Регистр сдвига

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении универсальных и специализированных управляющих устройств и устройств диагностирования. Техническим результатом изобретения является разработка регистра сдвига, обладающего более широкой областью применения. Устройство содержит установочный блок, входной элемент регистра ИЛИ, N-1 блокирующих элементов ИЛИ, N разрядов где N≥3, каждый разряд включает триггер, установочный элемент И, управляющий элемент ИЛИ, входной элемент триггера ИЛИ, все разряды, кроме N разряда, содержат разрешающий элемент И-НЕ и двухвходовый элемент И, а (N-1)-й разряд кроме того содержит одновибратор и элемент развязки ИЛИ. 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении универсальных и специализированных управляющих устройств, а также в устройствах диагностирования.

Известны регистры сдвига, например: Регистр сдвига (авторское свидетельство СССР N 1179435, кл. G 11 С 19/00, 1985). Он содержит группу из n-1 двухвходовых элементов И, элемент ИЛИ, элемент И, в каждом разряде двухступенчатый JК-триггер, элемент И и в каждом разряде, кроме последнего, элемент ИЛИ. Может быть использован в устройствах обработки цифровой информации. Недостатком данного устройства является ограниченная область применения.

Регистр сдвига (авторское свидетельство СССР N 1688287, кл. G 11 С 19/00, 1991). Он содержит в каждом разряде JK-триггер, первый и второй элемента И, в каждом разряде, кроме последнего, первый и второй элементы ИЛИ, вход сброса, вход сдвига, прямой и инверсный информационные входы, выход информации в прямом и последовательном коде, вход уплотнения единиц и вход уплотнения нулей. Может быть использован в устройствах диагностирования и статистической обработки информации. Недостатком данного устройства является ограниченная область применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому регистру сдвига является регистр сдвига (см. авторское свидетельство RU 2143140, С 1 кл. 6 G 11 С 19/00, 1999), содержащий установочный блок, входной элемент регистра ИЛИ, N разрядов, N-1 блокирующих элементов ИЛИ, где N≥3, каждый i-й разряд, где i=1,2,...N, включает триггер и установочный элемент И, а (N-1)-й разряд кроме того содержит одновибратор и элемент развязки ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу одновибратора, а второй - к тактовым входам триггеров 1,2, . . . .N-2- разрядов и является тактовым входом регистра сдвига, выход элемента развязки ИЛИ N-1-го разряда подключен к тактовым входам триггеров N-1-го и N-гo разрядов, первые установочные входы триггеров 1,2,... N-1-го разрядов объединены и подключены ко второму установочному входу триггера N-гo разряда и ко второму выходу установочного блока, первый вход j-го блокирующего элемента ИЛИ, где j=1,2,... N-1, является j-м блокирующим входом регистра сдвига, второй вход k-го, где k=l,2,...N-2, блокирующего элемента ИЛИ подключен к выходу триггера k-го разряда, выход триггера N-гo разряда соединен с первым входом входного элемента ИЛИ, второй вход которого является информационным входом регистра сдвига, выход j-го блокирующего элемента ИЛИ является j-м информационным выходом регистра сдвига, первый вход i-го установочного элемента И объединены и подключены к первому выходу установочного блока, вторые входы i-го установочного элемента И подключены к разрешающему входу триггера i-го разряда, выход j-го установочного элемента И подключен ко второму установочному входу триггера j-го разряда, выход установочного элемента И N-го разряда подключен к первому установочному входу триггера N-го разряда. Регистр сдвига выполняет функции сдвига, хранения информации и применяется в устройствах с управляемой структурой.

Однако устройство-прототип имеет недостаток - ограниченную область применения. Это связано с тем, что данный регистр может работать только как регистр с последовательным сдвигом информации при фиксированном постоянном количестве информационных разрядов, отсутствует возможность регулирования количества одновременно функционирующих разрядов, что ограничивает его применение в устройствах с изменяемой структурой во времени.

Целью изобретения является разработка регистра сдвига, обладающего более широкой областью применения за счет введения дополнительных элементов и связей между ними.

