Схема управления элементом манчестерской цепи переноса

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения надежных, портативных, многоразрядных, быстродействующих сумматоров, построенных по схеме «Манчестерская цепь переноса» (Manchester Carry Chain). Технический результат заключается в повышении надежности и уменьшении массогабаритных показателей. Схема управления элементом манчестерской цепи переноса содержит входы операндов А и В, инверсный выход сигнала Генерация $$\overline{G}$$ , выход сигнала Удаление D, прямой выход сигнала Распространение Р и инверсный выход сигнала Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ , первый 1 и второй 2 инверторы, двухвходовой логический элемент ИЛИ-НЕ 3, первый 4 и второй 5 двухвходовые логические элементы И-НЕ. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано для формирования цифровых сигналов управления элементом манчестерской цепи переноса.

Известно электронное устройство «Манчестерская цепь переноса» (Manchester Carry Chain) (см. Рис. 11.8 [1]). Это устройство предназначено для формирования быстродействующего сигнала переноса многоразрядных сумматоров. Указанное устройство в КМОП исполнении для правильного функционирования требует четырех сигналов, описываемых логическими функциями: $$\overline{G}$$ ; D; Р; $$\overline{P}$$ (см. Рис. 11.8 [1]). Согласно Выражению (11.2) [1] G=А·В; $$D=\overline{A}\cdot \overline{B}$$ ; Р=А⊕В. Для получения логических выражений четырех сигналов, необходимых для управления элементом манчестерской цепи переноса в статической реализации, преобразуем D по закону де Моргана [2] - $$D=\overline{A}\cdot \overline{B}=\overline{A+B}$$ , а от сигналов G и Р возьмем инверсию - $$G=\overline{A\cdot B}$$ . В результате получим:

- $$\overline{G}=\overline{A\cdot B}$$ - Генерация-НЕ (Not Generation);

- $$D=\overline{A+B}$$ - Удаление (Delete);

- $$P=A\oplus B$$ - Распространение (Propogation);

- $$\overline{P}=\overline{A\oplus B}$$ - Распространение-НЕ (Not Propogation).

На Рис. 11.7 [1] приводится схема формирования сигналов Р и $$\overline{P}$$ , которая содержит десять МОП транзисторов. Сигналы Генерация-НЕ $$\left(\overline{G}\right)$$ и Удаление (D) представляют собой простейшие логические функции, соответственно, 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ. Поэтому для их формирования потребуется один двухвходовой логический элемент И-НЕ и один двухвходовой логический элемент ИЛИ-НЕ. Для того чтобы выполнить эти два элемента в КМОП базисе, потребуется еще восемь МОП транзисторов [1] (Рис. 6.17). Таким образом, для реализации схемы формирования всех четырех сигналов потребуется восемнадцать транзисторов.

Недостатком описанной выше схемы является то, что она содержит большое количество элементов и требует большого количества коммутационных связей. Так как надежность любого физического объекта не может быть абсолютной и прямо зависит от количества компонентов в его составе и количества связей, соединяющих эти компоненты, то использование при создании любого устройства большего количества компонентов и связей между ними снижает надежность работы такого устройства.

Кроме того, использование большего количества компонентов и связей при создании устройства приводит к увеличению его массогабаритных показателей, в данном случае - Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и снижение его массогабаритных показателей.

Поставленная задача достигается тем, что в Схему управления элементом манчестерской цепи переноса, содержащую выходы сигналов прямого - Распространение Р и инверсного - Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ , первый инвертор, первый двухвходовой логический элемент И-НЕ, выход которого является выходом сигнала Генерация-НЕ $$\overline{G}$$ , и двухвходовой логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого является выходом сигнала Удаление D, вход операнда А, соединенный с первыми входами двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ и первого И-НЕ, и вход операнда В, соединенный со вторыми входами двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ и первого И-НЕ, введены второй двухвходовой логический элемент И-НЕ и второй инвертор, выход которого является выходом сигнала Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ , а вход является выходом сигнала Распространение Р и соединен с выходом второго двухвходового логического элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемента И-НЕ, а второй вход - с выходом первого инвертора, вход которого соединен с выходом двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ.

Таким образом, предлагаемая Схема управления элементом манчестерской цепи переноса позволяет исключить восемь транзисторов TITS известной схемы, что позволяет уменьшить общее количество транзисторов для реализации необходимой функции, а значит и общее количество связей, соединяющих эти транзисторы с остальной частью схемы и между собой, и тем самым уменьшить массогабаритные показатели Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и повысить ее надежность.

На чертеже приведена предлагаемая Схема управления элементом манчестерской цепи переноса.

