Многофункциональное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) 01 06 Г 7 3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВУ ЕТЕЛ Н АВТОРСКОМУ и ство СССР1978.во СССР1979 д ый тогооммуо од входуходам леретийподго,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(прототип),(54)(57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее элементы И, НЕ идва коммутатора, каждый из которыхсодержит четыре элемента И и одинэлемент ИЛИ, первый и второй информационные входы устройства подключены к входам первого и второго элементов НЕ устройства соответственно,при этом входы элемента ИЛИ первогокоммутатора подключены к входам элементов И данного коммутатора, первый и второй входы первого элемента И которого подключены к первомуи второму информационным входам уст-,ройства соответственно, выходы первого и второго элементов НЕ устройства подключены к первому и второмувходам второго .элемента И первого коммутатора соответственно, выходэлемента ИЛИ которого является выходом первого коммутатора, при этом входы элемента ИЛИ второго коммута. тора подключены к выходам элементов И данного коммутатора соответственно, выход элемента ИЛИ которого является выходом второго коммутатора, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет воэможности реализации дополнительных логических функций от четырех входных переменных и операции сравнения, устройство дополнительно содержит элементы И, НЕ, ИЛИ-НЕ и третий коммутатор, причем первый коммутатор содержит дополнительно шесть элементов И, второй коммутатор содержит дополнительно шесть элементов И, третий коммутатор содержит семнадцать элементов И и один элемент ИЛИ, третий и четвертый инфор мационные входы устройства подключены к входам третьего и четвертого эле ментов НЕ устройства соответственно, первый настроечный вход устройства подключен .к первым входам элемента ИЛИ-НЕ, первого и второго элементов И и к входу пятого элемента НЕ, второй настроечный вход устройства подключен к вторым входам элемен,та ИЛИ-НЕ и первого элемента И, к первому входу третьего элемента И и к входу шестого элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второг элемента И, выход пятого эле мента НЕ подключен к второму входу третьего элемента И, выходы первого,второго и третьего коммутаторов ключены соответственно к выход устройства, первый информацион вход устройства подключен к пе входам третьего, четвертого, пя и шестого элементов И первого татора, второй информационный устройства подключен к второму третьего элемента И, к первому седьмого элемента И, к первым восьмого, девятого и десятого ментов И первого коммутатора, информационный вход устройства ключен к вторым входам четвертпятого, шестого, седьмого и десятого элементов И и к третьму входупервого элемента И первого коммутатора, четвертый информационный входустройства подключен к третьим входам третьего, пятого, седьмого идесятого элементов И, к вторым вхо"дам восьмого и девятого элементов ;1и к четвертому входу первого элемента И первого коммутатора, выходтретьего элемента НЕ устройства подключен к четвертому входу третьегоэлемента И и к третьим входам второго и девятого элементов И первогокоммутатора, выходчетвертого элемента НЕ подключен к четвертому входувторого элемента И и к третьему входушестого элемента И первого коммутатора, выход элемента ИЛИ-НЕ устройст.ва подключен кчетвертым входам шестого, девятого и десятого элементов И первого коммутатора, выходтретьего элемента И устройства подключен к пятым входам первого и второго элементов И первого коммутатора,выход второго элемента И устройстваподключен к четвертым входам четвертого, пятого и седьмого элементов Ии к третьему входу восьмого элемента И первого коммутатора, выход первого элемента И устройства подключенк пятому входу третьего элемента Ипервого коммутатора, пятый, шестой,седьмой, восьмой, девятый и десятыйвходы элемента ИЛИ первого коммутатора подключены к выходам пятого,шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И данногокоммутатора соответственно, первыйинформационный вход устройства подключен к первым. входам первого, второго, третьего, четвертого и пятогоэлементов И второго коммутатора, второй информационный вход устройства подключен к второму входу четвертого и к первому входу шестого элементов И второго коммутатора, выход1первого элемента НЕ устройства подключен к второму входу шестого и кпервому входу седьмого элементов Ивторого коммутатора, выход второгоУэлемента НЕ устройства пбдключен кпервым входам восьмого и девятогои к вторым входам первого и третьегоэлементов И второго коммутатора, тре-тий информационный вход устройстваподключен к первому входу десятогоэлемента И, к вторым входам второго . 