Устройство для детектирования групп бит в бинарной последовательности

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в обеспечении возможности выявления максимальных групп единичных и нулевых бит и определения количества бит в максимальных группах, номеров групп и начала групп в бинарной последовательности. Устройство содержит внешний вход данных DI, группу внешних выходов данных QO, группу внешних выходов количества групп QG, группу внешних выходов количества нулей QZ, группу внешних выходов количества единиц QU, группу внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU, группы внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU, количества нулей в максимальной группе MZ, номера группы максимальной группы единиц NGMU, номера группы максимальной группы нулей NGMZ, номера начала максимальной группы единичных бит NMU и номера начала максимальной группы нулевых бит NMZ, первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, блок детектора единиц и нулей 2, третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, третий элемент И 8, первый сумматор SMG 9, второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 элементы И, третий счетчик нулей CZ 15, четвертый счетчик единиц CU 16, пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 и блок преобразователя кода разности 18, первый счетчик CNB 22, первый регистр RNM 23, второй сумматор SNM 24, второй 25, третий 26, четвертый 27, пятый 28, шестой 29, седьмой 32 и восьмой 35 регистры, первый компаратор 30 сравнения количества единичных бит, седьмой элемент И 31, второй компаратор 33 сравнения количества нулевых бит, восьмой элемент И с одним инверсным входом 34, а также введены внешние флаги готовности результата FE, «Буфер заполнен» FF, «Буфер пуст» FZ и флаг «нулей больше единиц» F01. 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к устройствам обработки данных, и может быть использовано для построения средств автоматики и функциональных узлов систем управления, а также для анализа свойств генераторов псевдослучайных последовательностей двоичных чисел.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны система и способ подсчета начальных нулевых разрядов и подсчета начальных единичных разрядов в цифровом процессоре сигналов (RU №2409837 С2, МПК G06F 7/74, заявлен 27.07.2006, опубликовано 20.01.2011, Бюл. №2) в котором определяется количество разрядов для различных размеров слов данных. В устройстве проводится расширение входных данных знаком до временного шестидесятичетырехразрядного слова данных. При подсчете нулевых разрядов проводится инвертирование разрядов слова. Для подсчета начальных разрядов используется двоичный счетчик.

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, а также подсчет только начальных нулевых разрядов и начальных единичных разрядов в цифровом сигнале.

Известно устройство для определения количества единиц в упорядоченном двоичном числе (RU №2522875 С1, МПК H03K 21/12, заявлено 24.05.2012, опубликовано 20.07.2014, Бюл. №20), содержащее буферы с тремя состояниями с прямым и инверсным входами разрешения, n разрядов входного двоичного числа, (k+1) разрядов выходного двоичного кода (k=[log₂n] меньшее целое), причем буферы с тремя состояниями объединены в пирамидальную структуру, состоящую из (m-1) ступеней (m=]log₂n[большее целое), и в выходной блок, содержащий к буферов с тремя состояниями с инверсным входом разрешения и к буферов с тремя состояниями с прямым входом разрешения, при этом каждая i-я ступень (i=1, (m-1)) содержит (2ⁱ-1) буферов с тремя состояниями с инверсным входом разрешения и 2ⁱ-1 буферов с тремя состояниями с прямым входом разрешения.

Недостатком данного устройства является определение количества единиц только в одной группе упорядоченного двоичного числа, а не в группах нулевых и единичных разрядов.

Известен сумматор для последовательных операндов (Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учеб. Пособие для вузов. - СПб.: БХВ-Петребург, 2010. - 816 с. Стр. 119, рис. 2.33) содержащий одноразрядный сумматор, D-триггер запоминания переноса с входом установки в нулевое состояние, два сдвигающих регистра слагаемых и сдвиговый регистр суммы, причем регистры тактируются синхроимпульсами СИ. Сумматор поочередно обрабатывает разряд за разрядом, начиная с младших разрядов, последовательно поступающие разряды слагаемых и вырабатывает значение суммы S, поступающее на вход сдвигового регистра суммы, и перенос СО в следующий старший разряд, который запоминается на D-триггере и на следующем такте поступает на вход CI переноса сумматора.

Недостатками данного устройства является поразрядное суммирование слагаемых и невозможность определения в группах данных количества единиц и количества нулей.

Известно устройство для определения количества единиц (нулей) в двоичном числе (RU №2446442 С1, МПК G06F 7/50, H03K 21/00, заявлено 11.04.2011, опубликовано 27.03.2012, Бюл. №9), содержащее блок управляемой инверсии, состоящий из п-элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» (n - количество разрядов входного числа), элементы ИЛИ и модули, состоящие из элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемента И, которые объединены в группы, состоящие из ярусов, и объединены в k-каскадов (k=]log₂n[), так, что каждый i-й каскад содержит g(i)=n/2ⁱ групп (i=1, …, k), каждая группа i-го каскада разделена на j ярусов (j=1, …, i), при этом первый ярус каждой группы i-го каскада содержит i модулей, а каждый j-й ярус каждой группы i-го каскада (j=2, …, i,) содержит (i-j) модулей и элемент «ИЛИ».

Недостатком данного устройства является определение только общего количества единиц (нулей) в двоичном числе, а не по группам нулевых и единичных разрядов.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится отсутствие средств для выделения групп и определения количества нулевых и единичных разрядов в группах, и определение общего количества групп.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является, принятое за прототип, устройство последовательного типа для детектирования групп нулевых и единичных бит и определение их количества (RU №2680759 С1, МПК G06F 7/74, заявлено 16.02.2018, опубликовано 26.02.2019, Бюл. №6), содержащее внешний вход данных DI, группу внешних выходов данных QO, группу внешних выходов количества групп QG, группу внешних выходов количества нулей QZ, группу внешних выходов количества единиц QU, группу внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU,

первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, блок детектора единиц и нулей 2, который состоит из первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом, элемента ИЛИ 5 и второго D-триггера управления битами TU 6, третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, третий элемент И 8, первый счетчик групп CG 9, второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 элементы И, третий счетчик нулей CZ 15, четвертый счетчик единиц CU 16, пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 и блок преобразователя кода разности 18, который содержит группу из (М-2) элементов ИЛИ 19, группу из (М-1) элементов И 20 и группу из (М-1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, где M=[log₂N]+1 (меньшее целое), а N - размерность входной последовательности данных, причем первый счетчик групп CG 9, второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, третий счетчик нулей CZ 15 и четвертый счетчик единиц CU 16 имеют разрядность М, а пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 имеет разрядность (М+1),

а также введены внешние входы асинхронной установки в нулевое состояние CLR, пуска устройства START, остановки устройства STOP и тактовый С, внешняя шина управления обменом ЕО, внешние флаг готовности результата FE, флаг «Буфер заполнен» FF, флаг «Буфер пуст» FZ и флаг «нулей больше единиц» F01, и внутренняя шина «разность единиц и нулей» ZU,

причем внешний вход асинхронной установки в нулевое состояние CLR соединен с соответствующим входом асинхронной установки в нулевое состояние CLR первого RS-триггера пуска-останова TSS 1,

внешний тактовый вход устройства С соединен с входами синхронизации первого 1 RS-триггера пуска-останова TSS, второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, первого счетчика групп CG 9, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17,

внешний вход пуска устройства START соединен с входом S синхронной установки в единичное состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и входами R синхронной установки в нулевое состояние второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, первого счетчика групп CG 9, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17,

внешний вход остановки устройства STOP соединен с входом R синхронной установки в нулевое состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и первым входом элемента ИЛИ 5 в блоке детектора единиц и нулей 2,

причем прямой выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 соединен с первыми входами первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом в блоке детектора единиц и нулей 2, с входом СЕ разрешения работы второго счетчика бит СВ 10 и с первыми входами четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И, а инверсный выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 является внешним флагом готовности результата FE,

в блоке детектора единиц и нулей 2 внешний вход данных DI соединен со вторым прямым входом первого 3 элемента И и третьим инверсным входом второго 4 элемента И, выходы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами элемента ИЛИ 5, выход LE которого соединен с входом СЕ разрешения работы второго D-триггера управления битами TU 6, у которого инверсный выход соединен с информационным D-входом второго D-триггера управления битами TU 6, прямой выход которого соединен с третьим инверсным входом первого 3 элемента И и со вторым прямым входом второго 4 элемента И, кроме того инверсный и прямой выходы второго D-триггера управления битами TU 6 являются соответственно первым и вторым выходами, а выход LE элемента ИЛИ 5 является третьим выходом блока детектора единиц и нулей 2,

причем третий выход LE блока детектора единиц и нулей 2 соединен с входом СЕ разрешения работы выходного буфера ОВ 11, первым входом третьего 8 элемента И и входом L разрешения записи второго счетчика бит СВ 10,

информационный D-вход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 подключен к логической единице, а выход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 соединен со вторыми входами третьего 8, четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И, выход третьего 8 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы первого счетчика групп CG 9, выходы которого являются группой QG внешних выходов количества групп устройства,

на группу информационных D-входов второго счетчика бит СВ 10 подано значение двоичного кода «0…01», а группа выходов второго счетчика бит СВ 10 подключена к группе информационных D-входов выходного буфера ОВ 11, который также подключен к внешней шине ЕО управления обменом, а соответствующие выходы выходного буфера ОВ 11 являются группой внешних выходов данных QO и внешними флагами «Буфер заполнен» FF и «Буфер пуст» FZ,

причем первый выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом четвертого 12 элемента И, а второй выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом пятого 13 элемента И и входом UP направления счета реверсивного счетчика нулей единиц CZU 17,

кроме того выход четвертого 12 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы третьего счетчика нулей CZ 15, выходы которого являются группой внешних выходов количества нулей QZ, выход пятого 13 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы четвертого счетчика единиц CU 16, выходы которого являются группой внешних выходов количества единиц QU, выход шестого 14 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17, у которого первая М разрядная группа выходов является внутренней шиной «разность единиц и нулей» ZU и соединена с соответствующей первой группой блока преобразователя кода разности 18, а второй выход (М+1)-й разряд пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17 является внешним флагом «нулей больше единиц» F01 и соединен с соответствующим вторым входом блока преобразователя кода разности 18, выходы которого являются группой внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU,

причем в блоке преобразователя кода разности 18 вторые входы элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов ИЛИ, соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до (M-1)-го разряда, а первые входы элементов ИЛИ 19, начиная со второго до последнего (М-2)-го элемента, соединены с соответствующими выходами предыдущих элементов ИЛИ 19, начиная с первого до предпоследнего (М-3)-го элемента, а первый вход первого элемента ИЛИ 19 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, вторые входы всех элементов И, группы 20 из (М-1) элементов И, соединены между собой и соединены со вторым входом F01 блока преобразователя кода разности 18, а первый вход первого элемента И из группы 20 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, а первые входы элементов И 20, начиная со второго до последнего (М-1), соединены с соответствующими выходами элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов, начиная с первого до (М-2)-го элемента ИЛИ, выходы элементов И, группы 20 из (М-1) элементов, соединены с соответствующими первыми входами одноименных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, вторые входы которых соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до М-го разряда, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, являются (М-1) разрядами выходов QZU блока преобразователя кода разности 18, начиная со второго выхода до последнего М-го выхода QZU, а первый разряд выходов QZU блока преобразователя кода разности 18 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU.

