Программируемое устройство

 

Изобретение относится к вычислительной технике и микроэлектронике и может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых устройств и кодовых преобразователей. Цель изобретениярасширение функциональных возможностей устройства за счет программирования порога срабатывания, Поставленная цель достигается тем, что программируемое устройство содержит п - 1 (п - разрядность входного информационного слова) элементов ИЛИ, два демультиплексора и многофункциональный логический модуль. содержащий канальный мультиплексор . Программируемое устройство имеет п информационных входов, 1од2п настроечных входов и один выход. Устройство работает следующим образом. На информационные входы подаются двоичные переменные xi ... хп; на настроечные входы - сигналы настройки Ui... Uk (k JIoganQ,, значения которых принадлежат множеству{0,1}. Если(111,.... Uk)-двоичное представление числа г - 1, то на выходе устройства реализуется фундаментальная симметрическая булева функция Fnr (xi, ..., хп), где 1 r n.B том случае, когда на информационные входы подаются отрицания двоичных переменных xi, ..., хп, а на настроечные входы - двоичное представление числа п - t - 1, то на выходе устройства реализуется фундаментальная симметрическая булева функция Рп1-Рп1(х1, .... хп), гдеО 1 п- 1, 2 ил., 1 табл. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 06 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4905095/24 (22) 24.01.91 (46) 23.01.93. Бюл, № 3 (72) Л.Б,Авгуль и В.П.Супрун (56) Патент США

N 44008877778866, кл. 340-146, 1978, Заявка Японии

¹ 50-70906, кл. G 06 F 11/08, 1978, (54) ПРОГРАММИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к вычислительной технике и микроэлектронике и может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых устройств и кодовых преобразователей. Цель изобретения — расширение функциональных возможностЕй устройства эа счет программирования порога срабатывания, Поставленная цель достигается тем, что программируемое устройство содержит и - 1 (n — разрядность входного информационного слова) элементов ИЛИ, два демультиплексора и многофункциональный логический модуль, Изобретение относится к вычислительной технике и микроэлектронике и может быть использовано при построении отказоустойчивых цифровых устройств и кодовых преобразователей.

Известно устройство для определения наличия одной единицы в и-разрядном двоичном слове, содержащее группы элементов И-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Недостатком устройства является ограниченная область применения, вследствие единственности порога срабатывания (" один бит из и бит"). Ы,, l 789979 A l содержащий 2 — канальный мультиплеки-1 сор. Программируемое устройство имеет и информационных Входов ) 092п(на строечных входов и один выход. Устройство работает следующим образом. На информационные входы подаются двоичные переменные x> ... x>, на настроеч- . ные входы — сигналы настройки u ... 0 (к =

=)!одоп()„значения которых принадлежат множеству (О, 1}. Если (01...„UI<) — двоичное представление числа r - 1, то на выходе устройства реализуется фундаментальная симметрическая булева функция F,"-Рл (x1, ..„õ,), где 1 9 г и. В том случае, когда на информационные входы подаются отрицания двоичных переменных x>, ..., х,, а на настроечные входы — двоичное представление числа и - t - 1, то на выходе устройства реализуется фундаментальная симметрическая булева функция F< = F (õ1, ..„хл), где 0 < t < n. - 1, 2 ил., 1 табл, Наиболее близким по функциональным возможностям и конструкции техническим решением к предлагаемому является устройство контроля двоичной информации, содержащее группы элементов И, ИЛИ, НЕ.

Недостатком устройства является невозможность программируемого изменения (настройки сигналами иэ {О, 1}) порога срабатывания.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет программирования порога срабатывания.

1789979

Поставленная цель достигается тем, что в программируемое устройство, содержащее n - 1 (n — разрядность входного информационного слова) элементов ИЛИ, введены многофункциональный логический . модуль, выход которого соединен с выходом устройства, и два демультиплексора, информационный вход первого из которых соединен с первым информационным входом устро9ствй й"ййверсным информационным входоМ второго демультиплексора, i-й (I =- 1.