00618и восьмого элементов И и к третьему входу четвертого элемента И второго коммутатора, четвертый информационный вход устройства подключен к третьему входу шестого и к четвертому входу четвертого элемента И второгокоммутатора, выход третьего элемента НЕ устройства подключен к второму входу седьмого элемента И второго коммутатора, выход четвертого элемен.та НЕ устройства подключен к вторым входам пятого, девятого и десятого элементов И и к третьему входу третьего элемента И второго кбммутатора, выход элемента ИЛИ-НЕ устройства подключен к третьим входам пятого и седьмого элементов И второго коммутатора, выход третьего элемента И устройства подключен к пятому входу четвертого элемента И второго коммутатора, выход второго элемента И устройства подключен к четвертым входам третьего и шестого элементов И второго коммутатора, выход первого элемента И устройства подключен к третьим входам первого, второго, восьмого, девятого и десятого элементов И второго коммутатора, выходы пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И которого подключены к пятому, шестому,.седьмому, восьмому, девятому и десятому входам элемента ИЛИ второго коммутатора соответственно, первый информационный вход устройства подключен к первым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестбго и седьмого элементов И третьего коммутатора, второй информационный вход устройства подключен к вторым входам третьего и шестого элементов И и к первым входам восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого элементов И третьего коммутатора, выход первого элемента НЕ устройства" подключен к второму входу восьмо.аго элемента.И и к первым входам тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов И третьего коммутатора, выход второго элемента НЕ устройства подключен к второму входу седьмого элемента И третьего коммутатора, третий информационный вход устройства подключен к третьему входу шестого элемента И, к вторым входам пятого, четырнадцато го н шестнадцатого элементов И третьего коммутатора, четвертый инфор11 мационный вход устройства подключен к вторым входам первого, второго, четвертого и двенадцатого элементов И, к третьим входам седьмого, четырнадцатого и шестнадцатого элементов И, к:четвертому входу шестого элемента И и к первому входу семнадцатого элемента И третьего коммутатора, выход третьего элемента ЙЕ устройства подключен к вторым входам второго, девятого, тринадцатого, шестнадцатого и семнадцатого элементов И, к третьемуъходу первого элемента И и к четвертому входу седьмого элемента И третьего коммутатора, выход четвертого элемента НЕ подключен к вторым входам десятого и одиннадцатого элементов И и к третьему входу пятнадцатого элемента И третьего коммутатора, выход элемента ИЛИ-НЕ устройства подключен к пятым входам шестого и седьмого элеООЬ 18ментов И третьего коммутатора, выходтретьего элемента И устройства подключен к третьим входам третьего,четвертого, пятого и двенадцатогоэлементов И и к четвертому входушестнадцатого элемента И третьегокоммутатора, выход второго элемента И устройства подключен к третьимвходам одиннадцатого н семнадцатогоэлементов И и к четвертым входамвторого, четырнадцатого и пятнадцатого элементов И третьего коммутатора, выход первого. элемента И устройства подключен к третьим входам восьмого, девятого, десятого и тринадцатого элементов И и к четвертомувходу первого элемента И третьегокоммутатора, выходы элемента И которого подключены к входам элементов ИЛИ данного коммутатора соответст.венно, выход которого является выходом третьего коммутатора.Изобретение относится к областивычислительной техники и микроэлектроники.Известен управляемый арифметический модуль, который реализует широкийкруг арифметических операций, сдвиги,функции записи "О" и "1" 1),Недостатком известного модуляявляются сложность и неоднородностькрнструкции, низкое быстродействие 1 Ои ограниченные функциональные возможности, так как модуль не позволяет реализовать операции .равнениявходных и универсальных функции.15Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство для логической обработки ивычитания чисел, содержащее в каждомразряде коммутаторы, элементы И, ИЛИ,НЕ, и НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, причем информационные входы устройства подключены к управляющим входам коммутаторов,.