логический вычислитель
Классы МПК: | G06F7/57 арифметико-логические устройства (ALU), те оборудование или устройства для выполнения двух или более операций, относящихся к группам 7/483 |
Автор(ы): | Андреев Дмитрий Васильевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-01-24 публикация патента:
20.08.2006 |
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом является упрощение устройства. Устройство содержит n логических модулей, каждый из которых состоит из D-триггера, элемента И, элемента ИЛИ, замыкающего и размыкающего ключей. 2 ил., 1 табл.
Формула изобретения
Логический вычислитель, предназначенный для реализации любой из n простых симметричных булевых функций, зависящих от n аргументов - входных двоичных сигналов, содержащий n логических модулей, каждый из которых содержит элемент ИЛИ, элемент И, подсоединенный первым и вторым входами соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ, и D-триггер, подключенный неинвертирующим выходом и тактовым входом соответственно к первому выходу и второму входу логического модуля, третий вход и первый выход которого объединены, а пятый вход подключен к второму входу элемента И, второй выход каждого предыдущего логического модуля соединен с пятым входом последующего логического модуля, а пятый вход первого и второй выход n-го логических модулей подключены соответственно к шине нулевого потенциала и выходу логического вычислителя, первый и второй управляющие входы которого образованы соответственно объединенными первыми и объединенными вторыми входами всех логических модулей, отличающийся тем, что в каждый логический модуль введены замыкающий и размыкающий ключи, причем выход и вход замыкающего ключа соединены соответственно с входом данных D-триггера, выходом размыкающего ключа, подсоединенного входом к выходу элемента И, и четвертым входом логического модуля, первый, третий входы и второй выход которого образованы соответственно входом управления замыкающего, размыкающего ключей, первым входом элемента И и выходом элемента ИЛИ.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.
Известны логические вычислители (см., например, рис.5.3 на стр.144 в книге Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат, 1988), которые реализуют простую симметричную булеву функцию 2=х1x2 x1x3 x2x3, зависящую от трех аргументов - входных двоичных сигналов х1, х2, x 3 {0,1}.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных логических вычислителей, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не выполняется реализация любой из n простых симметричных булевых функций, зависящих от n аргументов -входных двоичных сигналов x1,..., xn {0,1}.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип логический вычислитель (фиг.1 в описании изобретения к патенту РФ 2227931, кл. G 06 F 7/00, 2004 г.), который содержит n логических модулей и реализует любую из n простых симметричных булевых функций 1,..., n, зависящих от n аргументов - входных двоичных сигналов х1,..., xn {0,1}.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится зависимость времени, в течение которого входные двоичные сигналы не должны изменяться, от индекса реализуемой функции.
Техническим результатом изобретения является упрощение реализации простых симметричных булевых функций 1,..., n за счет исключения зависимости между временем, в течение которого аргументы этих функций (входные двоичные сигналы) не должны изменяться, и индексом реализуемой функции.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в логическом вычислителе, содержащем n логических модулей, каждый из которых содержит элемент ИЛИ, элемент И, подсоединенный первым и вторым входами соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ, и D-триггер, подключенный неинвертирующим выходом и тактовым входом соответственно к первому выходу и второму входу логического модуля, третий вход и первый выход которого объединены, а пятый вход подключен к второму входу элемента И, второй выход каждого предыдущего логического модуля соединен с пятым входом последующего логического модуля, а пятый вход первого и второй выход n-го логических модулей подключены соответственно к шине нулевого потенциала и выходу логического вычислителя, первый и второй управляющие входы которого образованы соответственно объединенными первыми и объединенными вторыми входами всех логических модулей, особенность заключается в том, что в каждый логический модуль введены замыкающий и размыкающий ключи, причем выход и вход замыкающего ключа соединены соответственно с входом данных D-триггера, выходом размыкающего ключа, подсоединенного входом к выходу элемента И, и четвертым входом логического модуля, первый, третий входы и второй выход которого образованы соответственно входом управления замыкающего, размыкающего ключей, первым входом элемента И и выходом элемента ИЛИ.
