Счетно-сдвиговое устройство

 

СЧЕТНО-СДВИГОВОЕ УСТРОЙСТВО , содержащее два элемента НЕ и п/2 счётных блоков (ичисло разрядов устройства), калдр(ый из которых состоит из двухD -триггеров, элемента И-ИЛИ-НЕ и элемента И-ИЛИ, причем в счетном блоке С-входы D -триггеров соединены с выходом элемента И-ИЛИ,D -вход второго D-триггера соединен с прямым выходом первого D-триггера, В-вход которого соединен с выходом элемента И-ШШ-НЕ, инверсный выход второго Ь-триггера соединен с первым входом первой группы входов И элемента И-ШШ-НЕ последующего счетного блока , R-вход каждого D-тригг(ера яв1ляется входом сброса устройства, а первый вход первой группы входов И элемента И-ИПИ - тактовым входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, вторые входы первой группы входов И элементов И-ИЛИ-НЕ и И-ИЛИ каждого счетного блока соединены с выходом первого элемента НЕ, вход которого и вторые входы второй группы входов И элементов И-ИЛИ-НЕ и И-ИЛИ являются управляющим входом устройства, первый вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ соединен с инверсным выходом первого В-триггера предыдущего счетного блока, чыход элемента И-ШШ каждого счетного блока соединен с третьим входом второй группы входов И элемента И-ИЛИ последующего счетU ) ного блока, прямой выход второго Г-триггера каждого счетного блока соединен с первым входом второй группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ данного счетного блока и с четвертым входом второй группы входов И элемента И-ИЛИ последующего счетного блока, первый вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ первого счетного блока соединен с выходом второго элемента НЕ, вход которого и первый вход второй группы входов И элемента И-ИЛИ данного счетчного блока являются информационным входом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) () I ) 208 А

g(g)) С 11 С 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕЮ1ЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbFTHA (21) 3575980/24-24 (22) 08.04.83 (46) 23.04.85. Вюл. ¹ 15 (72) И.п. Брызгалов, А.Ф. Герцовский и В.А. Орехов (53) 681.327.66(088.8) (56) Алексеенко А.Г. Основы микро- схемотехники. И., "Советское радио", 1971, с. 186, Авторское свидеФельство СССР № 767842, кл..6 11 С 19/00, Н ОЗ К 32/02, 1980. (54)(57) СЧЕТНО-СДВИГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два элемента HE u и/2 счетных блоков (n- число разрядов устройства), каждый из которых состоит из двух I) -триггеров, элемента. И-ИЛИ-НЕ и элемента И-ИЛИ, причем в каждом счетном блоке С-входыЗ -триггеров соединены с выходом элемента И-ИЛИ, В -вход второго

В-триггера соединен с прямым выходом первого 9 -триггера, Э -вход которого соединен с выходом элемента .И-ИЛИ-НЕ, инверсный выход второго 1)-триггера .соединен с первым входом первой группы входов И элемента .И-ИЛИ-HE последующего счетного .блока, Р -вход каждого 1) -триггера яв-! ляется входом сброса устройства, а первый вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ вЂ” тактовым входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, вторые входы первой группы входов И элементов

И-ИЛИ-НЕ и И-ИЛИ каждого счетного блока соединены с выходом первого элемента

НЕ, вход которого и вторые входы второй группы входов И элементов

И-ИЛИ-НЕ и И-ИЛИ являются управляющим входом устройства, первый вход первой группы входов И элемента

И-HJIH соединен с инверсным выходом первого 3-триггера предыдущего счетного блока, выход элемента И-ИЛИ каждого счетного блока соединен с третьим входом второй группы входов

И элемента И-ИЛИ последующего счетного блока, прямой выход второго

Р-триггера каждого счетного блока соединен с первым входом второй группы входов И элемента -HIIH-НЕ данного счетного блока и с четвертык входом второй группы входов И элемента И-ИЛИ последующего счетного блока, первый вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ первого счетного блока соединен с выходом второго элемента НЕ, вход которого и первый вход второй группы входов

И элемента И-ИЛИ данного счетчного блока являются информационным входом устройства.

f 1152038

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматике, телемеханике, ядерном. приборостроении.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 представлена схема счетно-сдвигового устройства; на фиг. 2 — схема преобразователя кода.

