропуская на выход ключа только два импульса. Десятый .импульс устанавливает десятый триггер регистра сдвига в единичное состояние. Этот триггер гасит регистр и триггер 16. Следующим импульсом с первого элемента И 10 триггер 16 снова устанавливается в единичное состояние, и цикл повторяется. Если на входе триггера 16 присутствует постоянный уровень, то цикл генерации серий импульсов идет безостановочно.Использование предлагаемого арифметического устройства по сравнению с прототипом позволяет расширить его 40 функциональные возможностиУниверсальность устройства при сравнительно небольших затрат предполагает его использование в цифровых устройствах автоматики для создания микропрограм мных автоматов управления прокатными станами как первого уровня многоуровневого АСУ. Число-импульсное арифметическое устройство, содержащее первый и второй счетчики, первый и второй триггеры переполнения, регистр и первый и второй элементы И, причем первыйи второй информационные входы первого счетчика являются соответственночисло-импульсным и первым информацион.ным входами устройства, выход первого счетчика соединен с входом сбросапервого триггера переполнения, информационный вход второго счетчикаявляется вторым информационным входом устройства, выход второго счетчика соединен с установочным входом второго триггера переполнения,вход регистра операнда является третьим информационным входом устройства, первый вход первого элемента Иявляется первым управляющим входомустройства, второй и третий входы первого элемента И соединены соответственно с инверсными выходамипервого и второго триггеров переполнения, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к первому входу режима устройства, выход второго элемента Исоединен с установсчным входом первого триггера переполнения, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения функциональныхвозможностей за счет обработки число-импульсной информации, в него .введены генератор серий импульсов иразрядные дешифраторы по числу разрядов первого счетчика, причем входгенератора серий импульсов соединенс выходом первого элемента И, группавыходов генератора серий импульсов,соединена с группами входов дешифраторов, первый и второй вход каждогоиз которых подключены к первому ивторому входам режимов устройствасоответственно, к третьему входукаждого дешифратора подключен соответствующий выход регистра, выходыдешифраторов подключены к счетнымвходам соответствующих разрядов первого счетчика, счеТный вход второгосчетчика подключен к выходу единицыгенератора серии импульсов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 392495, кл. С 06 Г 7/39, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 571808, кл. С 06 Р 7/38, 1974