Недостатками данного устройства является детектирование только единичных и нулевых групп и определение общего количества групп.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится отсутствие средств для выявления максимальных единичных и нулевых групп и данных о расположении максимальных групп во входной бинарной последовательности

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является разработка аппаратных средств для выявления групп подряд идущих единичных и нулевых, определения общего количества групп, выявление максимальных групп и их параметров - размерности групп, номеров групп и номеров начала групп в бинарной последовательности.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей в части возможности выявления максимальных групп единичных и нулевых бит и определение количества бит в максимальных группах, номеров групп и начала групп в бинарной последовательности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройство для детектирования групп бит в бинарной последовательности содержащее внешний вход данных DI, группу внешних выходов данных QO, группу внешних выходов количества групп QG, группу внешних выходов количества нулей QZ, группу внешних выходов количества единиц QU, группу внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU,

первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, блок детектора единиц и нулей 2, который состоит из первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом, элемента ИЛИ 5 и второго D-триггера управления битами TU 6, третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, третий элемент И 8, второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 элементы И, третий счетчик нулей CZ 15, четвертый счетчик единиц CU 16, пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 и блок преобразователя кода разности 18, который содержит группу из (М-2) элементов ИЛИ 19, группу из (М-1) элементов И 20 и группу из (М-1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, где M=[log₂N]+1 (меньшее целое), а N - размерность входной последовательности данных, причем второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, третий счетчик нулей CZ 15 и четвертый счетчик единиц CU 16 имеют разрядность М, а пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 имеет разрядность (М+1),

а также введены внешние входы асинхронной установки в нулевое состояние CLR, пуска устройства START, остановки устройства STOP и тактовый С, внешняя шина управления обменом ЕО, внешние флаг готовности результата FE, флаг «Буфер заполнен» FF, флаг «Буфер пуст» FZ и флаг «нулей больше единиц» F01, и внутренняя шина «разность единиц и нулей» ZU,

причем внешний вход асинхронной установки в нулевое состояние CLR соединен с соответствующим входом асинхронной установки в нулевое состояние CLR первого RS-триггера пуска-останова TSS 1,

внешний тактовый вход устройства С соединен с входами синхронизации первого RS-триггера пуска-останова TSS 1, второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17,

внешний вход пуска устройства START соединен с входом S синхронной установки в единичное состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и входами R синхронной установки в нулевое состояние второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17,

внешний вход остановки устройства STOP соединен с входом R синхронной установки в нулевое состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и первым входом элемента ИЛИ 5 в блоке детектора единиц и нулей 2,

причем прямой выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 соединен с первыми входами первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом в блоке детектора единиц и нулей 2, с входом СЕ разрешения работы второго счетчика бит СВ 10 и с первыми входами четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И, а инверсный выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 является внешним флагом готовности результата FE,

в блоке детектора единиц и нулей 2 внешний вход данных DI соединен со вторым прямым входом первого 3 элемента И и третьим инверсным входом второго 4 элемента И, выходы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами элемента ИЛИ 5, выход LE которого соединен с входом СЕ разрешения работы второго D-триггера управления битами TU 6, у которого инверсный выход соединен с информационным D-входом второго D-триггера управления битами TU 6, прямой выход которого соединен с третьим инверсным входом первого 3 элемента И и со вторым прямым входом второго 4 элемента И, кроме того инверсный и прямой выходы второго D-триггера управления битами TU 6 являются соответственно первым и вторым выходами, а выход LE элемента ИЛИ 5 является третьим выходом блока детектора единиц и нулей 2,

причем третий выход LE блока детектора единиц и нулей 2 соединен с входом СЕ разрешения работы выходного буфера ОВ 11, первым входом третьего 8 элемента И и входом L разрешения записи второго счетчика бит СВ 10,

информационный D-вход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 подключен к логической единице, а выход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 соединен со вторыми входами третьего 8, четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И,

на группу информационных D-входов второго счетчика бит СВ 10 подано значение двоичного кода «0…01», а группа выходов второго счетчика бит СВ 10 подключена к группе информационных D-входов выходного буфера ОВ 11, который также подключен к внешней шине ЕО управления обменом, а соответствующие выходы выходного буфера ОВ 11 являются группой внешних выходов данных QO и внешними флагами «Буфер заполнен» FF и «Буфер пуст» FZ,

причем первый выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом четвертого 12 элемента И, а второй выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом пятого 13 элемента И и входом UP направления счета реверсивного счетчика нулей единиц CZU 17,

кроме того выход четвертого 12 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы третьего счетчика нулей CZ 15, выходы которого являются группой внешних выходов количества нулей QZ, выход пятого 13 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы четвертого счетчика единиц CU 16, выходы которого являются группой внешних выходов количества единиц QU, выход шестого 14 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17, у которого первая М разрядная группа выходов является внутренней шиной «разность единиц и нулей» ZU и соединена с соответствующей первой группой блока преобразователя кода разности 18, а второй выход (М+1)-й разряд пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17 является внешним флагом «нулей больше единиц» F01 и соединен с соответствующим вторым входом блока преобразователя кода разности 18, выходы которого являются группой внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU,

причем в блоке преобразователя кода разности 18 вторые входы элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов ИЛИ, соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до (M-1)-го разряда, а первые входы элементов ИЛИ 19, начиная со второго до последнего (М-2)-го элемента, соединены с соответствующими выходами предыдущих элементов ИЛИ 19, начиная с первого до предпоследнего (М-3)-го элемента, а первый вход первого элемента ИЛИ 19 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, вторые входы всех элементов И, группы 20 из (М-1) элементов И, соединены между собой и соединены со вторым входом F01 блока преобразователя кода разности 18, а первый вход первого элемента И из группы 20 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, а первые входы элементов И 20, начиная со второго до последнего (М-1), соединены с соответствующими выходами элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов, начиная с первого до (М-2)-го элемента ИЛИ, выходы элементов И, группы 20 из (М-1) элементов, соединены с соответствующими первыми входами одноименных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, вторые входы которых соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до М-го разряда, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, являются (М-1) разрядами выходов QZU блока преобразователя кода разности 18, начиная со второго выхода до последнего М-го выхода QZU, а первый разряд выходов QZU блока преобразователя кода разности 18 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU,

дополнительно введены первый сумматор 9 текущего номера группы SMG, первый счетчик 22 номера бит CNB, первый регистр 23 текущего номера бит группы RNM, второй сумматор 24 текущего номера бит группы SNM, второй регистр 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третий регистр 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, четвертый регистр 27 количества групп, пятый регистр 28 номера группы максимальной группы единиц, шестой регистр 29 номера группы максимальной группы нулей, первый компаратор 30 сравнения количества единичных бит, седьмой элемент И 31, седьмой регистр 32 количества единиц в максимальной группе, второй компаратор 33 сравнения количества нулевых бит, восьмой элемент И с одним инверсным входом 34 и восьмой регистр 35 количества нулей в максимальной группе,

а также введены группа внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU, группа внешних выходов количества нулей в максимальной группе MZ, группа внешних выходов номера группы максимальной группы единиц NGMU, группа внешних выходов номера группы максимальной группы нулей NGMZ, группа внешних выходов номера начала максимальной группы единичных бит NMU, группа внешних выходов номера начала максимальной группы нулевых бит NMZ,

причем внешний тактовый вход устройства С и внешний вход пуска устройства START соединен соответственно с входами синхронизации С и с входами R синхронной установки в нулевое состояние первого счетчика 22 номера бит CNB, первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, второго регистра 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третьего регистра 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, четвертого регистра 27 количества групп, пятого регистра 28 номера группы максимальной группы единиц, шестого регистра 29 номера группы максимальной группы нулей, седьмого регистра 32 количества единиц в максимальной группе и восьмого регистра 35 количества нулей в максимальной группе,

причем третий выход LE блока детектора единиц и нулей 2 также соединен с входом СЕ разрешения работы первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM и первыми прямыми входами седьмого элемента И 31 и восьмого элемента И с одним инверсным входом 34, а второй выход блока детектора единиц и нулей 2 также соединен с третьим прямым входом седьмого элемента И 31 и третьим инверсным входом восьмого элемента И с одним инверсным входом 34,

прямой выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 также соединен с входом СЕ разрешения работы первого счетчика 22 номера бит CNB, выход которого соединен с группой информационных входов D первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, выход которого соединен с входом первого слагаемого второго сумматора 24 текущего номера бит группы SNM, у которого на младший разряд второго слагаемого подан код логической единицы «1», а на остальные разряды код логического нуля «0», при этом выход второго сумматора 24 соединен с информационными входами D второго регистра 25 номера начала максимальной группы единичных бит и третьего регистра 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, выходы которых являются соответственно группой внешних выходов номера начала максимальной группы единичных бит NMU и группой внешних выходов номера начала максимальной группы нулевых бит NMZ,

выход третьего 8 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы четвертого регистра 27 количества групп, выход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 соединен с младшим разрядом второго слагаемого первого сумматора 9 текущего номера группы SMG, а на остальные разряды второго слагаемого подан код логического нуля «О», группа входов первого слагаемого первого сумматора 9 соединена с выходами четвертого регистра 27 количества групп, а группа выходов первого сумматора 9 соединена с группами информационных входов D четвертого регистра 27 количества групп, пятого регистра 28 номера группы максимальной группы единиц и шестого регистра 29 номера группы максимальной группы нулей, у которых выходы являются соответственно группой внешних выходов количества групп QG, группой внешних выходов номера группы максимальной группы единиц NGMU и группой внешних выходов номера группы максимальной группы нулей NGMZ,

причем группа выходов второго счетчика бит СВ 10 также подключена к группам первых входов первого компаратора 30 сравнения количества единичных бит и второго компаратора 33 сравнения количества нулевых бит, и с группами информационных входов D седьмого 32 и восьмого 35 регистров, выходы которых соединены с группами вторых входов соответственно первого компаратора 30 и второго компаратора 33, а также группы выходов седьмого 32 и восьмого 35 регистров являются соответственно группой внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU и группой внешних выходов количества нулей в максимальной группе MZ,

кроме того выход первого компаратора 30 является флагом GU «единиц больше» и соединен со вторым прямым входом седьмого элемента И 31, выход которого является сигналом LU разрешения записи максимума единиц и соединен с входами СЕ разрешения работы второго 25, пятого 28 и седьмого 32 регистров, а выход второго компаратора 33 является флагом GZ «нулей больше» и соединен со вторым прямым входом восьмого элемента И с одним инверсным входом 34, выход которого является сигналом LZ разрешения записи максимума нулей и соединен с входами СЕ разрешения работы третьего 26, шестого 29 и восьмого 35 регистров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 приведена схема блока преобразователя кода разности 18. На фиг. 3 и фиг. 4 приведены временные диаграммы работы устройства.