информационные входы которых подключены к управляющим входам устройствасоответственно, выход первого ком 25мутатора подключен к входу элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и через элемент НЕ к входу элемента И, выход ко торого и выход второго коммутатораподключен к входам элемента ИЛИ,.вход переноса из предыдущего устройства подключен к входам разряда элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и И, выходыэлементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и ИЛИявляются выходами переноса и суммыданного разряда соответственноГ 21.Однако такое устройство не позволяет одновременно с арифметико-логической обработкой чисел выполнятьоперации сравнения, не реализуетуниверсальную логическую функциюот четырех входных переменных, имеет большое число внешних выводов,что в целом ограничивает областьего применения.Целью изобретения является расширение области применения устройстваза счет возможности реализации дополнительных логических функций от четырех входных переменных и операциисравнения,Поставленная цель достигается тем, что многофункциональное устройство, содержащее элементы И, НЕ, и два коммутатора, каждый из которых содержит четыре элемента И и одинб 18 З 11 ООэлемент ИЛИ, первый и второй информационные входы устройства подключенык входам первого и второго элементов НЕ устройства соответственно,при этом вхрды элемента ИЛИ первого 5коммутатора подключены к входамэлементов И данного коммутатора, пер.вый и второй входы первого элемента И которого подключены к первомуи второму информационным входам устройства соответственно, выходы первого и второго элементов НЕ устройст.ва подключены к первому и второмувХодам второго элемента И первогокоммутатора соответственно, выход 15элемента ИЛИ которого является выходом первого коммутатора, при этомвходы элемента ИЛИ второго коммутато. ра подключены к выходам элементов И данного коммутатора соответственно, 20 выход элемента ИЛИ которого является выходом второго коммутатора, дополни тельно содержит элементы И, НЕ, ИЛИНЕ и третий коммутатор, причем первый коммутатор содержит дополнитель но шесть элементов И, второй коммутатор содержит дополнительно шесть элементов И, третий коммутатор содержит семнадцать элементов И и один элемент ИЛИ, третийи четвертый ин- З 0 формационные входы устройства подключены к входам третьего и четвертого элементов НЕ устройства соответственно, первый настроечный вход уст. ройства подключен к первым входам элемента ИЛИ-НЕ, первого и второго элементов И и к входу пятого элемен та НЕ, второй настроечный вход устройства подключен к вторым входам элемента ИЛИ-НЕ и первого элемен та И, к первому входу третьего элемента И и к входу шестого элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, выход пятого элемента НЕ подключен 45 к второму входу третьего элемента И, выходы первого, второго и третьего коммутаторов подключены соответственно к выходам устройства, первый информационный вход устройства под ключен к первым входам третьего, четвертого, пятого и шестого элементов И первого коммутатора, второй информационный вход устройства подключен к второму входу третьего эле мента И, к первому входу седьмогр элемента И, к первым входам восьмого,девятого и десятого элементов И пер,вого коммутатор, третий информационный вход устройства подключен к вто 1 рым входам четвертого, пятого, шестого, седьмого и десятого элементов И и к третьему входу первого элемента И первого коммутатора, четвертый информационный вход устройства подключен к третьим входам третьего, пятого, седьмого и десятого элементов И, к вторым входам восьмого и девятого элементов И и к четвертому входу первого элемента И первого коммутатора, выход третьего элемента НЕ устройства подключен к четвертому входу третьего элемента И и к третьим входам второго и девятого элементов И первого коммутатора, выход четвертого элемента НЕ подключен к четвертому входу второго элемента И и к третьему входу шестого элемента И первого коммутатора, вы-, ход элемента ИЛИ-НЕ устройства подключен к четвертым входам шестого, девятого и десятого элементов И первого коммутатора, выход третьего элемента И устройства подключен к пятым входам первого и второго элементов И первого коммутатора, выход второго элемента И устройства подключен к четвертым входам четвертого, пятого и седьмого элементов И и к третьему входу восьмого элемента И первого коммутатора, выход первого элемента И устройства подключен к пятому входу третьего элемента И первого коммутатора, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый входы элемента ИЛИ первого коммутатора подключены к выходам пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятогои десятого элементов И данного коммутатора соответственно, первый информационный вход устройства подключен к первым входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И второго коммутатора, второй информационный вход устройства подключен к второму входу четвертогои к первому входу шестого элементов И второго коммутатора, выход пер.