Поставленная цель достигается тем, что в известный регистр сдвига, содержащий установочный блок, входной элемент регистра ИЛИ, N разрядов, N-1 блокирующих элементов ИЛИ, где N≥3, каждый i-й разряд, где i=1,2,...N, включает триггер и установочный элемент И, а (N-1)-й разряд кроме того содержит одновибратор и элемент развязки ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу одновибратора, а второй - к тактовым входам триггеров 1,2,...N-2- разрядов и является тактовым входом регистра сдвига, выход элемента развязки ИЛИ N-1-го разряда подключен к тактовым входам триггеров N-1-го и N-го разрядов, первые установочные входы триггеров 1,2,.. N-1-го разрядов объединены и подключены ко второму установочному входу триггера N-го разряда и ко второму выходу установочного блока, первый вход j-го блокирующего элемента ИЛИ, где j= l, 2, . ..N-l, является j-м блокирующим входом регистра сдвига, второй вход k-го, где k= l, 2,...N-2, блокирующего элемента ИЛИ подключен к выходу триггера k-го разряда, выход триггера N-го разряда соединен с первым входом входного элемента ИЛИ, второй вход которого является информационным входом регистра сдвига, выход j-го блокирующего элемента ИЛИ является j-м информационным выходом регистра сдвига, первые входы i-го установочного элемента И объединены и подключены к первому выходу установочного блока, вторые входы i-гo установочного элемента И подключены к разрешающему входу триггера i-гo разряда, выход j-го установочного элемента И подключен ко второму установочному входу триггера j-го разряда, выход установочного элемента И N-го разряда подключен к первому установочному входу триггера N-го разряда, в i-й разряд дополнительно введены управляющий элемент ИЛИ, входной элемент триггера ИЛИ и кроме того в j-й разряд введен разрешающий элемент "И-НЕ" и двухвходовый элемент И. В i-м разряде выход входного элемента триггера ИЛИ подключен к информационному входу триггера. В j-м разряде выход входного элемента триггера ИЛИ также подключен к первому входу двухвходового элемента И, второй вход которого подключен к выходу разрешающего элемента "И-НЕ", вход которого подключен ко второму входу установочного элемента И, разрешающему входам триггера и выходу управляющего элемента ИЛИ. Первый вход управляющего элемента ИЛИ i-го разряда является i-м управляющим входом регистра сдвига. Вторые входы управляющих элементов ИЛИ 1,.. N разрядов объединены и являются N+1-м управляющим входом регистра сдвига. Выход двухвходового элемента И j-го разряда подключен к первому входу входного элемента триггера ИЛИ j+1-го разряда, второй вход которого подключен к выходу триггера j-гo разряда. Первый и второй входы входного элемента триггера ИЛИ первого разряда объединены и подключены к выходу входного элемента регистра ИЛИ. Вход одновибратора (N-l)-гo разряда подключен к выходу входного элемента триггера ИЛИ N-го разряда и второму входу (N-l)-гo блокирующего элемента ИЛИ. В N-ом разряде выход управляющего элемента ИЛИ подключен ко второму входу установочного элемента И и разрешающему входу триггера.