На фиг. 1-4 и в тексте приняты следующие обозначения:

С - тактовый вход,

СВ - счетчик бит,

СЕ - вход разрешения работы,

CLR - вход асинхронной установки в нулевое состояние,

CNB - счетчик номера бит,

СМР - компаратор,

CU - счетчик единиц,

CZ - счетчик нулей,

CZU - реверсивный счетчик нулей-единиц,

D - информационный вход триггера,

DI - внешний вход данных,

ЕО - внешняя шина управления обменом с выходным буфером ОВ,

F01 - флаг «нулей больше единиц»,

FE - флаг готовности,

FF - флаг «Буфер заполнен»,

FZ - флаг «Буфер пуст»,

GU - флаг «единиц больше»,

GZ - флаг «нулей больше»,

L - вход разрешения записи,

L0 - разрешение счета нулей,

L1 - разрешение счета единиц,

LE - разрешение счета бит,

LU - разрешение записи максимума единиц,

LZ - разрешение записи максимума нулей,

М - разрядность счетчиков M=[log₂N]+1 (меньшее целое),

MU - группа внешних выходов количества единиц в максимальной группе,

MZ - группа внешних выходов количества нулей в максимальной группе,

N - размерность (длина) входной последовательности данных,

NGMU - группа внешних выходов номера группы максимальной группы единиц,

NGMZ - группа внешних выходов номера группы максимальной группы нулей,

NMU - группа внешних выходов номера начала максимальной группы единичных бит,

NMZ - группа внешних выходов номера начала максимальной группы нулевых бит,

ОВ - выходной буфер,

ОВ0, …, ОВ4 - внутренние регистры выходного буфера ОВ,

QG - группа внешних выходов количества групп,

QO - группа внешних выходов данных,

QU - группа внешних выходов количества единиц,

QZ - группа внешних выходов количества нулей,

QZU - группа внешних выходов «разность единиц и нулей»,

R - вход синхронной установки в нулевое состояние,

RG - регистр,

RNM - регистр текущего номера бит группы,

S - вход синхронной установки в единичное состояние,

SNM - сумматор текущего номера бит группы,

SMG - сумматор текущего номера группы,

START - внешний вход начала работы,

STOP - внешний вход останова,

Т - триггер,

ТСЕ - триггер разрешения счета групп,

TSS - триггер пуска-останова,

TU - триггер управления битами,

UP - вход направления счета реверсивного счетчика нулей единиц CZU,

ZU - внутренняя шина «разность единиц и нулей»,

1 - первый RS-триггер пуска-останова TSS,

2 - блок детектора единиц и нулей,

3 - первый элемент И с одним инверсным входом,

4 - второй элемент И с одним инверсным входом,

5 - элемент ИЛИ,

6 - второй D-триггер управления битами TU,

7 - третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ,

8 - третий элемент И,

9 - первый сумматор текущего номера группы SMG,

10 - второй счетчик бит СВ,

11 - выходной буфер ОВ,

12 - четвертый элемент И,

13 - пятый элемент И,

14 - шестой элемент И,

15 - третий счетчик нулей CZ,

16 - четвертый счетчик единиц CU,

17 - пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU,

18 - блок преобразователя кода разности,

19 - группа из (М-2) элементов ИЛИ,

20 -группа из (М-1) элементов И,

21 - группа из (М-1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,

22 - первый счетчик номера бит CNB,

23 - первый регистр текущего номера бит группы RNM,

24 - второй сумматор текущего номера бит группы SNM,

25 - второй регистр номера начала максимальной группы единичных бит,

26 - третий регистр номера начала максимальной группы нулевых бит,

27 - четвертый регистр количества групп,

28 - пятый регистр номера группы максимальной группы единиц,

29 - шестой регистр номера группы максимальной группы нулей,

30 - первый компаратор сравнения количества единичных бит,

31 - седьмой элемент И,

32 - седьмой регистр количества единиц в максимальной группе,

33 - второй компаратор сравнения количества нулевых бит,

34 - восьмой элемент И с одним инверсным входом,

35 - восьмой регистр количества нулей в максимальной группе.

Предлагаемое устройство содержит внешний вход данных DI, группу внешних выходов данных QO, группу внешних выходов количества групп QG, группу внешних выходов количества нулей QZ, группу внешних выходов количества единиц QU, группу внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU, группу внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU, группу внешних выходов количества нулей в максимальной группе MZ, группу внешних выходов номера группы максимальной группы единиц NGMU, группу внешних выходов номера группы максимальной группы нулей NGMZ, группу внешних выходов номера начала максимальной группы единичных бит NMU, группу внешних выходов номера начала максимальной группы нулевых бит NMZ.

Кроме того предлагаемое устройство содержит первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, блок детектора единиц и нулей 2, третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, третий элемент И 8, первый сумматор 9 текущего номера группы SMG, второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 элементы И, третий счетчик нулей CZ 15, четвертый счетчик единиц CU 16, пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 и блок преобразователя кода разности 18, первый счетчик 22 номера бит CNB, первый регистр 23 текущего номера бит группы RNM, второй сумматор 24 текущего номера бит группы SNM, второй регистр 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третий регистр 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, четвертый регистр 27 количества групп, пятый регистр 28 номера группы максимальной группы единиц, шестой регистр 29 номера группы максимальной группы нулей, первый компаратор 30 сравнения количества единичных бит, седьмой элемент И 31, седьмой регистр 32 количества единиц в максимальной группе, второй компаратор 33 сравнения количества нулевых бит, восьмой элемент И с одним инверсным входом 34 и восьмой регистр 35 количества нулей в максимальной группе.

Блок детектора единиц и нулей 2 состоит из первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом, элемента ИЛИ 5 и второго D-триггера управления битами TU 6 и содержит три выхода.

Блок преобразователя кода разности 18 содержит группу из (М-2) элементов ИЛИ 19, группу из (М-1) элементов И 20 и группу из (М-1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, где M=[log₂N]+1 (меньшее целое), а N - размерность длина входной последовательности данных, причем второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, третий счетчик нулей CZ 15, четвертый счетчик единиц CU 16 и все регистры с первого по восьмой имеют разрядность М, а пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 имеет разрядность (М+1).

В предлагаемое устройство также введены внешние входы асинхронной установки в нулевое состояние CLR, пуска устройства START, остановки устройства STOP и тактовый С, внешняя шина управления обменом ЕО, внешние флаг готовности результата FE, флаг «Буфер заполнен» FF, флаг «Буфер пуст» FZ и флаг «нулей больше единиц» F01, и внутренняя шина «разность единиц и нулей» ZU.

Внешний вход асинхронной установки в нулевое состояние CLR соединен с соответствующим входом асинхронной установки в нулевое состояние CLR первого RS-триггера пуска-останова TSS 1.

Внешний тактовый вход устройства С соединен с входами синхронизации первого RS-триггера пуска-останова TSS 1, второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17, первого счетчика 22 номера бит CNB, первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, второго регистра 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третьего регистра 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, четвертого регистра 27 количества групп, пятого регистра 28 номера группы максимальной группы единиц, шестого регистра 29 номера группы максимальной группы нулей, седьмого регистра 32 количества единиц в максимальной группе и восьмого регистра 35 количества нулей в максимальной группе.

Внешний вход пуска устройства START соединен с входом S синхронной установки в единичное состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и входами R синхронной установки в нулевое состояние второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17, первого счетчика 22 номера бит CNB, первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, второго регистра 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третьего регистра 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, четвертого регистра 27 количества групп, пятого регистра 28 номера группы максимальной группы единиц, шестого регистра 29 номера группы максимальной группы нулей, седьмого регистра 32 количества единиц в максимальной группе и восьмого регистра 35 количества нулей в максимальной группе.

Внешний вход остановки устройства STOP соединен с входом R синхронной установки в нулевое состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и первым входом элемента ИЛИ 5 в блоке детектора единиц и нулей 2.

Прямой выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 соединен с первыми входами первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом в блоке детектора единиц и нулей 2, с входом СЕ разрешения работы второго счетчика бит СВ 10 и с первыми входами четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И и с входом СЕ разрешения работы, а инверсный выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 является внешним флагом готовности результата FE.

В блоке детектора единиц и нулей 2 внешний вход данных DI соединен со вторым прямым входом первого 3 элемента И и третьим инверсным входом второго 4 элемента И, выходы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами элемента ИЛИ 5. Выход LE разрешения счета бит элемента ИЛИ соединен с входом СЕ разрешения работы второго D-триггера управления битами TU 6, у которого инверсный выход соединен с информационным D-входом второго D-триггера управления битами TU 6, прямой выход которого соединен с третьим инверсным входом первого 3 элемента И и со вторым прямым входом второго 4 элемента И. Выход первого 3 элемента И является выходом L1 разрешения счета единиц, а выход второго 4 элемента И является выходом L0 разрешения счета нулей. Кроме того инверсный и прямой выходы второго D-триггера управления битами TU 6 являются соответственно первым и вторым выходами, а выход LE элемента ИЛИ 5 является третьим выходом блока детектора единиц и нулей 2.

Причем третий выход LE блока детектора единиц и нулей 2 соединен с входом СЕ разрешения работы выходного буфера ОВ 11, первым входом третьего элемента И 8, входом L разрешения записи второго счетчика бит СВ 10, с входом СЕ разрешения работы первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM и первыми прямыми входами седьмого элемента И 31 и восьмого элемента И с одним инверсным входом 34.