Счетно-сдвиговое устройство 10 (фиг. 1) содержит первый элемент

НЕ 1,второй элемент НЕ 2 и я /2 счетных блоков 31. Каждый 1 -й счетный блок (j = 1,2,3...ь/2) состоит из первогоЗ -триггера TT 4j, вторбго

Э-триггера TT 5j элемента И-ИЛИ-НЕ

6 и элемента И-ИЛИ 7j.

Схема содержит вход 8 сброса, тактовый вход 9, управляющий вход

10, информационный вход 11, информа- 20 циоиный выход 12.

Преобразователь кода (фиг. 2) содержит счетный триггер Т 13, выходной 2 -триггер ТТ 14, элемент ИИ-НЕ 15, элемент НЕ 16 элемент 25

И-ИЛИ-HF. 17,вход 18 сброса,информационный вход 19,информационный выход 20, тактовый вход 21.

Счетно-сдвиговое устройство работает следующим образом.

Для выполнения операции сдвига на входе 8 сброса, тактовом входе 9, информациояном входе 11 счетно-сдвигового устройства устанавливают сигналы с логическим уровнем "1", а на управляющем входе 10 счетно-сдвигового устройства - сигнал с логическим уровнем "0". После этого на вход

8 сброса подают сигнал "Сброс".

Сигнал "Сброс" устанавливает первый Э-триггер TT 4> и второй

Ъ-триггер TT 5j в каждом счетчном блоке 3j счетно-сдвигового устройствв в исходное состояние "логический О". После поступления сигнала е l.

"Сброс" иа прямых выходах первого

3-триггера ТТ 4 j и второго Э-триггера TT 5j каждого счетного блока 31 будет установлен исходный сигнал с логическим уровнем "0", а на инверсных выходах упомянутых триггеров— исходный сигнал с логическим уровнем "1".

Управляющий сигнал поступает по первой цепи, связывающей счетные блоки 3 счетно-сдвигового устройства, на вход первого элемента НЕ 1 и на вторые управляемые входы вторых групп входов И элементов И-ИЛИ-HE

61 и И-ИЛИ 7 . В процессе работы счетно-сдвигового устройства при выполнении им операции сдвига этот управляющий сигнал запрещает через элементы И-KI1H-НЕ 6 и И-ИЛИ 7) прохождение сигналов, поступающих на первые управляемые входы вторых групп входов И элементов И-ИЛИ-НЕ

6j и на первые, третьи и четвертые входы вторых групп входов И элементов И-ИЛИ 7 . Одновременно инвертированный управляющий сигнал с логическим уровнем "1" с выхода первого элемента НЕ 1 поступает по второй цепи связывающей счетные блоки 31 счетно-сдвигового устройства на вторые управляющие входы первых групп входов И. элементов И-ИЛИ-НЕ 6i и И-ИЛИ 71. Этот управляющий сигнал с выхода первого элемента НЕ 1 в процессе работы счетно-сдвигового устройства при выполнении им операции сдвига разрешает через элементы И-ИЛИ-НЕ 61 и И-ИЛИ 7j прохождение сигналов, поступающих на первые управляемые входы первых групп входов И элементов И-ИЛИ-НЕ 6j и И-ИЛИ

И-ИЛИ 7; .

Информационный сигнал поступает по третьей цепи счетно-сдвигового устройства на вход второго элемента

HF. 2 и на первый вход второй группы входов И элемента И-ИЛИ 7 первого счетного блока 3» Одновременно инвертированный информационный сигнал поступает с выхода второго элемента НЕ 2 на первый управляемый вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ 6 первого счетного блока 31

Так как на первом управляемом входе первой группы входов И на втором управляющем входе второй группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ 6 установлены сигналы с логическими уровнями "0", то на выходе элемента

И-ИЛИ-НЕ 6 формируется сигнал с

l f 11 логическим уровнем 1 . Этот сигнал с выхода элемента И-ИЛИ-НЕ 6г.проходит на 2 -вход первого 3 -триггера

ТТ 4 первого счетного блока 3» подготавливая этот триггер к записи в него единичной информации. Единичная информация в Э -триггер ТТ записывается при изменении на С-входе этого триггера тактового сигнала из состояния "Логическая 1" в состояние Логический О". Тактовый сигнал поступает по четвертой цепи в состояние Логический 0" установить на информаионном входе 11 счетносдвигового устройства вместо информационного сигнала с логическим уроннем "1" информационный сигнал с логическим уровнем "0, то при четвертом изменении тактового сигнала из состояния "Логическая 1" в состояние |Логический 0" в первый и D -триггер ТТ 4 первого счетного блока 3, запишется нулевая информация, во второй 3 -триггер TT 5z второго счетного блока 3> запишется единичная информация, а в первом D-триггере

ТТ 4> второго счетного блока 3 и во втором D-триггере ТТ 5 первого

I счетного блока 3 записанная единич1 ная информация сохранится.

