Сдвигающий регистр

Изобретение относится к области вычислительной техники и устройствам автоматики. Технический результат заключается в повышении быстродействия двоичного-десятичного счетчика при минимальных затратах оборудования. Устройство содержит в каждом двоичном разряде один RS-триггер, пять элементов И, два элемента ИЛИ, четыре элемента НЕ, кроме того, для управления работой отдельной тетрады двоичных разрядов введены семь элементов И, два элемента ИЛИ и один элемент НЕ. 1 ил.

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и устройствам автоматики. Известны построения сдвигающих регистров (CP). Детальные принципы рассмотрены в книге М.А. Карцева «Арифметика цифровых машин», изд. «Наука», М., 1969, стр. 261-273. Рис 2-51. Наибольшее применение нашли CP, построенные на основе двух RS-триггеров в каждом двоичном разряде. К недостаткам таких CP можно отнести сравнительно большие аппаратурные затраты и потребление электропитания. Известны также CP, построенные на одном регистре, выполненные на основе RS-триггеров и логических элементов И, ИЛИ, НЕ, при этом CP выполняет сдвиг кода влево и вправо и осуществляет функции счетчика импульсов (RU 2284654, RU 2419200). Ближайшим прототипом предлагаемому СИ является счетчик импульсов, выполняющий операцию сдвига кода влево и вправо и счет двоичных импульсов (патент RU 2419200 C1). К недостаткам прототипа следует отнести сравнительно большие затраты логических элементов (ЛЭ) И для построения схемы ускорения распространения сигнала переноса, кроме того, прототип не обеспечивает выполнения счета импульсов в двоично-десятичном коде. Отмеченные недостатки устранены в предлагаемом сдвигающем регистре. Целью изобретения является расширение перечня выполняемых операций счета импульсов в двоично-десятичном коде и повышения быстродействия выполнения этой операции за счет исключения временных задержек сигнала в каждой тетраде двоичных разрядов при минимальных затратах оборудования. Для чего предложено устройство, отличающееся тем, что в каждую тетраду двоичных разрядов (ТДР) введены: третий элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с третьей шиной импульсов сдвига кода, второй вход которого связан с четвертой шиной счетных импульсов, выход третьего элемента ИЛИ соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И всех разрядов тетрады, т.е. A4, A3, А2, А1, кроме того, в первый, третий и четвертый разряды каждой тетрады введены вторые элементы И, выходы упомянутых элементов И подключены к входам первых элементов ИЛИ соответственно, введены также шестой - двенадцатый элементы И, четвертый элемент ИЛИ, пятый элемент НЕ, первый и второй входы второго элемента И первого разряда тетрады А1 соединены с выходами четвертого элемента ИЛИ и седьмого элемента И, сигналы с выходов которых управляют занесением «1» в А1 при выполнении операции счета импульсов, выходы пятых элементов И четвертого - второго разрядов соединены с первым - третьим входами одиннадцатого элемента И, четвертый вход этого элемента соединен с шестой шиной управления счетом импульсов, выход одиннадцатого элемента И соединен с первым входом двенадцатого элемента И и с входом пятого элемента НЕ, выход которого соединен с вторыми входами шестого и седьмого элементов И, второй вход двенадцатого элемента И соединен с четвертой шиной счетных импульсов, а выход этого элемента И является входом счетного импульса в i+1 тетраду, выработанного в i-тетраде, второй вход второго элемента И четвертого разряда соединен с выходом седьмого элемента И, первый вход второго элемента И соединен с первым входом одиннадцатого элемента И, выход второго элемента И четвертого разряда соединен с вторым входом второго элемента И третьего разряда, первый вход которого подключен к выходу пятого элемента И этого же разряда, а выход второго элемента И соединен с первым входом восьмого элемента И, второй вход которого связан с вторым входом девятого элемента И и выходом десятого элемента И, первый вход девятого элемента И соединен с выходом второго элемента НЕ третьего разряда, первый и второй входы десятого элемента И соединены с выходами вторых элементов НЕ первого и второго разрядов, введены также пятая шина управления сдвигом кода, которая подключена к первому входу шестого элемента И, шестая шина управления счетом единиц, подключенная к первому входу седьмого элемента И, выход шестого элемента И соединен с первыми входами первых элементов И всех разрядов тетрады, при сдвиге кода влево информация кодируется в коде 8, 4, 2, 1, при счете единиц информация в каждой тетраде кодируется в коде 4, 3, 2, 1, т.е. порядковый номер разряда соответствует цифре 4, 3, 2, 1, второй вход первого элемента И первого разряда каждой ТДР соединен с выходом пятого элемента И четвертого разряда младшей ТДР, третий вход этого элемента связан с третьей шиной импульсов сдвига кодов.