Информационный D-вход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 подключен к логической единице. Выход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 соединен со вторыми входами третьего 8, четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И. Выход третьего элемента И 8 соединен с входом СЕ разрешения работы четвертого регистра 27 количества групп, выходы которого являются группой QG внешних выходов количества групп устройства.

На группу информационных D-входов второго счетчика бит СВ 10 подано значение двоичного кода «0…01». Группа выходов второго счетчика бит СВ 10 подключена к группе информационных D-входов выходного буфера ОВ 11, который также подключен к внешней шине ЕО управления обменом. Соответствующие выходы выходного буфера ОВ 11 являются группой внешних выходов данных QO и внешними флагами «Буфер заполнен» FF и «Буфер пуст» FZ.

Кроме того группа выходов второго счетчика бит СВ 10 также подключена к группам первых входов первого компаратора 30 сравнения количества единичных бит и второго компаратора 33 сравнения количества нулевых бит, и с группами информационных входов D седьмого 32 и восьмого 35 регистров, выходы которых соединены с группами вторых входов соответственно первого компаратора 30 и второго компаратора 33, а также группы выходов седьмого 32 и восьмого 35 регистров являются соответственно группой внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU и группой внешних выходов количества нулей в максимальной группе MZ.

Причем первый выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом четвертого 12 элемента И, а второй выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом пятого 13 элемента И и входом UP направления счета реверсивного счетчика нулей единиц CZU 17, а также соединен с третьим прямым входом седьмого элемента И 31 и третьим инверсным входом восьмого элемента И с одним инверсным входом 34.

Кроме того выход четвертого 12 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы третьего счетчика нулей CZ 15, выходы которого являются группой внешних выходов количества нулей QZ. Выход пятого 13 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы четвертого счетчика единиц CU 16, выходы которого являются группой внешних выходов количества единиц QU. Выход шестого 14 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17, у которого первая М разрядная группа выходов является внутренней шиной «разность единиц и нулей» ZU и соединена с соответствующей первой группой блока преобразователя кода разности 18, а второй выход (М+1)-й разряд пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17 является внешним флаг «нулей больше единиц» F01 и соединен с соответствующим вторым входом блока преобразователя кода разности 18, выходы которого являются группой внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU.

В блоке преобразователя кода разности 18 вторые входы элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов ИЛИ, соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до (M-1)-го разряда, а первые входы элементов ИЛИ 19, начиная со второго до последнего (М-2)-го элемента, соединены с соответствующими выходами предыдущих элементов ИЛИ 19, начиная с первого до предпоследнего (М-3)-го элемента, а первый вход первого элемента ИЛИ 19 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU. Вторые входы всех элементов И, группы 20 из (М-1) элементов И, соединены между собой и соединены со вторым входом F01 блока преобразователя кода разности 18, а первый вход первого элемента И из группы 20 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU. Первые входы элементов И 20, начиная со второго до последнего (М-1), соединены с соответствующими выходами элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов, начиная с первого до (М-2)-го элемента ИЛИ. Выходы элементов И, группы 20 из (М-1) элементов, соединены с соответствующими первыми входами одноименных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, вторые входы которых соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до М-го разряда. Выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, являются (М-1) разрядами выходов QZU блока преобразователя кода разности 18, начиная со второго выхода до последнего М-го выхода QZU, а первый разряд выходов QZU блока преобразователя кода разности 18 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU.

Выход первого счетчика 22 номера бит CNB соединен с группой информационных входов D первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, выход которого соединен с входом первого слагаемого второго сумматора 24 текущего номера бит группы SNM, у которого на младший разряд второго слагаемого подан код логической единицы «1» а на остальные разряды код логического нуля «0». При этом выход второго сумматора 24 соединен с информационными входами D второго регистра 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третьего регистра 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, выходы которых являются соответственно группой внешних выходов номера начала максимальной группы единичных бит NMU и группой внешних выходов номера начала максимальной группы нулевых бит NMZ.

Выход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 соединен с младшим разрядом второго слагаемого первого сумматора 9 текущего номера группы SMG, а на остальные разряды второго слагаемого подан код логического нуля «0». Группа входов первого слагаемого первого сумматора 9 соединена с выходами четвертого регистра 27 количества групп. Группа выходов первого сумматора 9 соединена с группами информационных входов D четвертого регистра 27 количества групп, пятого регистра 28 номера группы максимальной группы единиц, шестого регистра 29 номера группы максимальной группы нулей, у которых выходы являются соответственно группой внешних выходов количества групп QG, группой внешних выходов номера группы максимальной группы единиц NGMU и группой внешних выходов номера группы максимальной группы нулей NGMZ.

Группа выходов второго счетчика бит СВ 10 также подключена к группам первых входов первого компаратора 30 сравнения количества единичных бит и второго компаратора 33 сравнения количества нулевых бит, и с группами информационных входов D седьмого 32 и восьмого 35 регистров, выходы которых соединены с группами вторых входов соответственно первого компаратора 30 и второго компаратора 33, а также группы выходов седьмого 32 и восьмого 35 регистров являются соответственно группой внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU и группой внешних выходов количества нулей в максимальной группе MZ.

Кроме того выход первого компаратора 30 является флагом GU «единиц больше» и соединен со вторым прямым входом седьмого элемента И 31, выход которого является сигналом LU разрешения записи максимума единиц и соединен с входами СЕ разрешения работы второго 25, пятого 28 и седьмого 32 регистров, а выход второго компаратора 33 является флагом GZ «нулей больше» и соединен со вторым прямым входом восьмого элемента И с одним инверсным входом 34, выход которого является сигналом LZ разрешения записи максимума нулей и соединен с входами разрешения работы СЕ третьего 26, шестого 29 и восьмого 35 регистров.

Первый RS-триггер пуска-останова TSS 1 предназначен для выделения цикла работы предлагаемого устройства, между сигналами START и STOP, при подаче входной последовательности данных DI размерности N, и формирования флага FE готовности результата.

Блок детектора единиц и нулей 2 предназначен для определения начала групп нулей, при этом формируется сигнал L0, или групп единиц, при этом формируется сигнал L1. Второй D-триггер управления битами TU 6 определяет текущую группу единичных (прямой выход установлен в единичное состояние) или нулевых (инверсный выход установлен в единичное состояние) бит последовательности входных данных DI. Третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7 обеспечивает задержку счета групп на один первый такт в цикле работы.

Первый сумматор 9 текущего номера группы SMG и четвертый регистр 27 количества групп предназначены для подсчета общего количества нулевых и единичных групп во входной последовательности данных DI размерности N. Второй счетчик бит СВ 10 осуществляет подсчет нулевых и единичных бит в каждой группе. Выходной буфер ОВ 11 предназначен для накопления сумм нулевых и единичных бит в каждой группе.

Первый счетчик 22 номера бит CNB предназначен для счета номеров бит во входной бинарной последовательности DI. Первый регистр 23 предназначен для хранения текущего номера бит группы RNM.

Седьмой регистр 32 предназначен для хранения количества единиц в максимальной группе MU. Восьмой регистр 35 предназначен для хранения количества нулей в максимальной группе MZ.

Третий счетчик нулей CZ 15 осуществляет подсчет общего количества нулевых бит во входной последовательности данных DI. Четвертый счетчик единиц CU 16 осуществляет подсчет общего количества единичных бит во входной последовательности данных DI. Пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 предназначен для определения соотношение между количеством нулевых и единичных бит во всей входной двоичной последовательности DI. При этом реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 осуществляет суммирование единичных бит (вход UP=1) или вычитание нулевых бит (вход UP=0) и формирует флаг «нулей больше единиц» F01.

Блок преобразователя кода разности 18 осуществляет преобразование значения кода разности с внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU от реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17 в код дополнения до 2^М когда общее количество нулевых бит превышает общее количество единичных бит во всей входной двоичной последовательности DI (при этом флаг «нулей больше единиц» F01 установлен в единичное значение F01=1).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Принцип работы предлагаемого устройства состоит в следующем. На внешний вход данных DI последовательно разряд за разрядом поступают биты входной последовательности данных размерностью N. Устройство начинает работать после подачи сигнала START, при котором по фронту тактового сигнала С в единичное состояние устанавливается первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, в нулевое состояние устанавливаются второй D-триггер управления битами TU 6 и третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, а также нулевые значения устанавливаются во втором счетчике бит СВ 10, в третьем счетчик нулей CZ 15, в четвертом счетчике единиц CU 16, в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17, в первом счетчике номера бит CNB 22, в первом регистре 23, со второго регистра 25 по шестой регистр 29, в седьмом регистре 32, в восьмом регистре 35 и устанавливается нулевой начальный адрес в выходном буфере ОВ 11. Единичное значение устанавливается на выходе второго сумматора 24 текущего номера бит группы SNM и нулевое значение устанавливается на выходе первого сумматора 9 текущего номера группы SMG. Единичное значение с прямого выхода первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 разрешает работать в счетном режиме первому счетчику номера бит CNB 22 и второму счетчику бит СВ 10, а также поступает на прямые входы первого 3 и второго 4 элементов И с инверсным входом. Первый счетчик номера бит CNB 22 осуществляет счет бит во входной бинарной последовательности входных данных DI.

В блоке детектора единиц и нулей 2 второй D-триггер управления битами TU 6 определяет группу единичных или нулевых разрядов входных данных DI следующим образом. Когда второй D-триггер управления битами TU 6 установлен в нулевое состояние, выход которого соединен с инверсным входом первого 3 элемента И и с прямым входом второго 4 элемента И, а также прямой вход первого 3 элемента И и инверсный вход второго 4 элемента И соединены с входом данных DI, то на выходе L1 первого 3 элемента И формируется единичное значение L1=1 при появлении единичного значения на входе данных DI или нулевое значение L1=0 при нулевом значении на входе данных DI, а также на выходе L0 второго 4 элемента И будет установлено нулевое значение L0=0 независимо от входного значения на входе данных DI. При единичном состоянии второго D-триггера управления битами TU 6 аналогично на выходе L0 второго 4 элемента И будет установлено единичное значение L0=T при нулевом значении на входе данных DI или нулевое значение L0=0 при единичном значении на входе данных DI, а также на выходе L1 первого 3 элемента И будет установлено нулевое значение L0=0 независимо от входного значения на входе данных DI. Таким образом, блок детектора единиц и нулей 2 детектирует (выявляет) переход в последовательности входных данных DI от группы нулевых бит к группе единичных бит при нулевом состоянии второго D-триггер управления битами TU 6 и переход в последовательности входных данных DI от группы единичных бит к группе нулевых бит при единичном состоянии второго D-триггера управления битами TU 6. Сигналы L1 и L0 с выходов первого 3 и второго 4 элементов И с инверсным входом поступают на входы элемента ИЛИ 5, на выходе LE которого формируется единичное значение LE=1 при переходе от «нулевых» групп к «единичным» группам и наоборот в последовательности входных данных DI. Далее сигнал с выхода LE поступает на вход разрешения работы СЕ второго D-триггера управления битами TU 6, который по фронту тактового сигнала С переходит в противоположенное состояние, так как его информационный D-вход соединен с инверсным входом второго D-триггера управления битами TU 6.