2, ..., k; k = )оц2п() адресный вход которого соединен с i-м настроечным входом устройства и I-м адресным входом первого демультиплексора, первый выход которого соединен с первым настроечным входом многофункционального логического модуля, (J + 1)-й (j = 1, 2, ... и - 1) выход соединен с первым входом J-ro элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с j-м выходом второго демультиплексора, а выход соединен с (J + 1)-м настроечным входом многофункционального логического модуля, )-й информационный вход которого соединен с (j + 1)-м информационным входом устройства, кроме того, многофункциональный логический модуль содержит мультиплексор, выход которого соединен с выходом модуля, j-й информационный вход которого соединен с)-м адресным входом мультиплексора, первый настроечный вход соединен с первым входом данных мультиплексора, (i+ 1)-й, (I = 1, 2; ..., n - 2) настроечный вход соединен с s-м (2 < S < 2" - 1; I =- as.1+ as.ã+ ... + as,n-1, ГДЕ и-1 as = (as,1, as,2..., as,), ..., ав,и-1) — ДВОИЧНОЕ представление числа s; as I F (0, 1); ) = 1, 2, .„, n-1) входом данных мультиплексора, и-й настроечный вход соединен с 2" — м входом данных мультиплексора, Программируемое устройство содержит и-1 (n — разрядность входного информационного слова) элементов ИЛИ, два демультиплексора и многофункциональный логический модуль, выход которого соединен с выходом устройства. Причем информационный вход первого из демультиплексоров соединен с первым информационным входом устройства и инверсным информационным входом второго демультиплексора, I-й (I = 1, 2...., k; k = )log2n() адресный вход которого соединен с I-м настроечным входом устройства и i-м адресным входом первого демультиплексора.

Первый вход первого демультиплексора со. единен с первым настроечным входом многофункционального логического модуля, (j+ 1)-A(j = 1, 2, ..., n -1) выход соединен с первым входом J-ro элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с j-м выходом второго демультиплексора, а выход соединен с (J + 1)-м настроечным входом многофункционального логического модуля, J-й информационный вход которого соединен с (J + 1)-м информационным входом устройства, Многофункциональный логический модуль содержит мультиплексор, выход которого соединен с выходом модуля, J-й информационный вход которого соединен с J-м адресным входом мультиплексора, Первый настроечный вход многофункционального логического модуля соединен с первым входом данных мультиплексора, (i + 1)-й (I = 1, 2, ..., n - 2) настроечный вход модуля соединен

"5 с s-м (2 s 2" -1: 1= а,1+ а,2+ ... + а,и-1, ГДЕ as = (а,1, а,г...„а,, .... аз,и-1) — ДВОИЧНОЕ представление числа s; а,,1 E(0, 1); J = 1, 2,..., и-1) входом данных мультиплексора, à и-й настроечный вход соединен с 2" -м входом

20 данных мультиплексора. На фиг, 1 представлена схема заявляемого устройства для произвольного значения п; на фиг. 2 — пример построения многофункционального логического модуля на основе мультиплексора при n = 5.

Программируемое устройство (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 демультиплексоры (второй демультиплексор 2 имеет ин версн ый информа цион ный вход), и-1

ЭЛЕМЕНТОВ ИЛИ 31 ... Зи-1, МНОГОфуНКцИОнальный логический модуль 4, и информэциОННЫХ ВХОДОВ 51...5и, k = )IOg2n(НаСтрОЕЧНЫХ входов 61...6», выход 7. При этом первый информационный вход 51 устройства сое35 динен с информационным входом первого демультиплексора 1 и с инверсным информационным входом второго демультиплексора 2, Информационные входы устройства

СО ВТОРОГО ПО П-й 52 ... 5и СОЕДИНЕНЫ С ИН"0 формационными входами многофункционального логического модуля 4, выход которого соединен с выходом устройства 7.

Настроечные входы устройства 61 ... 6» соединены с адресными входами первого 1 и второго 2 демультиплексоров. Первый выход первого демультиплексора 1 соединен с первым настроечным входом многофункционального логического модуля 4, (J+ 1)-й

{J =- 1, 2, ..., n-1) настроечный вход которого соединен с выходом J-ro элемента ИЛИ 31, первый вход которого соединен с 0 + 1)-м выходом первого демультиплексора 1, второй вход соединен с J-м выходом второго демультиплексора 2.

Многофункциональный логический модуль (фиг. 1) при n = 5 (фиг. 2) может быть реализован на основе 2 = 16-канального п-1 мультиплексора 8, При этом адресные входы мультиплексора S соединены с информэ1789979

У11 = 01 02 2;

У12=01022;

У13=01 022;

У14=01 022, уг1= 010г z: (2) ii22 = 01 02 2;

У23= U1 022;, 40

Г

Fn t

n1=0102z v U102z:

55 (4) Пг = 01 02 2 Ч 01 02 2

П3=01022 Ч 01022. ционными входами 91 ... 94 многофункционального логического модуля. Настроечные входы 101 ... 105 многофункционального ло гического модуля соединены с входами данных мультиплексора 8 таким образом, что 5 вход 10р(р = 1, 2, 3, 4, 5) соединен с адресными входами мультиплексора 8, у которых сумма единиц в двоичном представлении номера равна р - 1. Таким образом, первый настроечный вход 101 соединяется с пер- 10 вым входом данных DO (двоичный номер входа 0000), второй вход 10z — с вторым 01, третьим 02, пятым 04 и девятым 08 входами (двоичные номера соответственно 0001, 0010, 0100 и 1000), третий вход 10з — с чет- 15 вертым 03, шестым 05, седьмым 06, десятым 09, одиннадцатым 010 и тринадцатым

012 входами (двоичные номера соответственно 0011, 0101, 0110, 1001, 1010 и 1100), четвертый вход 104 — с восьмым 07, двенад- 20 цатым 011, четырнадцатым D13 и пятнадцатым 014 входами (двоичные номера соответственно 0111, 1011, 1101 и 1110), пятый вход 10ь — с шестнадцатым входом

015 (двоичный номер 1111), 25

Программируемое устройство работает следующим образом, На информационные входы 51 ...5П подаются двоичные переменНЫЕ X1 ... Xn (В ПРОИЗВОЛЬНОМ ПОРЯДКЕ), На настроечные входы 61 ... б — сигналы на- 30 стройки u1... щ, значения которых принадлежат множеству (О, 1), На выходе 7 реализуется некоторая фундаментальная симметРическаЯ бУлева фУнкЦиЯ Fn = Fn (x1, хг, ..., xn), определяемая вектором настрой- 35 киU=(01,02, ..., Uk), причем 1 Sг <п и г=U12 +U22 +„.+Uk12 +Uk+1, Здесь

1, если x1+ xz + ... + xn = r;

0 — в противном случае, Если на информационные входы 51 ... 5П 45 подать инверсные значения двоичных пеРЕМЕННЫХ Xt ... Xn, тО На ВЫХОДЕ 7 рЕаЛИЗуется фундаментальная симметрическая бУЛЕВа ФУНКЦИЯ Fn = Fn (X1, Хг, ... Xn), ГДЕ

0

+uk-12 + щ. Здесь также

1, если х1+ xz+ .„+ xn = r;

0 — в противном случае.

Рассмотрим подробно работу заявляемого устройства при n = 4. В этом случае

k =- )logZn(= 2. Первый демультиплексор 1 имеет и = 4 выхода, второй демультиплексор 2 — n - 1 = 3 выхода. Вектор настройки устройства U = (u1, uz) — двухкомпонентный.

На первом, втором, третьем и четвертом выходах первого демультиплексора 1 реализуются соответственно функции: где z Е(х1, х1) — сигнал на первом 51 информационном входе устройства (на информационном входе первого демультиплексора 1).

На первом, втором и третьем выходах второго демультиплексора 2 реализуются

cooTB8TctB8HHo функции;

При n = 4 многофункциональный логический модуль 4 представляет. собой устройство для вычисления симметрических булевых функций (типа (2) при n = и - 1 =- 3), имеет

n + 1 = 4 настроечных входа и n информационных входа. Тогда, если. рассматривать универсальный логический модуль 4 как

"черный ящик", его функционирование можно описать следующей первообразной:

F = пО F3 v п113 v nz F3 v пз F3, (3) где п Е(0, 1); w = О, 1, 2, 3; n — сигнал на

w-м настроечном входе многофункционального логического модуля 4 и F3 =

=Гз (хг. хз, х4) — фундаментальная симметрическая булева функция, зависящая от переменных xz, хз, х4, подаваемых на информационные входы устройства 52, 5з и 54.

Из фиг. 1 и соотношений (1), (2) следует, что по=010гг;

1789979

Рассмотрим формирование фундаментальных симметрических булевых функций на. выходе 7 устройства.

1) На информационные входы 51 ...54 подаются прямые значения переменных

x1 ... х4. Если принять во внимание соотношения (3) и (4), то имеет место а) U1 = щ - О, Ao = x1, n1" х1, п2- пз = О и

0 1 1 гз ч п1 гз = х1 3 ч х1 Гз = F4 г 4 (Х11 Х2 ХЗ Х4) Г б) u1 - О, uZ = 1, По - ПЗ = О, П1 Х1, nz - X t И

Рп113 ч п2 гз =xt FÇ чх113 = F4

1 — 2 2

= F4 (Х1, Х2, XÇ, Х4). в) U1= i, щ = О, Ao = A1= О, п2 х1 пз х1и

F = п2 FÇ v пэ г 3 = x1 F3 ч х1 Гз = F4

3 2 3 3

= F4 (Х1, Х2, XÇ, Х4).