Для пояснения работы устройства на чертеже приведена функциональная схема четырех двоичных разрядов CP или тетрада двоичных разрядов ТДР. Единичное значение каждого разряда тетрады обозначается A4, A3, А2, А1, нулевые значения - $$\overline{А4}$$ , $$\overline{А3}$$ , $$\overline{А2}$$ , $$\overline{А1}$$ . На схеме приняты следующие обозначения: элементы И 1-12, элементы ИЛИ 14-17, элементы НЕ 18-22, RS-триггер (Tr) 23, шина импульсов сдвига кода 24, шина счетных импульсов 25, вход потенциала с выхода И5 четвертого разряда младшей ТДР 26, шина управления счетом импульсов 27, шина управления сдвигом кода 28, счетный импульс, выработанный в младшей ТДР 29, выход потенциала И5 четвертого разряда i-той тетрады 13.

Предложенное устройство осуществляется следующим образом. В каждом двоичном разряде выходы И1, 2 подключены через ИЛИ14, И4, НЕ21 к единичному входу Tr23, выход ИЛИ14 через НЕ18, И3, НЕ20 подключены к нулевому входу Tr23. Выход И3 соединен с ИЛИ15, второй его вход связан с единичным выходом Tr23, выход ИЛИ15 соединен с И5, второй вход которого соединен с выходом НЕ21. Выход И5 подключен к входам И3, НЕ19, выход которого связан с входом И4. Кроме того, И5 i-того разряда соединен с И1 i+1-го разряда. В каждой ТДР третьи входы И3, 4 соединены с выходом ИЛИ16. Первый и второй входы ИЛИ16 подключены к шинам 24 и 25, к второму входу И1 A1 подключен вход 26, поступающий из старшего разряда младшей ТДР, к входу И6 подключена шина 28, к входу И7 подключена шина 27. Выход НЕ22 связан с вторыми входами И6, 7. Выход И6 соединены с первыми входами И1 каждого разряда тетрады. Выход И7 подключен к вторым входам И2 первого, четвертого разрядов в каждом ТДК. Выходы И5 четвертого и третьего разрядов соединены с первыми входами И2 упомянутых разрядов. Выход И2 четвертого разряда связан с вторым входом И2 третьего разряда. Выход И2 третьего разряда соединен с первым входом И8, второй вход которого соединен с вторым входом И9 и выходом И10. Первый вход И9 соединен с выходом НЕ19 A3. Выходы И8, 9 через ИЛИ17 соединены с первым входом И2 A1. Входы И10 соединены с выходами НЕ19 A1 и А2. Выходы И5 четвертого, третьего и второго разрядов соединены с первым-третьим входами И11 соответственно, четвертый вход которого соединен с шиной 27. Выход И11 соединен с входами НЕ22 и И12, второй вход которого связан с шиной 25. Выход И12 является счетным импульсом, выработанным в i-той ТДР 29. Третий вход И1 A1 соединен с шиной 24.

Рассмотрим работу устройства при выполнении сдвига кодов, представленных в коде 8, 4, 2, 1, и счет импульсов, представленных в каждой тетраде в коде 4, 3, 2, 1. В начале выполнения операции триггеры регистра каждой ТДК A4, A3, А2, A1 хранят код «0» или «1», на входах 24, 25 и выходе 29, шинах управления 27, 28 отсутствуют высокие потенциалы (ВП). На выходе НЕ22 и на входах И6, 7 отсутствуют ВП до появления в ТДР кода 1110.