Единичное значение сигнала LE=1 также поступает на входы разрешения СЕ выходного буфера ОВ 11 и первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, через третий элемент И 8 на вход разрешения СЕ четвертого регистра 27 количества групп, через седьмой элемент И 31 и восьмой элемент И 34 с одним инверсным входом соответственно на входы разрешения СЕ седьмого регистра 32 количества единиц в максимальной группе и восьмого регистра 35 количества нулей в максимальной группе, а также на вход L разрешения записи кода данных «0…01» во второй счетчик бит СВ 10, у которого вход L имеет высший приоритет. Поэтому при единичном значении сигнала LE=1 (при переходе между группами разрядов в последовательности входных данных DI) загружается код «0…01» во второй счетчик бит СВ 10 - выполняется счет одного текущего бита следующей группы в последовательности входных данных DI.

В начале работы устройство настроено на счет группы нулевых бит в последовательности входных данных DI (так как второй D-триггер управления битами TU 6 установлен в нулевое состояние) и выполняется счет нулевых бит до первого единичного бита данных DI, по которому второй D-триггер управления битами TU 6 переходит в единичное состояние и далее осуществляется счет единичных бит в последовательности входных данных DI до первого нулевого бита данных DI, по которому вновь переключается второй D-триггер управления битами TU 6.

При единичном значение сигнала LE=1 по фронту тактового сигнала С также осуществляется запись в выходной буфер ОВ 11 кода с выхода второго счетчика бит СВ 10, значение которого соответствует количеству бит в соответствующей группе входных данных DI. При этом в четные адреса, начиная с нулевого адреса, выходного буфера ОВ 11 записываются значения соответствующие количеству бит в «нулевых» группах, а в нечетных адресах, начиная с первого адреса, записываются значения соответствующие количеству бит в «единичных» группах. Если во входной последовательности DI данные начинаются с единичного значения первого бита, то по нулевому адресу ОВ0 выходного буфера ОВ 11 записывается код «все нули», который в этот момент времени установлен на втором счетчике бит СВ 10.

Одновременно при единичном значение сигнала LE=1 по фронту тактового сигнала С также осуществляется запись с выхода первого счетчика 22 номера бит CNB в первый регистр 23 текущего номера бит группы RNM, который соответствует номеру бита последнего бита предыдущей группы. Данное значение кода увеличивается на единицу на втором сумматоре 24 текущего номера бит группы SNM, который соответствует номеру первого бита очередной текущей группы бит.

Кроме того на каждом шаге значение кода бит текущей группы с выхода второго счетчика бит СВ 10 сравнивается на первом 30 и втором 33 компараторах со значениями кодов соответственно с выходов седьмого регистра 32 количества единиц в максимальной группе и восьмого регистра 35 количества нулей в максимальной группе. При этом если код суммы бит текущей группы с выхода второго счетчика бит СВ 10 больше значений кодов на седьмом 32 и восьмом 35 регистрах, то на выходах соответствующих первого 30 и второго 33 компараторов формируются единичные значения соответственно флагов: GU - флаг «единиц больше» и GZ - флаг «нулей больше». Далее при единичном значение сигнала LE=1 и в зависимости от состояния выхода триггера TU управления битами формируются сигналы LU разрешения записи максимума единиц или LZ разрешения записи максимума нулей в соответствии с которыми по фронту тактового сигнала С код суммы бит текущей группы с выхода второго счетчика бит СВ 10 записывается в седьмой регистр 32 количества единиц в максимальной группе (при TU=1) или в восьмой регистр35 количества нулей в максимальной группе (при TU=0). Выходы седьмого 32 и восьмого 35 регистров являются соответственно группами внешних выходов MU количества единиц в максимальной группе и MZ количества нулей в максимальной группе.

Одновременно на первом сумматоре SMG 9 текущего номера группы и четвертом регистре 27 количества групп осуществляется счет групп при единичном значение сигнала LE=1 по фронту тактового сигнала С. При этом выходы четвертого регистра 27 являются группой внешних выходов количества групп QG. Кроме того код с первого сумматора SMG 9 текущего номера группы при соответствующем единичном значении сигнала LU разрешение записи максимума единиц или сигнала LZ разрешения записи максимума нулей по фронту тактового сигнала С записывается в пятый регистр 28 номера группы максимальной группы единиц или в шестой регистр 29 номера группы максимальной группы нулей.

Значение кода текущего номера бит группы со второго 24 сумматора SNM записывается во второй 25 или третий 26 регистры при соответствующем единичном значении сигнала LU разрешение записи максимума единиц или сигнала LZ разрешения записи максимума нулей по фронту тактового сигнала С. Выходы второго 25 и третьего 26 регистров являются соответственно группами внешних выходов NMU номера начала максимальной группы единичных бит и NMZ номера начала максимальной группы нулевых бит.

При единичном значении сигнала STOP по фронту тактового сигнала С в нулевое состояние устанавливается первый RS-триггер пуска-останова TSS 1 и формируется флаг готовности результата FE=1. Одновременно также устанавливается единичное значение на выходе LE элемента ИЛИ 5 (LE=1) и по фронту тактового сигнала С осуществляется запись кода с выхода второго счетчика бит СВ 10 соответствующего последней группе бит в последовательности входных данных DI и увеличивается значение количества групп в четвертом регистре 27 количества групп.

При заполнении выходного буфера ОВ 11 формируется флаг «Буфер заполнен» FF=1. Считывание данных из выходного буфера ОВ 11 осуществляется по сигналам с внешней шины управления обменом ЕО и при достижении нулевого адреса формируется флаг «Буфер пуст» FZ=1.

Одновременно по каждому тактовому сигналу в третьем счетчике нулей CZ 15 осуществляется подсчет общего количества нулевых бит во входной последовательности данных DI при единичном значении на инверсном выходе второго D-триггера управления битами TU 6, в четвертом счетчике единиц CU 16 осуществляется подсчет общего количества единичных бит во входной последовательности данных DI при единичном значении на прямом выходе второго D-триггера управления битами TU 6. Кроме того в пятом 17 реверсивном счетчике нулей-единиц CZU осуществляется суммированием подсчет единичных бит и вычитанием подсчет нулевых бит.Таким образом, на выходе пятого 17 реверсивного счетчика нулей-единиц CZU на внутренней шине ZU будет установлен код разности между суммой единичных и нулевых бит в последовательности входных данных DI.

Далее если сумма нулевых бит превышает сумму единичных бит, то формируется единичное значение флага «нулей больше единиц» F01=1. По этому флагу F01 в блоке преобразователя кода разницы 18 формируется код дополнения до 2 м, который будет соответствовать соотношению между нулевыми и единичными битами в последовательности входных данных DI.

Дополнение получается после изменения всех старших единиц на нули, кроме последней младшей единицы, и всех старших нулей на единицы, до последней младшей единицы, т.е. выполняется инверсия старших разрядов до последней младшей единицы. При этом самый младший разряд с внутренней шины ZU всегда остается неизменным.

Анализ единиц начинается с младшего разряда шины ZU в группе 19 из (М-2) элементов ИЛИ. При этом выявление единицы в одном из младших разрядов передается последовательно на все старшие разряды по цепочке последовательно соединенных элементов ИЛИ, в группе 19 из (М-2) элементов, и при единичном значении флага «нулей больше единиц» F01=1 через группу 20 из (М-1) элементов И поступает на группу 21 из (М-1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, на которых проводится инверсия битов старших разрядов шины ZU. При нулевом значении флага «нулей больше единиц» F01=0 на выходах группы 20 из (М-1) элементов И формируется нулевой сигнал, поэтому через группу 21 из (М-1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, который можно рассматривать как элемент «управляемый инвертор», передается значение разрядов шины ZU без преобразования.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При подаче сигнала на вход CLR асинхронной установки в нулевое состояние устанавливается первый RS-триггер пуска-останова TSS 1. Тактовые сигналы с входа С постоянно поступают на входы синхронизации всех триггеров, регистров и счетчиков, режимы работы которых задаются сигналами на соответствующих входах управления, а исполняются по фронтам тактовых сигналов С.

На временных диаграммах на фиг. 3 и фиг. 4 приведена работа предлагаемого устройства. На фиг. 3 на внешний вход данных DI подана последовательность «01111001110» содержащая N=11 бит, а на фиг. 4 три последовательности «101», «000», «111» содержащие по N=3 бит, которые отражают основные особенности работы устройства.

Работа устройства в каждом цикле начинается после подачи сигнала START. При этом по фронту первого тактового сигнала С (момент времени t1 на фиг. 3 и t21, t27, t33 на фиг. 4) в единичное состояние устанавливается первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, в нулевое состояние устанавливаются второй D-триггер управления битами TU 6 и третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, а также нулевые значения устанавливаются во втором счетчике бит СВ 10, в третьем счетчик нулей CZ 15, в четвертом счетчике единиц CU 16, в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17, в первом счетчике номера бит CNB 22, в первом регистре 23, со второго регистра 25 по шестой регистр 29, в седьмом регистре 32, в восьмом регистре 35 и устанавливается начальный нулевой адрес в выходном буфере ОВ 11. Единичное значение устанавливается на выходе второго сумматора 24 текущего номера бит группы SNM и нулевое значение устанавливается на выходе первого сумматора 9 текущего номера группы SMG. Единичное значение с прямого выхода первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 разрешает работать в счетном режиме первому счетчику номера бит CNB 22 и второму счетчику бит СВ 10, а также поступает на прямые входы первого 3 и второго 4 элементов И с инверсным входом.