ваго э.пемента НЕ устройства подключен к второму входу шестого и к первому входу седьмого элементов И второго коммутатора, выход второго элемента НЕ устройства подключен к первым входам восьмого и девятого и к вторым вхОдам первого и третьего эле.- ментов И второго коммутатора, третийинформационный вход устройства подключен к первому входу десятого элемента И, к вторым входам второго и восьмого элементов И и к третьему входу четвертого элемента И второго 5 коммутатора, четвертый информационный вход устройства подключен к третьему входу шестого и к четвертому входу четвертого элемента И второго коммутатора, выход третьего элемента НЕ устройства подключен к второму входу седьмого элемента И второго коммутатора, выходчетвертого элемента НЕ устройства подключен к вторым входам пятого, девятого и десятого элементов И и к третьему входу третьего элемента И второго коммутатора, выход элемента ИЛИ-НЕ устройства подключен к третьим входам пятого и седьмого элементов И второго ком мутатора, выход третьего элемента И устройства подключен к пятому входу четвертого элемента И второго коммутатора, выход второго элемента И устройства подключен к четвертым входам третьего и шестого элементов И второго коммутатора, выход первого элемента И устройства подключен к третьим входам первого, второго, восьмого, девятого и десятого эле ментов И второго коммутатора, выходы пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого и десятого элементов И которого подключены к пятому, шестому, седьмому, восьмому, девятому и десятому входам элемента ИЛИ второго коммутатора соответственно, первый информационный вход устройства подключен к первым входам первого, второго, третьего,.четвертого, пятого, шесто го и седьмого элементов И третьего коммутатора, второй информационный вход устройства подключ : к вторым входам третьего и шестого элементов И и к первым входам восьмого, 45 девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого элементов И третьего коммутатора, выход первого элемента НЕ устройства подключен к второму входу восьмого элемента И и к первым 50 входам тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого и шестнадцатого элементов И третьего коммутатора, выход второго элемента НЕ устройства подключедн к второму входу седьмого эле мента И третьего коммутатора, третий информационный вход устройства подключен к третьему входу шестого элемента И, к вторым входам пятого,четырнадцатого и шестнадцатого элементов И третьего коммутатора, четвертый информационный вход устройства подключен к вторым входам первого,второго, четвертого и двенадцатогоэлементов И, к третьим входам седьмого, четырнадцатого и шестнадцатого элементов И, к четвертому входушестого элемента И и к первому входусемнадцатого элемента И третьегокоммутатора, выход третьего элемента НЕ устройства подключен к вторымвходам второго, девятого, тринадцатого, шестнадцатого и семнадцатогоэлементов И, к третьему входу первогоэлемента И и к четвертому входуседьмого элемента Итретьего коммутатора, выход четвертого эледмента НЕподключен к вторым входам десятогои одиннадцатого элементов И и ктретьему входу пятнадцатого элемента И третьего коммутатора, выход элемента ИЛИ-НЕ устройства подключен кпятым входам шестого и седьмого элементов И третьего коммутатора, выходтретьего элемента И устройства подключен к третьим входам третьего,четвертого, пятого и двенадцатогоэлементов И и к четвертому входушестнадцатого элемента И третьегокоммутатора, выход второго элемента И устройства подключен к третьимвходам одиннадцатого и семнадцатогоэлементов И и к четвертым входамвторого, четырнадцатого и пятнадцатого элементов И третьего коммутатора, выход первого элемента И устройства подключен к третьим входамвосьмого, девятого, десятого и тринадцатого элементов И и к четвертомувходу первого элемента И третьегокоммутатора, выходы элементов И которого подключены к входам элементов ИЛИ данного коммутатора соответственно, выход которого является выходом третьего коммутатора,На фиг, 1 представлена структурнофункциональная схема многофункциональныного устройства, на фиг. 2- функциональная схема многофункционального устрой.