1. Операция сдвига кода. Выполнение операции начинается с поступления на шину 28 ВП, который с выхода И6 поступает на первые входы И1 ТДР. Если А2=1, А3=0, то ВП И5 А2 поступает на второй вход И1 A3 и через ИЛИ 14 разрешает прохождение импульса сдвига кода с выхода шины 24, ИЛИ 16, И4 A3 через НЕ21 на вход Tr23 и устанавливает его в «1». Одновременно при А1=0 высокий потенциал с выхода НЕ18 через И3, НЕ20 А2 поступает на нулевой вход Tr23 и устанавливает его в «0». Таким образом «1» из А2 будет сдвинута в A3. Следующий импульс сдвига кода выполнит сдвиг «1» A3 в A4. Сдвиг других комбинаций кодов CP выполняется аналогичным образом. Операция сдвига кода прекращается при отсутствии импульсов сдвига кода на шине 24 и снятии с шины 28 ВП. Операция сдвига позволяет умножить код, хранящийся в CP, на 2, 4, 8 и т.д., также может выполняться последовательный прием или выдача кода регистра и выполняться операция нормализации кода регистра, т.е. сдвиг кода влево до появления «1» в самом старшем разряде.

2. Операция счета импульсов. Особенностью выполнения этой операции является замена суммирования двоичного кода в каждой тетраде с применением схемы сквозного переноса на сдвиг отдельных единиц влево, при этом каждая десятичная цифра ТДР кодируется в кодах 4, 3, 2, 1. т.е. каждая цифра тетрады представляется в виде 0000 - «0», 0000 - «0», 0001 - «1», 0010 - «2», 0100 - «3», 1000 - «4», 1001 - «5», 1010 - «6», 1100 - «7», 1101 - «8», 1110 - «9». Операция начинается с одновременной подачи ВП на шины 27 и 28, при этом ВП с выхода И7 поступает на вторые входы И2 первого и четвертого разрядов тетрады. Если в этой тетраде первый-третий разряды равны «0», т.е. $$\overline{А3}\cdot \overline{А2}\cdot \overline{А1}=1$$ , то с выходов И10, 9, через ИЛИ17, И2, ИЛИ14 на И4 A1 поступит ВП. Первый счетный импульс (СИ) с шины 25, ИЛИ16 поступает на первый вход И4 и через НЕ21 поступит на единичный вход Tr23 A1 и установит его в «1». Второй счетный импульс сдвинет «1» из первого разряда во второй разряд. Третий и четвертый СИ сдвинут «1» в четвертый разряд. В четвертом разряде «1» будет храниться до конца счета в данной тетраде (до 1110). Хранение «1» обеспечивается за счет подключения И5 к первому входу И2 A4. При этом ВП по цепи элементов И2, ИЛИ14, НЕ18 запретит прохождение СИ на нулевой вход Tr23 A4. Пятый СИ занесет в Tr23 первого разряда «1», т.к. $$\overline{А3}\cdot \overline{А2}\cdot \overline{А1}=1$$ . Шестой и седьмой СИ сдвинут код «1» в третий разряд тетрады. В третьем разряде код «1» будет храниться до конца счета в данной тетраде (до 1110). Хранение «1» обеспечивается за счет подключения выхода И2 четвертого разряда к второму входу И2 третьего разряда, первый вход И2 этого разряда подключен к выходу И5 третьего разряда. ВП по цепи элементов И2 четвертого и третьего разрядов, через ИЛИ14, НЕ18 запрещает установку Tr23 A3 в «0». При условии $$А4\cdot А3\cdot \overline{А2}\cdot \overline{А1}=1$$ восьмой СИ установит Tr23 первого разряда в «1». Потенциал, разрешающий установку Tr23 A1 в «1», вырабатывается на входах И2 четвертого и третьего разрядов И10, 8, ИЛИ17, И2 первого разряда через элементы ИЛИ14, И4, НЕ21 устанавливаем A1 в «1». Девятый СИ сдвигает код «1» из первого разряда во второй, при этом первая тетрада будет хранить код 1110, что соответствует цифре «9». При коде 1110 первые - третьи входы И11 будут соединены с выходами И5 A4, A3 и А2 разрядов, четвертый вход подключен к шине 27. При этом на выходе И12 будет выработан ВП, который запретит работу И6, 7 далее И1, 2 всех разрядов, а ВП с НЕ18 разрешит установку «0» триггеров всех разрядов тетрады. Десятый СИ установит Tr23 в «0» первой ТДР. Одновременно упомянутый импульс с шины 25 через И12 по выходу 29 занесет в Tr23 A1 второй тетрады «1», т.е. в регистре будет храниться код 10. Операция счета прекращаются при отсутствии счетных импульсов на шине 25 и снятии ВП с шин 27 и 28.