На внешний вход данных DI последовательно разряд за разрядом поступают биты входной бинарной последовательности данных размерностью N. В момент времени t2 (фиг. 3) на вход данных поступает нулевое значение первого бита входной последовательности DI и по фронту тактового сигнала С осуществляет суммирование бит во втором счетчике бит СВ 10 (СВ=1) и номеров бит в первом счетчике 22 номера бит CNB, а также переходит в единичное состояние третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, по которому код «1» устанавливается на выходе первого сумматора 9 текущего номера группы SMG. При этом не выполняется увеличение количества групп в четвертом регистре 27 количества групп, а также не выполняется счет нулей в счетчиках CZ 15 и CZU 17, так как были установлены нулевые значения на входах СЕ разрешения работы данных счетчиков до фронта сигнала С в момент времени t2.

Кроме того после момента времени t2 значение кода «1» с выхода второго счетчика бит СВ 10 (СВ=1) сравнивается с нулевыми кодами с выходов седьмого 32 и восьмого 35 регистров максимальных групп на первом 30 и втором 33 компараторах, и на выходах которых формируются единичные значения флага GU «единиц больше» и флага GZ «нулей больше».

Между моментами времени t2 и t3 на вход данных DI поступает единичное значение, по которому в блоке детектора 2 осуществляется выявление единичного бита и на выходе первого 3 элемента И формируется единичный сигнал L1=1 разрешения счета единиц, и далее формируется единичный сигнал LE=1 разрешения счета бит на выходе элемента ИЛИ 5. Кроме того формируется сигнал LZ разрешения записи максимума нулей на выходе восьмого элемента И 34 с одним инверсным входом.

В момент времени t3 по фронту тактового сигнала С в единичное состояние переключается второй D-триггер управления битами TU 6, осуществляется суммирование номеров бит в первом счетчике 22 номера бит CNB, запись кода «1» с выхода первого сумматора 9 текущего номера группы SMG в четвертый регистр 27 количества групп (при сигналах LE=1 и ТСЕ=1) и формирование номера следующей группы на первом сумматоре 9 текущего номера группы SMG, суммирование в третьем счетчике нулей CZ 15 и вычитание в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17 (на фиг. 3 счетчик CZU 17 содержит пять разрядов, так как М=4). При этом в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17 формируется код F (1111), который поступает на внутреннюю шину «разность единиц и нулей» ZU, а также формируется флаг «нулей больше единиц» F01=1. В блоке преобразователя кода разности 18 код F (1111), с внутренней шины ZU и при значении флага F01=1, преобразуется в код дополнения до 2⁴ (выполняется инверсия старших разрядов до младшего единичного бита) и на группу внешних выходов QZU передается значение кода «1 (0001)».

Одновременно при сигнале LE=1, который поступает на вход СЕ разрешения работы, осуществляется запись в выходной буфер ОВ 11 по нулевому адресу ОВО значения с выхода второго счетчика бит СВ 10 (значение ОВ0=1 - соответствует количеству нулевых бит в первой группе входных данных DI), а также при сигнале LE=1, который поступает на вход L разрешения записи второго счетчика бит СВ 10, осуществляется запись двоичного кода «0…01» во второй счетчик бит СВ 10 (СВ=1 - выполняется счет первого единичного бита из второй группы). При переходе в единичное состояние второго D-триггера управления битами TU 6 блок детектора 2 настроен на выявление нулевых бит во входных данных DI.

Кроме того в момент времени t3 по фронту тактового сигнала С при единичном сигнале LZ разрешения записи максимума нулей осуществляется запись в восьмой регистр 35 кода «1» с выхода второго счетчика бит СВ 10, запись в третий регистр 26 кода «1» с выхода второго сумматора SNM и запись в шестой регистр 29 кода «1» с выхода первого сумматора SMG.

Далее в моменты времени t4, t5, t6 по фронту тактовых сигналов С осуществляется суммирование единичных бит во втором счетчике бит СВ 10 (СВ=2, 3, 4 - фиг. 3), а также суммирование в четвертом счетчике единиц CU 16 и пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17. Одновременно осуществляется счет в первом счетчике 22 номера бит CNB (CNB=3, 4, 5).

При этом также в течении интервалов времени t3-t6 значение кодов с выхода второго счетчика бит СВ 10 сравнивается с нулевым кодом «0» с выхода седьмого регистра 32 и с единичным кодом «1» с выхода восьмого регистров 35 соответствующих максимальных групп на первом 30 и втором 33 компараторах, и на выходах которых формируются соответствующие единичные значения флага GU «единиц больше» и флага GZ «нулей больше».

Между моментами времени t6 и t7 на вход данных DI поступает нулевое значение, по которому в блоке детектора 2 осуществляется выявление нулевого бита и на выходе второго 4 элемента И формируется единичный сигнал L0=1 разрешения счета нулей, и далее формируется единичный сигнал LE=1 разрешения счета бит на выходе элемента ИЛИ 5, а также формируется единичный сигнал LU разрешения записи максимума единиц.

В момент времени t7 по фронту тактового сигнала С при сигнале LE=1 осуществляется запись в выходной буфер ОВ 11 по первому адресу ОВ1 значения с выхода второго счетчика бит СВ 10 (значение ОВ1=4 - соответствует количеству единичных бит во второй группе входных данных DI), запись двоичного кода «0…01» во второй счетчик бит СВ 10 (СВ=1 выполняется счет первого нулевого бита третьей группы) и увеличение в четвертом регистре 27 количества групп (QG=2) Одновременно осуществляется суммирование последнего четвертого единичного бита второй входной группы в четвертом счетчике единиц CU 16 (CU=4) и пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17 (CZU=3 -соответствует сумме четырех единичных бит и вычитанию одного нулевого бита). Также в момент времени t7 в нулевое состояние переключается второй D-триггер управления битами TU 6 и блок детектора 2 настраивается на выявление следующей группы единичных бит во входных данных DI.

Кроме того в момент времени t7 по фронту тактового сигнала С при сигнале LU=1 разрешения записи максимума единиц осуществляется запись кода «2» во второй регистр 25 номера начала максимальной группы единичных бит, с которого передается на группу внешних выходов NMU номера начала максимальной группы единичных бит, запись кода «2» в пятый регистр 28 номера группы максимальной группы единиц, с которого передается на группу внешних выходов NGMU номера группы максимальной группы единиц, и запись кода «4» в седьмой регистр 32 количества единиц в максимальной группе, значение с выходов которого передается на группу внешних выходов MU количества единиц в максимальной группе. Также увеличивается на единицу значение первого сумматора 9 текущего номера группы SMG (SMG=3).

Далее по фронту тактовых сигналов С аналогично в моменты времени t8 и t9 осуществляется счет нулевых бит в третьей группе входных данных DI. При этом также на выходе восьмого элемента И 34 с одним инверсным входом формируется сигнал LZ=1 разрешения записи максимума нулей, по которому осуществляется запись соответствующих кодов во второй 25, пятый 28 и седьмой 32 регистры, с которых передаются на соответствующие группы внешних выходов NMZ, NGMZ и MZ. Кроме того также увеличивается значение в четвертом регистре 27 и на выходе количества групп QG (QG=3). В момент времени t9 по фронту тактового сигнала С при сигнале LE=1 также осуществляется запись в выходной буфер ОВ 11 по второму адресу ОВ2 значения с выхода второго счетчика бит СВ 10 (значение ОВ2=2 - соответствует количеству нулевых бит во третьей группе входных данных DI), запись двоичного кода «0…01» во второй счетчик бит СВ 10 (СВ=1 выполняется счет первого нулевого бита четвертой группы).

В моменты времени t10 и t11 осуществляется счет единичных бит в четвертой группе входных данных DI. В момент времени t12 по фронту тактового сигнала С при нулевом бите входных данных DI осуществляется запись количества единичных бит в третьей группе (ОВ3=3), увеличение четвертого регистра 27 количества групп (QG=4), а также подсчет общего количества единичных бит в четвертом счетчике единиц CU 16 (CU=7) и вычисление разности в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17 (CZU=4 - соответствует разности между количеством единичных бит (CU=7) и нулевых бит (CZ=3)).

Между моментами времени t12 и t13 поступает сигнал STOP, по которому в момент времени 113 по фронту тактового сигнала С в нулевое состояние переходит первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, который запрещает дальнейший счет бит и формируется флаг готовности FE=1. Одновременно также формируется единичный сигнал LE разрешение счета бит LE=1 по которому осуществляется увеличение значения в четвертом регистре 27 количества групп (QG=5 - указывает на общее количество групп равное пяти), и аналогично выше рассмотренному осуществляется запись в выходной буфер ОВ 11 по четвертому адресу ОВ4 (ОВ4=1), счет нулевого бита пятой группы в третьем счетчике нулей CZ 15 (CZ=4), вычисление разности единичных и нулевых бит в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17 (CZU=3).

Значения с выходов счетчиков третьего нулей CZ15, четвертого единиц CU 16, пятого реверсивного CZU 17 поступают на соответствующие внешние выходы групп QZ, QU, QZU, а также сформированные флаги поступают на соответствующие внешние выходы. Кроме того значения с выходов со второго по восьмой регистры поступают на соответствующие внешние выходы групп NMU, NMZ, QG, NGMU, NGMZ, MU и MZ.

Таким образом, для входной последовательности «01111001110» сформированы следующие значения: количество групп QG=5, количество нулей CZ=4, количество единиц CU=7, разность единиц и нулей CZU=3, нулевой адрес «нулевой» группы содержит один бит ОВ0=1, первый адрес «единичной» группы содержит четыре бита ОВ1=4, второй адрес «нулевой» группы - ОВ2=2, третий адрес «единичной» группы - ОВ3=3, четвертый адрес «нулевой» группы - ОВ4=1, номер начала максимальной группы единичных бит NMU=2, номер начала максимальной группы нулевых бит NMZ=6, номер группы максимальной группы единиц NGMU=3, номер группы максимальной группы нулей NGMZ=6, количество единиц в максимальной группе MU=4 и количество нулей в максимальной группе MZ=2.

Считывание результатов из выходного буфера ВО 11 выполняется под управлением по внешней шине управления ЕО. При реализации выходного буфера в виде двухпортовой памяти FIFO, обмен можно выполнять в процессе цикла работы подсчета единичных и нулевых бит с учетом значений флагов «Буфер пуст» FZ и «Буфер заполнен» FF.

На фиг. 4 в отличие от последовательности на фиг. 3 в первой последовательности входных данных «101» первый бит, подаваемый на вход DI, имеет единичное значение (интервал времени между t21 и t22). Так как после подачи сигнала START (момент времени t21) второй D-триггер управления битами TU 6 устанавливается в нулевое состояние, то блок детектора 2 всегда в начале каждого цикла работы устройства настроен на выявление единичных бит. Поэтому одновременно с подачей единичного бита на вход DI на выходе L1 первого 3 элемента И формируется единичное значение L1=1 разрешения счета единиц и далее единичное значение LE=1 разрешения счета бит на выходе элемента ИЛИ 5.