Таким образом, описанный процесс поступления сигналов обеспечивает запись и последовательный сдвиг информации в счетно-сдвиговом устройстве.

Для выполнения операции счета на входе 8 сброса, тактовом входе 9, информационном входе 11 управляющем входе 10 счетно-сдвигового устройства устанавливают сигналы с stoгическим уровнем "1". После этого на вход 8 сброса подают сигнал

"Сброс".

Установка в исходное состояние триггеров счетно-сдвигового устройства происходит так же, как и для выполнения операции сдвига. Цепи

35 поступления информационного и управляющего сигналов на вторые группы входов И элементов И-ИЛИ-НЕ 6

3 и И-ИЛИ 7, на входы инверторов НЕ 1

40 и HE 2 и с выходов инверторов НЕ

I и НЕ на первые группы входон И элементов И-ИЛИ-HE 6 и И-ИЛИ 71 опи) саны в начале изложения работы счетно-сдвигового устройства. Однако

45 в процессе работы счетно-сдвигового устроиства при выполнении им операции счета управляющий сигнал не saпрещает, а разрешает через элементы

И-ИЛИ-HE б- прохождение сигналов

Ф поступакпцих на первые управляемые

50 входы вторых групп входон И элементов И-ИЛИ-НЕ 6 °, разрешает через элементы И-ИЛИ 7 прохождение сово1 купности сигналов, поступающих на первые, третьи и четвертые входы

55 вторых групп входов И элементов

И-ИЛИ 7 . При этом инвертированный

1 управляющий сигнал с выхода первого элемента НЕ 1 не разрешает, а запре3 1152038 4 счетно-сдвигового устройства, связывающей первые управляемые входы первых групп входов И элементов

И-ИЛИ 7 всех счетных блоков 3), Так как на вторых управляющих входах вторых групп входов И элементов

И-ИЛИ 71 установлен сигнал с логическим уровнем "0", а на вторых управляющих входах первых групп входов И элементов И-ИЛИ 7j установлен сигнал с логическим уровнем "1", то изменения тактового сигнала из состояния "Логическая 1" в состояние

"Логический 0", устанавливаемые на первых управляемых входах первых групп входов И элементов И-ИЛИ 71, будут передаваться на выходы элементов И-ИЛИ 71с которых они поступят на С -входы первых и вторых своих

3-триггеров ТТ 4j и ТТ 5j одновременно в каждом счетном блоке 3j. А так как к записи единичной информации подготовлен только первый

D-триггер ТТ 4 первого счетного блока 3, то при первом изменении тактового сигнала из состояния.

"Логическая 1" в состояние 1 Логический 0" ениничная информация запишется только в этот триггер. Связь прямого выхода первого D -триггера

TT 4j с D -входом второго D-триггера

ТТ 5 1 обеспечивает в каждом счетном блоке 3 последовательную перепись информации иэ первого во второй Э-триггер, а связь инверсного выхода второго 3 -триггера ТТ 5 1 счетного блока 3 „ с первым входом первой группы входов И элемента

И-ИЛИ-НЕ 6 и связь выхода элемента

И-ИЛИ-HE 6) с D âõîäîì первого

D-триггера ТТ 4 > счетного блока 3> обеспечивает последовательную перепись информации из второго 3-триггера ТТ 5 „счетного блока 3, в первый Э-триггер ТТ 4 счетного блока

3 . Следовательно при втором изме1

У нении тактового сигнала из состояния "Логическая 1" в состояние "Логический 0" единичная информация запишется но второй D-триггер ТТ 5

1. первого счетного блока 3, а при третьем изменении тактового сигнала из состояния "Логическая 1" в состояние "Логический 0" единичная информация запишется в первый 2 -триггер ТТ 4> второго счетного блока 3 .