Г) u1 = 02 = " Ao = A1 = П2 = О, п3 Х1 И

F = пз FÇ х1 г 3 F4 = F4 (х1, х2, х3, х4).

4 4

2) На информационные входы 51 ...54 подаются инверсные значения переменных х1 . ° х4.

Заметим, что многофункциональный логический модуль 4 в таком случае может быть описан первообразной, полученной из (3);

F = по F3 ч nt F3 ч п2ГЭ ч n3F3 (5) таК КаК Fn (Х1, Х2, ..., Xn) = Fn" (Х1, X2 „„Xn) где i = О, 1, ..., и.

Учитывая (4) и (5), получаем а) ut - uz = 0, no = xt, п1 = х1, Az = A3 = 0 t4

F-и F33ч п1F32-xt F3 ч xt F3 - F43

3 2

F4 (x1, х2, хз, х4). б) 01=-0, 02=1, По ПЗ=О, П1.=Х1, П2=Х1И

F = п1 Рэ ч п2 Гз = x 1 Рз v х1 FÇ = F4

2 1 2 1

= F4 (Х1, Х2, XÇ, Х4).

Формула изобретения

1. Программируемое устройство, содержащее и - 1 элементов ИЛИ (n — количество переменных),отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет программирования порога срабатывания, оно содержит многофункциональный логический модуль, выход которого соединен с выходом устройства, и двэ демультиплексора, информаци10

20 в)111=1, U2=0 по п1 — О, п2 х1, AÇ=xt и

F = п2 F3 ч пз F3 = xt F3 ч х1 F3 - F4 0 — 1 0

=- F4 (х1, xz, хз, х4), t)Ut=u2=1, AoAt=n20, пз=х1и

F = пз FÇ = x1 РЗ = F4 F4 (x1, х2, х3, х4).

0 0 0 0

Следовательно, работа программируемого устройства при n = 4 может быть описана приведенной таблицей.

Достоинством заявляемого устройства является широкая область применения, простая конструкция, малое число внешних входов и настройка сигналами из множества(0, 1}, Так, число внешних входов прототипа равно 2n + 1, в то время кэк заявляемое устройство имеет n + )logzn(внешних входов, Это преимущество для современных интегральных технологий является одним из решающих, В и, 2 формулы изобретений описан вариант построения входящего в состав заявляемого устройства многофункционального логического модуля на основе мультиплексора. Этим подчеркивается необходимость использования в составе предлагаемого устройства модулей для вычисления симметрических булевых функций, вектор настройки которых U совпадает с вектором n(F) = (n,, п1, ..., и ). Вектор n(F) иначе называется двоичным кодом симметрической булевой функции п переменных F, где A> — значение функции F на (любом) наборе переменных, содержащем ровно!единиц(l =О, 1, ..., n).

Кроме того, этим подчеркивается также возможность использования мультиплексоров при практической реализации устройства нэ основе интегральных микросхем, выпускаемых отечественной промышленностью (например, серий 555, 1533 и др.). онный вход первого из которых соединен с первым информационным входом устройства и инверсным информационным входом второго демультиплексора, 1-й адресный вход которого (l = 1, k; k = )logznP соединен с

1-м настроечным входом устройства и l-м адресным входом первого демультиплексора, первый выход которого соединен с первым настроечным входом многофункционального логического модуля, (l + 1)-й вы1789979

Таблица функционирования устройства при n = 4, ход первого демультиплексора (J = 1, n - 1) соединен с первым входом j-го элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с J-м выходом второго демультиплексора, выход

J-ro элемента ИЛИ соединен с (J + 1)м настроечным входом многофункционального логического модуля, J-й информационный вход которого соединен с (J+ 1)м информационным входом устройства.

2. Устройство по и, 1, отл ича ю щеес я тем, что многофункциональный логический модуль содержит мультиплексор, выход которого соединен с выходом модуля, j-й информационный вход кото рого соединен с j-м адресным входом мультиплексора, первый информационный вход которого соединен с первым настроечным входом модуля (! ч 1 -й настроечный вход которого (f = 1, n - 2} соединен с s-м информационным входом мультиплексора (s = 2,2" - 1; I =

Bs,1 + аз,2 + "° + Bs,ï-1, ГДЕ Bs = (Bs,1, Bs,J ач,ч.1) — двоичное представление числа

s, a>,J Е(0, 1 ; j = 1, n - 1), 2" -й информационный вход которого соединен с и-м настроечным входом модуля.

1789979

Составитель Л, Авгуль

Техред М.Моргентал

Корректор Л, Филь

Редактор Т. Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 349 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобре гениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауш;кая наб., 4/5