В момент времени t22 по фронту тактового сигнала С при сигнале LE=1 осуществляется запись двоичного кода «0…01» во второй счетчик бит СВ 10 (СВ=1 - выполняется счет первого единичного бита), но запрещен подсчет групп на первом сумматоре 9 текущего номера группы SMG и четвертом регистре 27 количества групп, так как третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7 до момента времени t22 был установлен в нулевое состояние. Одновременно при сигнале LE=1, который поступает на вход СЕ разрешения работы, осуществляется запись в выходной буфер ОВ 11 по нулевому адресу ОВ0 нулевого значения с выхода второго счетчика бит СВ 10 (значение ОВ0=0 - соответствует тому, что нулевые биты в первой группе входных данных DI отсутствуют).

Далее по фронту тактовых сигналов С в моменты времени t22, t23, t24, аналогично рассмотренным режимам приведенным на фиг. 3, проводится выявление и подсчет нулевых и единичных бит по группам в бинарной последовательности входных данных DI, общее количество бит и количество групп.

Одновременно на первом 30 и втором 33 компараторах осуществляется сравнение кодов с выхода второго счетчика бит СВ 10 соответственно с кодами «0» с выходов седьмого 32 и восьмого 35 регистров максимальных групп и формируются соответствующие единичные значения флага GU «единиц больше» и флага GZ «нулей больше». При этом между моментами времени t22 и t23, t23 и t24 формируются соответственно сигнал LU разрешения записи максимума единиц на выходе седьмого элемента И 31 и сигнал LZ разрешения записи максимума нулей на выходе восьмого элемента И 34 с одним инверсным входом, по которым проводится запись соответствующих кодов «1» в седьмой 32 (MU=1) и восьмой 35 (MZ=1) регистры максимальных групп. Кроме того, в момент времени t23 по фронту тактового сигнала С код «1» записывается во второй регистр 25 номера начала максимальной группы единичных бит (NMU=1) и в пятый регистр 28 номера группы максимальной группы единиц (NGMU=1), а в момент времени t24 по фронту тактового сигнала С код «2» записывается во третий регистр 26 номера начала максимальной группы нулевых бит (NMZ=2) и в шестой регистр 29 номера группы максимальной группы нулей (NGMZ=2).

В момент времени t25 после подачи сигнала STOP для входной последовательности «101» будут сформированы следующие значения: количество групп QG=3, количество нулей CZ=1, количество единиц CU=2, разность единиц и нулей CZU=1, нулевой адрес «нулевой» группы указывает на отсутствие нулевых бит ОВ0=0, первый адрес «единичной» группы содержит один бит ОВ1=1, второй адрес «нулевой» группы также один бит ОВ2=1 и третий адрес «единичной»группы также один бит ОВ3=1, а также количество единиц в максимальной группе MU=1, количества нулей в максимальной группе MZ=1, номер начала максимальной группы единичных бит NMU=1, номер группы максимальной группы единиц NGMU=1, номер начала максимальной группы нулевых бит NMZ=2, номер группы максимальной группы нулей NGMZ=2.

В моменты времени t27 - t31 на фиг. 4 приведена временная диаграмма работы устройства при подаче на вход данных DI последовательности содержащей одну группу только нулевых бит «000». После подачи сигнала START (момент времени t27) второй D-триггер управления битами TU 6 устанавливается в нулевое состояние, поэтому блок детектора 2 настроен на выявление единичных бит (всегда в начале каждого цикла работы устройства). Так как во входной последовательности отсутствуют единичные биты, которые поэтому не обнаруживаются блоком детектора 2, то в устройстве не формируется единичное значение L1=T разрешения счета единиц. При этом осуществляется суммирование во втором счетчике бит СВ 10 (СВ=1, 2, 3), суммирование в третьем счетчике нулей CZ 15 (CZ=1, 2, 3) и вычитание в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17 (CZU=F, Е, D). Так как количество нулевых бит больше количества единичных бит, которые отсутствуют, то формируется также единичное значение флага «нулей больше единиц» F01=1, по которому в блоке преобразователя кода разности 18 входные коды F (1111), Е (1110), D (1101) с внутренней шины ZU преобразуются в коды дополнения до 2⁴ (выполняется инверсия старших разрядов до младшего единичного бита) и на группу внешних выходов QZU передаются соответствующие значения кодов - «1 (0001)», «2 (0010)», «3 (0011)». Одновременно также формируются соответствующие единичные значения флага GU «единиц больше» и флага GZ «нулей больше».

При подаче сигнала STOP в момент времени t31 приостанавливается работа устройства, завершается цикл распознавания бит второй входной последовательности «000», для которой будут сформированы следующие значения: количество групп QG=1, количество нулей CZ=3, количество единиц CU=0, разность единиц и нулей CZU=D (1101), разность единиц и нулей после преобразования на выходе QZU=3, нулевой адрес «нулевой» группы содержит три бита ОВ0=3, последующие группы не содержат бит (значения равны 0). Одновременно формируются следующие коды: количество групп QG=1, количество единиц в максимальной группе MU=0, количества нулей в максимальной группе MZ=3, номер начала максимальной группы единичных бит NMU=0, номер группы максимальной группы единиц NGMU=0, номер начала максимальной группы нулевых бит NMZ=0, номер группы максимальной группы нулей NGMZ=1.

В моменты времени t33-t37 на фиг. 4 приведена временная диаграмма работы устройства при подаче на вход данных DI последовательности содержащей одну группу только единичных бит «111». После подачи сигнала START (момент времени t33) второй D-триггер управления битами TU 6 устанавливается в нулевое состояние, поэтому блок детектора 2 настроен на выявление единичных бит. Поэтому, аналогично как в моменты времени t22-t23, одновременно с подачей единичного бита на вход DI на выходе L1 первого 3 элемента И формируется единичное значение L1=1 разрешения счета единиц и далее единичное значение LE=1 разрешения счета бит на выходе элемента ИЛИ 5. Далее, так как во входной последовательности на DI присутствуют только единичные биты, то осуществляется суммирование во втором счетчике бит СВ 10 (СВ=1, 2, 3), суммирование в четвертом счетчике единиц CU 16 (CU=1, 2, 3), суммирование в пятом реверсивном счетчике нулей-единиц CZU 17 (CZU=1, 2, 3) и формирование нулевого значения флага «нулей больше единиц» F01=0. Одновременно также формируются соответствующие единичные значения флага GU «единиц больше» и флага GZ «нулей больше».

При подаче сигнала STOP момент времени t37 завершается цикл распознавания бит третьей входной последовательности «111», для которой будут сформированы следующие значения: количество групп QG=1, количество нулей CZ=0, количество единиц CU=3, разность единиц и нулей CZU=3, нулевой адрес «нулевой» группы указывает на отсутствие нулевых бит ОВ0=0, первый адрес «единичной» группы содержит три бит ОВ1=3, последующие группы не содержат бит (значения равны 0). Одновременно формируются следующие коды: количество единиц в максимальной группе MU=3, количества нулей в максимальной группе MZ=0, номер начала максимальной группы единичных бит NMU=1, номер группы максимальной группы единиц NGMU=1, номер начала максимальной группы нулевых бит NMZ=0, номер группы максимальной группы нулей NGMZ=0.

Предлагаемое устройство может быть применено для аппаратной реализации статистических тестов разработанных лабораторией информационных технологий Национального института стандартов и технологий (NIST, США), целью которых является определение меры случайности двоичных последовательностей порожденных генераторами случайных чисел. В частности предлагаемое устройство реализует:

- частотный побитовый тест, суть которого определить соотношение между нулями и единицами во всей двоичной последовательности. Цель - выяснить действительно ли число нулей и единиц в последовательности приблизительно одинаковы. Тест оценивает, насколько близка доля единиц к 0,5.

- частотный блочный тест, суть которого определение доли единиц внутри блока длиной К бит. Цель - выяснить действительно ли частота повторения единиц в блоке длиной К бит приблизительно равна К/2.

- тест на последовательность одинаковых бит, суть которого состоит в подсчете полного числа рядов (групп) в исходной последовательности, где под рядом понимается непрерывная подпоследовательность одинаковых бит. Ряд (группа) длиной k бит состоит из k абсолютно идентичных бит, начинается и заканчивается с бита содержащего противоположное значение. Цель - сделать вывод о том. действительно ли количество рядов (групп), состоящих из единиц и нулей с различными длинами, соответствует их количеству в случайной последовательности. В частности, определяется быстро либо медленно чередуются единицы и нули в исходной последовательности.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для входных бинарных последовательностей данных размерностью N, поступающих на внешний вход данных DI, на соответствующих внешних выходах групп устройства формируются двоичные коды, соответствующие количеству групп QG, количеству нулевых бит QZ, количеству единичных бит QU, разности между количеством единичных и нулевых бит QZU, количество бит по группам QO с выходного буфера ОВ 11 (при этом в четных адресах, начиная с нулевого адреса, указывается количество нулевых бит в группах, а в нечетных адресах, начиная с первого адреса, указывается количество единичных бит в группах), количество единиц в максимальной группе MU, количества нулей в максимальной группе MZ, номер начала максимальной группы единичных бит NMU, номер группы максимальной группы единиц NGMU, номер начала максимальной группы нулевых бит NMZ, номер группы максимальной группы нулей NGMZ, а также формируются флаг готовности FE, флаг «нулей больше единиц» F01, флаг «Буфер заполнен» FE и флаг «Буфер пуст» FZ.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое устройство решает поставленную задачу и соответствует заявляемому техническому результату - выявление групп подряд идущих единичных и нулевых, определения общего количества групп, выявление максимальных групп единичных и нулевых бит и определение количества бит в максимальных группах, номеров групп и начала групп во входной бинарной последовательности.