Теперь, если в промежутке времени между моментами изменений тактового сигнала из состояния "Логическая 1"

Состояние 3 -триггеров ТТ 4„ ги

ТТ 5„ гсчетного

40 блока З г после

2к+2 сдвигов

ТТ 4„1г TT 5„ г

ТТ 14

О

Э 1!52038 а щает через элементы И-ИЛИ-HF. 6 и

1 чен для всех триггеров счетных блоИ-ИЛИ 7 прохождение сигналов, посту-, ков 3 и между счетными блоками 3„, лающих на первые управляемые входы и 3; . Отличием для первого счетного

1, первых групп входов И элементов блока 3 является то, что изменяюИ-ИЛИ-НЕ 6 и И-ИЛИ 7

3 j щий.сигнал на выходе элемента

После установки в исходное состо- И-ИЛИ 7 этого счетного блока форяние Й-триггеров счетно-сдвигового мируется при сигнале с логическим устройства каждого счетного блока уровнем "О".на втором входе первой

3 на 2-входе второго Р-триггера группы входов И, сигнале с логичес) и

ТТ 5 сформирован сигнал с логичес- 10 ким уровнем 1 на втором входе ким уровнем "0", а на Э -входе пер- второй группы входов И и входном вого Э -триггера ТТ 4 — сигнал с ло- изменяющемся сигнале из состояния н1 гическим уровнем "1". Сформированный, "Логическая 1" в состояние "Логисигнал с логическим уровнем "1" на ческий О™.

9-вход первого В-триггера TT 4 в 15 Поскольку необходим перевод сисJ счетном блоке 3 проходит с выхода темы счисления счетно-сдвнгового элемента И-ИЛИ-НЕ 6. данного счетно- устройства в двоичную систему счис) го блока в результате того, что ления, к информационному выходу 12 на втором управляющем входе первой устройства может быть подключен группы входов И на первом управляе- 20 преобразователь кода своим информамом входе второй группы входов И ционным входом 19 (фиг. 2) . При элемента И-ИЛИ-НЕ 6 установлены сдвиге кода, полученного после счеi

31 11 сигналы с логическими уровнями "О . та в счетно-сдвиговом устроистве, Таким образом счетный блок 3 подго- через преобразователь кода на ин1 1 товлен к записи в него информации. 25 формационном выходе 20 преобразоваКаждый счетный блок 3 счетно-сдви- теля кода получается в код двоичной

rosoro устройства имеет четыре сос- системе счисления. тояния, которые определяются состоя- Работа преобразователя кода поясниями первого и второго 3-триггеров няется таблицей состояний 2 -триггеТТ 4 и ТТ 5 данного счетного

1 ров TT 4„ ги TT 5мгпоследнего n/2 блока, включенных по схеме после- счетного блока 3„ счетно-сдвигового доватального регистра. Изменение устройства и состояния выходного состояний Э-триггеров счетного :В-триггера ТТ 14 преобразователя блока происходит сигналами в виде кода. изменений из состояния "Логическая

1" в состояние "Логический О".

Этот сигнал формируется на выходе Состояние Э-трдгэлемента И-ИЛИ 7 при. сигнале с гера ТТ 14 преоблогическим уровнем О" на втором разователя кода входе .иервой группы входов И,сигнале в виде изменения из состояния

"Логическая 1" в состояние "Логи- после 2к сдвигов после ческий О" на третьем входе второй 2к+1 группы входов И и совокупности сдвигов сигналов с логическим уровнем "1" на первом, втором, четвертом вхо- ТТ 14 дах второй группы входов И элементов И-ИЛИ 7> .

1 О О

Первым изменением сигнала из сос. тояния "Логическая 1" в состояние

О О 1

"Логический О" 2 -триггера ТТ 4 и

J °

ТТ 51 установятся соответственно в состояние "10", вторым изменением— соответственно в состояние "11", 0,1 1 1 третьим изменением — соответствен, но в состояние "01" и четвертым В таблице показаны состояния выенением. — соответственно в сос- ходного В-триггера ТТ 14 преобразотояние "pp". Процесс счета аналоги- вателя кода, полУчаемые в нем после

1152038

После подачи (2к+1) тактового сигнала в выходном 2 -триггере ТТ !4. преобразователя кода установится та информация, которая была записана в выходном D --триггера ТТ 5 „12 счетного блока 3„, после 2 k сдвигов, а счетный триггер Т !3 преобразователя кода установится в состояние "Логическая 1". После подачи (2к+2) тактового сигнала в выходном

Э-триггере ТТ 14 преобразователя кода установится либо не преобразованная, либо преобразованная информация по отношению той, которая

7 (2 wi ) и (2к+2) сдвигов в зависимос-, ти от кода, определяемого состояниями

П-триггеров ТТ 4„ и ТТ 5Nz последнего счетного блока 3„ после 2к сдвигов, где к = 1,2,3... номер сдвига.