ства,Многофункциональное устройство(фиг. 1) содержит информационные входы 1-4, элементы НЕ 5-8, входы 9-10,элемент ИЛИ-НЕ 11, элемент НЕ 12,элемент И 13, элемент НЕ 14, элементы И 15 и 16, коммутаторы 17-19, выходы устройства 20-22.Функциональьая схема многофункционального устройства (фиг. 2) содержит также элементы И 23-32, элемент или 33, элементыИ 34-43, элемент ИЛИ 44, элементы И 45-61, элемент ИЛИ 62.Входы 1-4 непосредственно.и через элементы НЕ 8, 5,6, 7 подключены к коммутаторам 17,18 и 19. Настроечный вход 9 подключен к элементам НЕ 12, И 15, И 16 и ИЛИ-НЕ 11. Настроечный 1 О вход 10 подключен к элементам.ИЛИНЕ 11, И 13, И 15, НЕ 14. Выходы элементов НЕ 12 и 14 подключены соответственно к входам элементов И 13 и 16, выходы которых совместно с выходами элементов ИЛИ-НЕ 11 и И 15 подключены к каждому из коммутаторов 17, 18 и 19. Выходы коммутаторов подключены к выходам устройства.Функциональные связи схем комму- щ таторов с входами устройства и с другими элементами представлены на фиг.2,Устройство выполняет функции, определенные Р табл. 1.Все функции, указанные в табл, 1, реализуются для четырех переменных,подаваемых на информационные входы 1-4.Логически функционирование устройства определяется табл. 2.30При реализации универсальной функции устройство работает следующим образом. Как следует из табл, 1, для настройки устройства на эту функцию на настроечные входы 9, 10 необходимо1 1 подать соответственно сигналы 1 и "0 " . В этом случае при подаче на входы 1 -4 информацио н ных переменных 40 А 1, А 2, В 1, В 2 с выхода 20 снимается функция МЭ, с выхода 2 1 - универсальная функция, а с выхода 22 - ее инверсная. Рассмотрим выход 21 для данного набора настроечных сигналов.Р(А 1,А 2,В 1,В 2)=А 1 А 2 В 1 В 2 У А 1 А 2 В 1 В 2У А 1 А 2 В 1 В 2 УУ. А 1 А 2 В 1 В 2 1100618 8=А 2 В 1 В 2 У А 1 В 1 В 2=К(А 2, В 1,В 2),где К - функциВ равнозначности.В этом случае устройство на выходах 2 1 и 22 реализует набор логических функций, заданный табл. 3.Аналогично устройство реализуетфункцию срвнения пар чисел аа ив в и определяет факт равенства инеравенства. В случае аа = вв(управляющие сигналы на входах 9 и10 равны "1") с выходов 2 1 и 22 снимаются константы 1,Если аавв,то с выхода 21 снимается константа "1", а с выхода 22 константа "0". В противном случае с выхода 2 1 снимается константа "О", а свыхода 22 константа "1".Аналогичным образом можно пояснитьфункционирование устройства при реали.зации остальных функций определенныхтабл. 1 и 2.Таким образом, данное многофункциональное устройство обладает дополнительными функциональными возможностями по сравнению с устройством-прототипом (реализует такие функции,как суммы, равнозначности, модулейдва и три, И, ИЛИ, сравнения и универсальные функции. Несмотря на широкий класс реализуемых функций устройства обладает достаточной простотой и может быть реализовано на базеодного кристалла в диде одной интегральной микросхемы, Устройство обладает высоким быстродействием, таккак имеет всего четыре уровня.Данное устройство целесообразнореализовать на основе интегральнойтехнологии и использовать й качестведополнительного в сушествующих сериях интегральных микросхем, что позволит расширить область применениясуществующихмикросхем, а в рядеслучаев сократить сложность устройств, реализуемых на микросхемах,а также повысить быстродействие устройств и снизить их стоимость.оТаблица 1 10068 Значение на входах 1 21 22 9:( 10 20 0Перенос 0 Знак Равнозначность И М 2 0 Уф МЗ Уф Меньше Больше Т а б л и ц а 2 Настроечные входыИ 1 И 2 И 1 И 2 И 1 И 2 И 1 И 2 А 1 А 2 В 1 В 2 0 10 0 0 0 1 10 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 00. 1 0 1,0 О 1 0 0 1 0 0 0 000 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 001 0 01 0 01 О 01 0 11 0 О 1 10, 0 01 0 01 О 10 0 10 0 01 1 01 0 10 0 01 1 01 0 1 О 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 . 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 10 0 0 0 1 10. ,1 01 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Информационные входы 1 2 3 4 0 0 0 0 00 01 0 0 1 0 0 0 1 1 0 .1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 О.0 1 1 1 1 0 0 0 Реализуемый функции на выходах Функции, реализуемые на выходах 202122 202122 202122 0 00 1 00 0 01 0 00 О 01 0 00 0 01 0 0 1 00 0 00 0 10 0 01 0 01 0 01 0 01 202122 0 1 1 0 0 1 0 0 1 .0 01 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 01100 б 18 функция, реализуемая на входах 21 220 Х 20 Х 1 О Х 1 Х 2 Х 1 О Х 1 Х 1 Х 2 Х 1 Х 2 Х 2 0 Х 2 Х 2 Х 2 Х 2 Х 2 Х 1 Х 2 Х 1 Значения сигналов на входах Х 1 Х 2 Х 1 Х 2 Х 1 Х 2 Х 1 Х 2Х 1 Х 2 Таблица 3 Х 1 Х 2 Х 1 Х 2 Х 1 Х 2 Х 1 Х 2Х 1 Х 2