Устройство для детектирования групп бит в бинарной последовательности, содержащее

внешний вход данных DI, группу внешних выходов данных QO, группу внешних выходов количества групп QG, группу внешних выходов количества нулей QZ, группу внешних выходов количества единиц QU, группу внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU,

первый RS-триггер пуска-останова TSS 1, блок детектора единиц и нулей 2, который состоит из первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом, элемента ИЛИ 5 и второго D-триггера управления битами TU 6, третий D-триггер разрешения счета групп ТСЕ 7, третий элемент И 8, второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 элементы И, третий счетчик нулей CZ 15, четвертый счетчик единиц CU 16, пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 и блок преобразователя кода разности 18, который содержит группу из (М-2) элементов ИЛИ 19, группу из (М-1) элементов И 20 и группу из (М-1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, где M=[log₂N]+1 (меньшее целое), а N - размерность входной последовательности данных, причем второй счетчик бит СВ 10, выходной буфер ОВ 11, третий счетчик нулей CZ 15 и четвертый счетчик единиц CU 16 имеют разрядность М, а пятый реверсивный счетчик нулей-единиц CZU 17 имеет разрядность (М+1),

а также введены внешние входы асинхронной установки в нулевое состояние CLR, пуска устройства START, остановки устройства STOP и тактовый С, внешняя шина управления обменом ЕО, внешние флаг готовности результата FE, флаг «Буфер заполнен» FF, флаг «Буфер пуст» FZ и флаг «нулей больше единиц» F01 и внутренняя шина «разность единиц и нулей» ZU,

причем внешний вход асинхронной установки в нулевое состояние CLR соединен с соответствующим входом асинхронной установки в нулевое состояние CLR первого RS-триггера пуска-останова TSS 1,

внешний тактовый вход устройства С соединен с входами синхронизации первого RS-триггера пуска-останова TSS 1, второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17,

внешний вход пуска устройства START соединен с входом S синхронной установки в единичное состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и входами R синхронной установки в нулевое состояние второго D-триггера управления битами TU 6, третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7, второго счетчика бит СВ 10, выходного буфера ОВ 11, третьего счетчика нулей CZ 15, четвертого счетчика единиц CU 16 и пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17,

внешний вход остановки устройства STOP соединен с входом R синхронной установки в нулевое состояние первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 и первым входом элемента ИЛИ 5 в блоке детектора единиц и нулей 2,

причем прямой выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 соединен с первыми входами первого 3 и второго 4 элементов И с одним инверсным входом в блоке детектора единиц и нулей 2, с входом СЕ разрешения работы второго счетчика бит СВ 10 и с первыми входами четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И, а инверсный выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 является внешним флагом готовности результата FE,

в блоке детектора единиц и нулей 2 внешний вход данных DI соединен со вторым прямым входом первого 3 элемента И и третьим инверсным входом второго 4 элемента И, выходы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами элемента ИЛИ 5, выход LE которого соединен с входом СЕ разрешения работы второго D-триггера управления битами TU 6, у которого инверсный выход соединен с информационным D-входом второго D-триггера управления битами TU 6, прямой выход которого соединен с третьим инверсным входом первого 3 элемента И и со вторым прямым входом второго 4 элемента И, кроме того инверсный и прямой выходы второго D-триггера управления битами TU 6 являются соответственно первым и вторым выходами, а выход LE элемента ИЛИ 5 является третьим выходом блока детектора единиц и нулей 2,

причем третий выход LE блока детектора единиц и нулей 2 соединен с входом СЕ разрешения работы выходного буфера ОВ 11, первым входом третьего 8 элемента И и входом L разрешения записи второго счетчика бит СВ 10,

информационный D-вход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 подключен к логической единице, а выход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 соединен со вторыми входами третьего 8, четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 элементов И,

на группу информационных D-входов второго счетчика бит СВ 10 подано значение двоичного кода «0…01», а группа выходов второго счетчика бит СВ 10 подключена к группе информационных D-входов выходного буфера ОВ 11, который также подключен к внешней шине ЕО управления обменом, а соответствующие выходы выходного буфера ОВ 11 являются группой внешних выходов данных QO и внешними флагами «Буфер заполнен» FF и «Буфер пуст» FZ,

причем первый выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом четвертого 12 элемента И, а второй выход блока детектора единиц и нулей 2 соединен с третьим входом пятого 13 элемента И и входом UP направления счета реверсивного счетчика нулей единиц CZU 17,

кроме того, выход четвертого 12 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы третьего счетчика нулей CZ 15, выходы которого являются группой внешних выходов количества нулей QZ, выход пятого 13 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы четвертого счетчика единиц CU 16, выходы которого являются группой внешних выходов количества единиц QU, выход шестого 14 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17, у которого первая М разрядная группа выходов является внутренней шиной «разность единиц и нулей» ZU и соединена с соответствующей первой группой блока преобразователя кода разности 18, а второй выход (М+1)-й разряд пятого реверсивного счетчика нулей-единиц CZU 17 является внешним флагом «нулей больше единиц» F01 и соединен с соответствующим вторым входом блока преобразователя кода разности 18, выходы которого являются группой внешних выходов «разность единиц и нулей» QZU,

причем в блоке преобразователя кода разности 18 вторые входы элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов ИЛИ, соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до (M-1)-го разряда, а первые входы элементов ИЛИ 19, начиная со второго до последнего (М-2)-го элемента, соединены с соответствующими выходами предыдущих элементов ИЛИ 19, начиная с первого до предпоследнего (М-3)-го элемента, а первый вход первого элемента ИЛИ 19 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, вторые входы всех элементов И, группы 20 из (М-1) элементов И, соединены между собой и соединены со вторым входом F01 блока преобразователя кода разности 18, а первый вход первого элемента И из группы 20 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, а первые входы элементов И 20, начиная со второго до последнего (М-1), соединены с соответствующими выходами элементов ИЛИ, группы 19 из (М-2) элементов, начиная с первого до (М-2)-го элемента ИЛИ, выходы элементов И, группы 20 из (М-1) элементов, соединены с соответствующими первыми входами одноименных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, вторые входы которых соединены с соответствующими разрядами внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU, начиная со второго разряда до М-го разряда, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группы 21 из (М-1) элементов, являются (М-1) разрядами выходов QZU блока преобразователя кода разности 18, начиная со второго выхода до последнего М-го выхода QZU, а первый разряд выходов QZU блока преобразователя кода разности 18 соединен с первым разрядом внутренней шины «разность единиц и нулей» ZU,

отличающееся тем, что в него дополнительно введены первый сумматор 9 текущего номера группы SMG, первый счетчик 22 номера бит CNB, первый регистр 23 текущего номера бит группы RNM, второй сумматор 24 текущего номера бит группы SNM, второй регистр 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третий регистр 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, четвертый регистр 27 количества групп, пятый регистр 28 номера группы максимальной группы единиц, шестой регистр 29 номера группы максимальной группы нулей, первый компаратор 30 сравнения количества единичных бит, седьмой элемент И 31, седьмой регистр 32 количества единиц в максимальной группе, второй компаратор 33 сравнения количества нулевых бит, восьмой элемент И с одним инверсным входом 34 и восьмой регистр 35 количества нулей в максимальной группе,

а также введены группа внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU, группа внешних выходов количества нулей в максимальной группе MZ, группа внешних выходов номера группы максимальной группы единиц NGMU, группа внешних выходов номера группы максимальной группы нулей NGMZ, группа внешних выходов номера начала максимальной группы единичных бит NMU, группа внешних выходов номера начала максимальной группы нулевых бит NMZ,

причем внешний тактовый вход устройства С и внешний вход пуска устройства START соединен соответственно с входами синхронизации С и с входами R синхронной установки в нулевое состояние первого счетчика 22 номера бит CNB, первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, второго регистра 25 номера начала максимальной группы единичных бит, третьего регистра 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, четвертого регистра 27 количества групп, пятого регистра 28 номера группы максимальной группы единиц, шестого регистра 29 номера группы максимальной группы нулей, седьмого регистра 32 количества единиц в максимальной группе и восьмого регистра 35 количества нулей в максимальной группе,

причем третий выход LE блока детектора единиц и нулей 2 также соединен с входом СЕ разрешения работы первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM и первыми прямыми входами седьмого элемента И 31 и восьмого элемента И с одним инверсным входом 34, а второй выход блока детектора единиц и нулей 2 также соединен с третьим прямым входом седьмого элемента И 31 и третьим инверсным входом восьмого элемента И с одним инверсным входом 34,

прямой выход первого RS-триггера пуска-останова TSS 1 также соединен с входом СЕ разрешения работы первого счетчика 22 номера бит CNB, выход которого соединен с группой информационных входов D первого регистра 23 текущего номера бит группы RNM, выход которого соединен с входом первого слагаемого второго сумматора 24 текущего номера бит группы SNM, у которого на младший разряд второго слагаемого подан код логической единицы «1», а на остальные разряды - код логического нуля «0», при этом выход второго сумматора 24 соединен с информационными входами D второго регистра 25 номера начала максимальной группы единичных бит и третьего регистра 26 номера начала максимальной группы нулевых бит, выходы которых являются соответственно группой внешних выходов номера начала максимальной группы единичных бит NMU и группой внешних выходов номера начала максимальной группы нулевых бит NMZ,

выход третьего 8 элемента И соединен с входом СЕ разрешения работы четвертого регистра 27 количества групп, выход третьего D-триггера разрешения счета групп ТСЕ 7 соединен с младшим разрядом второго слагаемого первого сумматора 9 текущего номера группы SMG, а на остальные разряды второго слагаемого подан код логического нуля «0», группа входов первого слагаемого первого сумматора 9 соединена с выходами четвертого регистра 27 количества групп, а группа выходов первого сумматора 9 соединена с группами информационных входов D четвертого регистра 27 количества групп, пятого регистра 28 номера группы максимальной группы единиц и шестого регистра 29 номера группы максимальной группы нулей, у которых выходы являются соответственно группой внешних выходов количества групп QG, группой внешних выходов номера группы максимальной группы единиц NGMU и группой внешних выходов номера группы максимальной группы нулей NGMZ,

причем группа выходов второго счетчика бит СВ 10 также подключена к группам первых входов первого компаратора 30 сравнения количества единичных бит и второго компаратора 33 сравнения количества нулевых бит и к группам информационных входов D седьмого 32 и восьмого 35 регистров, выходы которых соединены с группами вторых входов соответственно первого компаратора 30 и второго компаратора 33, а также группы выходов седьмого 32 и восьмого 35 регистров являются соответственно группой внешних выходов количества единиц в максимальной группе MU и группой внешних выходов количества нулей в максимальной группе MZ,

кроме того выход первого компаратора 30 является флагом GU «единиц больше» и соединен со вторым прямым входом седьмого элемента И 31, выход которого является сигналом LU разрешения записи максимума единиц и соединен с входами СЕ разрешения работы второго 25, пятого 28 и седьмого 32 регистров, а выход второго компаратора 33 является флагом GZ «нулей больше» и соединен со вторым прямым входом восьмого элемента И, с одним инверсным входом 34, выход которого является сигналом LZ разрешения записи максимума нулей и соединен с входами СЕ разрешения работы третьего 26, шестого 29 и восьмого 35 регистров.