Благодаря новой совокупности существенных признаков и введению в каждый i-й разряд дополнительно управляющего элемента ИЛИ 11, входного элемента триггера ИЛИ 3, а в каждый j-й разряд дополнительно к вышеназванным введения разрешающего элемента "И-НЕ" 4, двухвходового элемента И 5 со связями между ними, обеспечивается возможность работы регистра сдвига в последовательном режиме сдвига информации, в зависимости от сигналов управления. Т.е. он может работать как кольцевой, так и как линейный регистр сдвига, с постоянным количеством задействованных разрядов (фиксированной длиной) ИЛИ, с переменной длиной, т.е. с возможностью исключения при функционировании требуемого количества разрядов, устройство также может работать в режиме таймера, счетчика и как управляющее устройство в квазирезервируемых системах. Этим расширяется область применения заявленного устройства.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественными всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность выявления предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Регистр сдвига, показанный на фиг. 1, содержит установочный блок 9, входной элемент регистра ИЛИ 8, N разрядов 1, где N≥3, N-1 блокирующих элементов ИЛИ 10. Каждый i-й разряд, где i=1,2,...N, включает триггер 2 и установочный элемент И 12, управляющий элемент ИЛИ 11, входной элемент триггера ИЛИ 3, каждый j-й разряд, где j=1,...N-1, дополнительно содержит разрешающий элемент "И-НЕ" 4 и двухвходовый элемент И 5. Кроме того (N-1)-й разряд содержит одновибратор 7 и элемент развязки ИЛИ 6. Первый вход элемента развязки ИЛИ 6 подключен к выходу одновибратора 7, а второй - к тактовым входам триггеров (вход С) 1,2,...N-2-разрядов и является тактовым входом регистра сдвига. Выход элемента развязки ИЛИ 6 N-1-го разряда подключен к тактовым входам С триггеров N-1-го и N-го разрядов. Первые установочные входы триггеров (вход ) 1,2,...N-1-го разрядов объединены и подключены ко второму установочному входу триггера (вход ) N-го разряда и ко второму выходу установочного блока 9. Первый вход j-го блокирующего элемента ИЛИ 10 является j-м блокирующим входом регистра сдвига. Второй вход k-го, где k=l,2,... N-2, блокирующего элемента ИЛИ 10 подключен к выходу триггера k-го разряда. Выход триггера N-го разряда соединен с первым входом входного элемента ИЛИ 8, второй вход которого является информационным входом регистра сдвига. Выход j-го блокирующего элемента ИЛИ 10 является j-м информационным выходом регистра сдвига. Первые входы i-го установочного элемента И 12 объединены и подключены к первому выходу установочного блока 9, вторые входы i-го установочного элемента И 12 подключены к разрешающему входу триггера (вход V) i-го разряда. Выход j-го установочного элемента И 12 подключен ко второму установочному входу триггера j-го разряда. Выход установочного элемента И 12 N-го разряда подключен к первому установочному входу триггера N-го разряда. В i-м разряде выход входного элемента триггера ИЛИ 3 подключен к информационному входу триггера (вход D). В j-м разряде выход входного элемента триггера ИЛИ 3 также подключен к первому входу двухвходового элемента И 5, второй вход которого подключен к выходу разрешающего элемента "И-НЕ" 4, вход которого подключен ко второму входу установочного элемента И 12, разрешающему входу V триггера и выходу управляющего элемента ИЛИ 11. Первый вход управляющего элемента ИЛИ 11 i-го разряда является i-м управляющим входом регистра сдвига. Вторые входы управляющих элементов ИЛИ 11 1,...N разрядов объединены и являются N+1-м управляющим входом регистра сдвига. Выход двухвходового элемента И 5 j-го разряда подключен к первому входу входного элемента триггера ИЛИ 3 j+1-го разряда, второй вход которого подключен к выходу триггера j-го разряда. Первый и второй входы входного элемента триггера ИЛИ 3 первого разряда объединены и подключены к выходу входного элемента регистра ИЛИ 8. Вход одновибратора 7 (N-1)-гo разряда подключен к выходу входного элемента триггера ИЛИ 3 N-го разряда и второму входу (N-1)-гo блокирующего элемента ИЛИ 10. В N-ом разряде выход управляющего элемента ИЛИ 11 подключен ко второму входу установочного элемента И 12 и разрешающему входу V триггера.

Входящие в общую структуру регистра сдвига элементы являются типовыми и могут быть технически реализованы в настоящее время при использовании имеющейся элементной базы.

Триггеры (2₁-2_N) могут быть реализованы на интегральных микросхемах, описанных в книге: В. А. Батушев, В.Н. Вениаминов, В.Г. Ковалева и др.; Микросхемы и их применение - М.: Энергия, 1978 г., стр.164-168.

Двухвходовые элементы И (5₁-5_N-1) - могут быть реализованы на интегральных микросхемах, описанных в книге: Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Интегральные микросхемы. Справочник. - Издание второе, исправленное - М: Энергоатомиздат, 1985 г., стр. 189.

Двухвходовые элементы ИЛИ 11,10,3,6, могут быть реализованы на интегральных микросхемах, описанных в книге: Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Интегральные микросхемы; Справочник. - Издание второе, исправленное - М: Энергоатомиздат, 1985 г., стр. 189.

В качестве одновибратора 6 могут быть использованы ждущие мультивибраторы, которые описаны в книге: В.А. Батушев, В.Н. Вениаминов. В.Г. Ковалева и др. ; Микросхемы и их применение - М.: Энергия, 1978 г., стр.193 или В.П. Шило. Линейные интегральные схемы - М.: Советское радио, 1979 г., стр.210-214.