На фиг.1 и фиг.2 представлены соответственно схема предлагаемого логического вычислителя и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.
Логический вычислитель содержит n логических модулей 11,..., 1n. Каждый логический модуль содержит элемент И 2, элемент ИЛИ 3, замыкающий и размыкающий ключи 4 и 5, D-триггер 6, причем первый, второй входы и выход элемента 2 соединены соответственно с вторым, первым входами элемента 3 и входом ключа 5, подсоединенного выходом к выходу ключа 4 и входу данных D-триггера 6, тактовый вход и неинвертирующий выход которого соединены соответственно с вторым входом и первым выходом логического модуля, подключенного первым, третьим, четвертым, пятым входами и вторым выходом соответственно к входу управления ключей 4, 5, первому входу элемента 2, входу ключа 4, первому входу и выходу элемента 3. Первый выход каждого логического модуля соединен с его третьим входом, второй выход модуля подключен к пятому входу модуля 1k+1, а пятый вход модуля 11 и второй выход модуля 1n соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и выходом логического вычислителя, первый и второй управляющие входы которого образованы соответственно объединенными первыми и объединенными вторыми входами модулей 11,..., 1n.
Работа предлагаемого логического вычислителя осуществляется следующим образом. На четвертые входы логических модулей 1 1,..., 1n подаются соответственно двоичные сигналы x1,..., xn {0,1}; на первый, второй управляющие входы логического вычислителя подаются соответственно импульсные сигналы y 1, y2 {0,1} (фиг.2), причем период Т сигнала y2 должен удовлетворять условию Т> t, где t= tТр+n tИЛИ, а tTp и tИЛИ есть длительности задержек, вносимых D-триггером 6 и элементом 3. Если y1=1 (y1=0), то ключ 4 замкнут (разомкнут), а ключ 5 разомкнут (замкнут). Тогда сигналы на первом и втором выходах логического модуля будут определяться соответственно рекуррентными выражениями
и
Wij=Vij W(i-1)j,
где есть номер момента времени tj (фиг.2); W0j=0. В представленной ниже таблице приведены значения указанных рекуррентных выражений при n=4.
V11=x 1 | V21=x 2 | V31=x 3 | V41=x 4 |
W11 =x1 | W 21=x1 x2 | W 31=x1 x2 x3 | W 41=x1 x2 x3 x4 |
V12=0 | V 22=x1x2 | V32=x1 x3 x2x3 | V42=x1x 4 x2x4 x3x4 |
W12=0 | W22=x1x 2 | W32=x 1x2 x1x3 x2x3 | W42=x1x 2 x1x3 x1x4 x2x3 x2x4 x3x4 |
V13=0 | V23=0 | V 33=x1x2x 3 | V43=x 1x3x4 x2x3x 4 x1x2x 4 |
W13 =0 | W23=0 | W33=x1x 2x3 | W 43=x1x2x 3 x1x2x 4 x1x3x 4 x2x3x 4 |
V14 =0 | V24=0 | V34=0 | V 44=x1x2x 3x4 |
W14=0 | W 24=0 | W34=0 | W44=x1 x2x3x 4 |
Таким образом, на выходе предлагаемого логического вычислителя имеем
где 1,..., n есть простые симметричные булевы функции (см. стр.126 в книге Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. М.: Энергия, 1974). При этом сигналы х1,..., хn не должны изменяться, пока сигнал y1 имеет высокий уровень.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый логический вычислитель выполняет более простую по сравнению с прототипом реализацию функций 1,..., n, поскольку устранена зависимость между временем, в течение которого аргументы этих функций (входные двоичные сигналы х1,..., xn) не должны изменяться, и индексом реализуемой функции. Дополнительным достоинством предлагаемого логического вычислителя является более простая по сравнению с прототипом настройка, так как для реализации функции q(q {1,...,n}) указанному вычислителю потребуется на n-1 импульсов сигнала y2 меньше, чем прототипу.
Класс G06F7/57 арифметико-логические устройства (ALU), те оборудование или устройства для выполнения двух или более операций, относящихся к группам 7/483