Для выполнения операции преобра- . зования кода на входе 18 сброса и тактовом входе 21 преобразователя кода устанавливают сигналы с логическим уровнем "1 - .

После этого на вход 18 сброса преобразователя подают сигнал

".Сброс". Сигнал "Сброс" устанавливает счетный триггер Т 13 и D -триг. гер ТТ 14 преобразователя кода в исходные состояния "Логического 0".

При этом, если второй Р -триггер

ТТ 5« счетного блока 3« находится в состоянии Логического О", то на

2-вход Э -триггера ТТ 14 преобразователя кода поступает сигнал с логическим уровнем "О", а если второй

П-триггер ТТ 5„ счетного блока находится в состоянии "Логическая 1", то на 3 -вход D -триггера ТТ 14 преобразователя кода поступит сигнал с логическим уровнем "1". Процесс подачи сигнала того или иного логического уровня на П -вход П -триггера . ТТ 14 преобразователя кода обеспе- З0 чен работой элементов И-НЕ 15, HE 16, И-ИЛИ-HE 17 преобразователя кода.

Эти элементы анализируют выкодные состояния прямого выхода D -триггера

ТТ 14, прямого выхода счетного триг- 35 гера Т 13 преобразователя кода, прямого и инверсного выходов П -триггера

ТТ 5„ 2счетного блока 3 !»

Изменение состояний триггеров преобразователя кода производится 40 в результате действия на тактовом входе 21 изменения сигнала из состояния "Логическая I в состояние "Логический 0".

8, была записана в выходном П -триггере

ТТ 5„,счетного блока 3„ 2, выходном

Р-триггере ТТ 14 и счетном триггере

Т !3 преобразователя кода после (2к+1) сдвигов.

Информация после (2к+2) сдвигов не будет преобразовываться тогда, когда после (2к+1) сдвигов счетный триггер Т 13 преобразователя кода будет установлен в состояние "Логическая 1", выходной Р -триггер ТТ !4 преобразователя кода установлен в состояние "Логический 0".

Информация после (2к+2) сдвигов будет преобразовываться тогда, когда после (2к+1) сдвигов счетный триггер Т 13 и выходной П -триггер

ТТ 14 преобразователя кода установлены в состояние "Логическая 1".

Если счетно-сдвиговое устройство содержит n/2 счетных блоков то максимальное количество его состоя-. ний определяется соотношением N =

«l2 и

= 4 = 2, а его емкость — соотношением Б = М вЂ” 1, как и двоичного счетчика с и -разрядами.

В режиме счета каждый j-ый счетный блок счетно-сдвигового устройства работает в режиме синхронного сдвига как сдвиговый регистр, а передача информационных сигналов между блоками (перенос между блоками) распространения по принципу

"сквозного переноса".

Анализ показывает, что если быстродействие элемента И-ИЛИ определено временем, а быстродействие двухразрядного регистра сдвига в режиме синхронного счета Т2, то быстродействие предлагаемого устройства составит величину 1Ц„ = «J2 „ + Г2, в то время как в прототипе .быстродействие определено величиной 1(R>--nf2(p t

Таким образом, быстродействие предлагаемого счетно-сдвигоного устройства (при счете) по отношению к быстродействию известного устройства выше в

-21 12 @S .

4 «12 +

Практически быстродействие двухразрядного сдвигового регистра в режиме счета равно быстродействию выходного П-триггера ТТ. Для элементов ТТЛ среднего быстродейст» вия, Г5 - 200 нс, а быстродействие т2 элемента И-ИПИ той же эле10

9 1152038 иентной базы соответственно С,=20 нс, и при л = 1О, получается 1„(Е =3,7.

Предлагаемая оргайиэация структуры устройства благодаря новым связям между элементами, в результате чего обеспечен синхронный процесс обработки информации,поэволилаповысить быстродействие счетно-сдв игового устройства .

1152038

Составитель А. Дерюгин

Редактор Н.Пушненкова Техред Л.Коцюбняк Корректор М.Иаксимишннец

Закаэ 2333/41 Тираж 584 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул. Проектная, 4