Резистор 9.1 может быть реализован путем применения матрицы резисторов, описанных в книге: Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Интегральные микросхемы; Справочник. - Издание второе, исправленное - М: Энергоатомиздат, 1985 г., стр. 190.

Конденсатор 9.2 может быть реализован путем применения конденсаторов, описанных в книге: P.M. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов; Полупроводниковые приемно-усилительные устройства; Справочник радиолюбителя. - Издание второе, стереотипное. - Киев: Наукова думка, 1982 г., стр. 44-62.

Регистр сдвига работает следующим образом.

При включение питания 2₁; 2₂; 2_N-1 2_N триггеры устанавливаются в исходное состояние благодаря кратковременной подаче на установочные входы первых N-1 триггеров и N-го триггера низкого уровня сигнала ("0") через конденсатор 92 установочного блока, на входы триггеров 2₁; 2₂; 2_N-1 и на вход триггера 2_N, высокого уровня сигнала ("1"). По мере заряда конденсатора 9.2 установочного блока через резистор 9.1 на первых входах элементов И 12 устанавливается высокий уровень сигнала. Разряды подготовлены к работе по управляющим входам.

В зависимости от наличия и вида сигналов на управляющих и блокирующих входах регистр будет работать в следующих режимах: 1) кольцевой линейный регистр сдвига с фиксированной длиной; 2) линейный регистр сдвига с фиксированной длиной; 3) кольцевой линейный регистр сдвига с переменной длиной; 4) линейный регистр сдвига с переменной длиной: 5) ретрансляции сигналов.

Работа регистра сдвига в режиме кольцевого линейного регистра сдвига с фиксированной длиной происходит при подаче на управляющий N +1-вход "1" и 1, ...,N-1 блокирующие входы "0".

В этом случае независимо от уровня сигнала на 1,...,N управляющих входах триггеры всех разрядов подготовлены к работе по информационному входу "D" (на установочных входах и на разрешающем входе "V" триггеров 2 имеется "1"). При этом на выходах первых N-1 триггеров 2 будет "0", на выходе N-гo - "1".

При подаче на тактовые входы "С" триггеров 2 сдвигающих синхросигналов, "1" с выхода триггера 2N N-гo разряда перезаписывается в триггер 2₁ первого разряда, триггер 2_N N-гo разряда перезаписывается в "0" состояние и находится в нем, так как ему на информационный вход "D" подается "0", а "1" триггера 2₁ первого разряда с приходом сдвигающих синхросигналов будет перемещаться по разрядам регистра сдвига, при этом на выходах элементов ИЛИ 10, являющихся выходами регистра сдвига, попеременно формируются комбинации, содержащие N-1 разрядов: 100... 00, 010... 00, 000...01. При появлении "1" на выходе триггера 2_N-1 (N-1)-гo разряда с помощью одновибратора 7 и элемента ИЛИ "6" осуществляется автоматический переход от кода 000...01 к коду 100... 00. В регистре будет осуществляться кольцевое перемещение "1".

При подаче на N+1 и N управляющие входы сигнала соответствующих "0", при наличии на 1, ., N-1 управляющих входах "1" и блокирующих 1,...,N-1 входах регистра сдвига "0", устройство работает как линейный регистр сдвига с фиксированной длиной, так как в этом случае отсутствует возможность управления триггера 2_N N-гo разряда по информационному входу "D", при этом ввод информации осуществляется через информационный вход входного элемента регистра ИЛИ 8, считывание информации на 1,...,N-1 выходах.

Работа регистра сдвига в режиме кольцевого линейного регистра сдвига с переменной длиной происходит при подаче на любой из 1,.,.,N-3 управляющие входы "0", на N-2, N-1 и N управляющий вход "1", блокирующие входы и N+1 управляющий вход "0".

В этом случае "0" на управляющем входе будет подан на установочный вход , разрешающий "V" вход триггера 2 соответствующего разряда опрокинет данный триггер в "0" состояние, запретит его работу по информационному "D" входу и через схему "И-НЕ" 4 и двухвходовый элемент И 5 этого разряда разрешит передачу сигналов на входной элемент триггеров ИЛИ 3 последующего разряда. Таким образом, данный разряд будет исключен из схемы формирования сигнала, длина регистра сдвига изменяется на количество разрядов, на управляющие входы которых подан "0".