Предложенное устройство обеспечивает повышение быстродействия счета импульсов по сравнению с известными устройствами за счет исключения из каждой ТДК схемы формирования сигнала переноса и временных задержек этого сигнала. Эта задержка характерна для всех тетрад и сумма равна около k10τ, τ - задержка одного элемента И, k - число тетрад в сдвигающем регистре. В предложенном устройстве она равна kτ. Также обеспечивает и расширение функциональных возможностей при минимальных затратах оборудования.

Сдвигающий регистр, содержащий в каждом двоичном разряде один RS-триггер, первый, второй, третий, четвертый, пятый элементы И, первый, второй элементы ИЛИ, первый, второй, третий, четвертый элементы НЕ, первую шину управления сдвигом кодов, вторую шину импульсов сдвига, первая шина подключена к первым входам первых элементов И всех разрядов, вторая шина подключена к первым входам третьего и четвертого элементов И всех разрядов, выходы первых элементов И через первый элемент ИЛИ соединены с первыми входами четвертого элемента И, выход первого элемента ИЛИ через первый элемент НЕ соединен с вторым входом третьего элемента И, четвертые элементы И, НЕ соединены с единичным входом RS-триггера и первым входом пятого элемента И, выходы третьих элементов И через третьи элементы НЕ соединены с нулевыми входами RS-триггеров, входы второго элемента ИЛИ связаны с единичным выходом упомянутого триггера и выходом третьего элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с входами третьего элемента И, второго элемента НЕ и с вторым входом первого элемента И первого старшего разряда, выход первого элемента НЕ соединен третьим входом третьего элемента И, отличающийся тем, что в каждую тетраду двоичных разрядов ТДР введены: третий элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с третьей шиной импульсов сдвига кода, второй вход которого связан с четвертой шиной счетных импульсов, выход третьего элемента ИЛИ соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И всех разрядов тетрады, т.е. A4, A3, A2, A1, кроме того, в первый, третий и четвертый разряды каждой тетрады введены вторые элементы И, выходы упомянутых элементов И подключены к входам первых элементов ИЛИ соответственно, введены также шестой-двенадцатый элементы И, четвертый элемент ИЛИ, пятый элемент НЕ, первый и второй входы второго элемента И первого разряда тетрады A1 соединены с выходами четвертого элемента ИЛИ и седьмого элемента И, сигналы с выходов которых управляют занесением «1» в A1 при выполнении операции счета импульсов, выходы пятых элементов И четвертого-второго разрядов соединены с первым-третьим входами одиннадцатого элемента И, четвертый вход этого элемента соединен с шестой шиной управления счетом импульсов, выход одиннадцатого элемента И соединен с первым входом двенадцатого элемента И и с входом пятого элемента НЕ, выход которого соединен с вторыми входами шестого и седьмого элементов И, второй вход двенадцатого элемента И соединен с четвертой шиной счетных импульсов, а выход этого элемента И является входом счетного импульса в i+1 тетраду, выработанного в i-тетраде, второй вход второго элемента И четвертого разряда соединен с выходом седьмого элемента И, первый вход второго элемента И соединен с первым входом одиннадцатого элемента И, выход второго элемента И четвертого разряда соединен с вторым входом второго элемента И третьего разряда, первый вход которого подключен к выходу пятого элемента И этого же разряда, а выход второго элемента И соединен с первым входом восьмого элемента И, второй вход которого связан с вторым входом девятого элемента И и выходом десятого элемента И, первый вход девятого элемента И соединен с выходом второго элемента НЕ третьего разряда, первый и второй входы десятого элемента И соединены с выходами вторых элементов НЕ первого и второго разрядов, введены также пятая шина управления сдвигом кода, которая подключена к первому входу шестого элемента И, шестая шина управления счетом единиц, подключенная к первому входу седьмого элемента И, выход шестого элемента И соединен с первыми входами первых элементов И всех разрядов тетрады, при сдвиге кода влево информация кодируется в коде 8, 4, 2, 1, при счете единиц информация в каждой тетраде кодируется в коде 4, 3, 2, 1, т.е. порядковый номер разряда соответствует цифре 4, 3, 2, 1, второй вход первого элемента И первого разряда каждой ТДР соединен с выходом пятого элемента И четвертого разряда младшей ТДР, третий вход этого элемента связан с третьей шиной импульсов сдвига.