При этом кольцевое перемещение "1" происходит аналогичным образом как в кольцевом линейном регистре сдвига с фиксированной длиной.

Работа регистра сдвига в режиме линейного регистра сдвига с переменной длиной происходит при подаче на N, N+1 управляющий вход, "0", при любых сигналах на 1,...,N-1 управляющем входе. Исключение разрядов из схемы формирования сигнала происходит аналогично описанному выше, ввод информации осуществляется через информационный вход входного элемента регистра ИЛИ 8, а разрядность регистра определяется наличием "0" или "1" на 1,,...,N-1 управляющих входах.

Регистр сдвига работает в режиме ретрансляции сигналов в том случае, когда на все управляющие входы будет подан "0". При этом все триггеры 2 "опрокидываются" в "0" состояние, запрещается их работа по разрешающему "V" и информационному "D" входам, сигналы на выходах регистра сдвига будут соответствовать сигналам, поступающим на блокирующие входы регистра сдвига.

Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый регистр имеет большие функциональные возможности, поскольку может быть использован при построении универсальных и специализированных управляющих устройств для квазирезервированных устройств, а также в устройствах диагностирования.

Формула изобретения

Регистр сдвига, содержащий установочный блок, входной элемент регистра ИЛИ, N разрядов, N-1 блокирующих элементов ИЛИ, где N≥3, каждый i-й разряд, где i= l, 2, . . . , N, включает триггер и установочный элемент И, а (N-1)-й разряд, кроме того, содержит одновибратор и элемент развязки ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу одновибратора, а второй - к тактовым входам триггеров 1,2, . . . , N-2- разрядов и является тактовым входом регистра сдвига, выход элемента развязки ИЛИ (N-1)-го разряда подключен к тактовым входам триггеров (N-1)-го и N-гo разрядов, первые установочные входы триггеров 1,2, . . . , (N-1)-го разрядов объединены и подключены ко второму установочному входу триггера N-гo разряда и ко второму выходу установочного блока, первый вход j- го блокирующего элемента ИЛИ, где j= l, 2, . . . , N-1, является j-м блокирующим входом регистра сдвига, второй вход k-го, где к= 1,2. . . , N-2, блокирующего элемента ИЛИ подключен к выходу триггера k-гo разряда, выход триггера N-го разряда соединен с первым входом входного элемента ИЛИ, второй вход которого является информационным входом регистра сдвига, выход j-го блокирующего элемента ИЛИ является j-м информационным выходом регистра сдвига, первые входы i-го установочного элемента И объединены и подключены к первому выходу установочного блока, вторые входы i-го установочного элемента И подключены к разрешающему входу триггера i-го разряда, выход j-го установочного элемента И подключен ко второму установочному входу триггера j-го разряда, выход установочного элемента И N-го разряда подключен к первому установочному входу триггера N-го разряда, отличающийся тем, что в i-й разряд дополнительно введены управляющий элемент ИЛИ, входной элемент триггера ИЛИ и, кроме того, в j-й разряд введен разрешающий элемент И-НЕ и двухвходовый элемент И, в i-м разряде выход входного элемента триггера ИЛИ подключен к информационному входу триггера, в j-м разряде выход входного элемента триггера ИЛИ также подключен к первому входу двухвходового элемента И, второй вход которого подключен к выходу разрешающего элемента И-НЕ, вход которого подключен ко второму входу установочного элемента И, разрешающему входу триггера и выходу управляющего элемента ИЛИ, первый вход управляющего элемента ИЛИ i-го разряда является i-м управляющим входом регистра сдвига, вторые входы управляющих элементов ИЛИ 1, . . . , N разрядов объединены и являются (N+1)-м управляющим входом регистра сдвига, выход двухвходового элемента И j-го разряда подключен к первому входу входного элемента триггера ИЛИ (j+1)-го разряда, второй вход которого подключен к выходу триггера j-го разряда, первый и второй входы входного элемента триггера ИЛИ первого разряда объединены и подключены к выходу входного элемента регистра ИЛИ, вход одновибратора (N-1)-гo разряда подключен к выходу входного элемента триггера ИЛИ N-го разряда и второму входу (N-l)-гo блокирующего элемента ИЛИ, в N-ом разряде выход управляющего элемента ИЛИ подключен ко второму входу установочного элемента И и разрешающему входу триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2