Предлагаемая Схема управления элементом манчестерской цепи переноса содержит входы операндов А и В, инверсный выход сигнала Генерация $$\overline{G}$$ , выход сигнала Удаление D, прямой выход сигнала Распространение Р и инверсный выход сигнала Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ , первый 1 и второй 2 инверторы, двухвходовой логический элемент ИЛИ-НЕ 3, первый вход которого соединен со входом операнда А, второй - со входом операнда В, а выход с входом первого инвертора 1 и выходом сигнала Удаление D, первый двухвходовой логический элемент И-НЕ 4, первый вход которого соединен со входом операнда А, второй - со входом операнда В, а выход с инверсным выходом сигнала Генерация-НЕ $$\overline{G}$$ , второй двухвходовой логический элемент И-НЕ 5, первый вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемента И-НЕ 4, второй вход - с выходом первого инвертора 1, а выход - с прямым выходом сигнала Распространение Р и входом второго инвертора 2, выход которого соединен с инверсным выходом сигнала Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ .

Предлагаемая Схема управления элементом манчестерской цепи переноса представляет собой логическую схему комбинационного типа и работает следующим образом.

Для правильной работы манчестерской цепи переноса на выходах сигналов Генерация-НЕ $$\overline{G}$$ , Удаление D; Распространение Р и Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ должны быть сформированы выходные логические сигналы управления элементом манчестерской цепи переноса, соответствующие нижеприведенной таблице истинности.

Таблица истинности
Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса.
№ комбинации	А	В	G	D	Р	Р
1	0	0	1	1	1	0
2	0	1	1	0	0	1
3	1	0	1	0	0	1
4	1	1	0	0	1	0

В комбинации №1 на входы операндов А и В поступает напряжение низкого уровня, которое соответствует логическому значению «0» таблицы истинности Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса. Так как входы операндов А и В соединены с входами, соответственно первым и вторым, двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ 3 и первого И-НЕ 4, то на их выходах, в соответствии с выполняемыми этими элементами функциями, формируется напряжение высокого уровня, которое соответствует логическому значению «1» таблицы истинности Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса. Напряжение высокого уровня «1», сформированное на выходе двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ 3, поступает на выход D Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на вход первого инвертора 1, на выходе которого формируется инверсное напряжение низкого уровня «0», которое поступает на второй вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 5. Одновременно напряжение высокого уровня «1», сформированное на выходе первого двухвходового логического элемента И-НЕ 4, поступает на выход $$\overline{G}$$ Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на первый вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 5. Так как на первый и второй входы второго двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ 5 поступает напряжение соответственно высокого «1» и низкого «0» уровней, то на его выходе, согласно выполняемой им функцией, формируется напряжение высокого уровня «1», которое поступает на выход Р Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на вход второго инвертора 2, на выходе которого формируется инверсное напряжение низкого уровня «0», которое поступает на выход $$\overline{P}$$ Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса. Таким образом, реализуется комбинация №1 таблицы истинности Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса.

В комбинации №2(3) на вход операнда А(В) поступает напряжение низкого уровня «0», а на вход В(А) - высокого «1». Так как входы операндов А и В соединены с входами, соответственно первым и вторым, двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ 3 и первого И-НЕ 4, то на их выходах, в соответствии с выполняемыми этими элементами функциями, формируется напряжение низкого уровня «0» - на выходе двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ 3 и высокого уровня «1» - на выходе первого двухвходового логического элемента И-НЕ 4. Напряжение высокого уровня «1», сформированное на выходе первого двухвходового логического элемента И-НЕ 4, поступает на выход $$\overline{G}$$ Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на первый вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 5. Одновременно напряжение низкого уровня «0», сформированное на выходе двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ 3, поступает на выход D Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на вход первого инвертора 1, на выходе которого формируется инверсное напряжение высокого уровня «1», которое поступает на второй вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 5. Так как на первый и второй входы второго двухвходового логического элемента И-HE 5 поступает напряжение высокого уровня «1», то на его выходе, согласно выполняемой им функцией, формируется напряжение низкого уровня «0», которое поступает на выход Р Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на вход второго инвертора 2, на выходе которого формируется инверсное напряжение высокого уровня «1», которое поступает на выход $$\overline{P}$$ Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса. Таким образом, реализуется комбинация №2(3) таблицы истинности Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса.

В комбинации №4 на входы операндов А и В поступает напряжение высокого уровня «1». Так как входы операндов А и В соединены с входами, соответственно первым и вторым, двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ 3 и первого И-НЕ 4, то на их выходах, в соответствии с выполняемыми этими элементами функциями, формируется напряжение низкого уровня «0». Напряжение низкого уровня «0», сформированное на выходе первого двухвходового логического элемента И-НЕ 4, поступает на выход $$\overline{G}$$ Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на первый вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 5. Одновременно напряжение низкого уровня «0», сформированное на выходе двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ 3, поступает на выход D Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на вход первого инвертора 1, на выходе которого формируется инверсное напряжение высокого уровня «1», которое поступает на второй вход второго двухвходового логического элемента И-НЕ 5. Так как на первый и второй входы второго двухвходового логического элемента И-НЕ 5 поступает напряжение, соответственно низкого «0» и высокого «1» уровней, то на его выходе, согласно выполняемой им функцией, формируется напряжение высокого уровня «1», которое поступает на выход Р Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса и на вход второго инвертора 2, на выходе которого формируется инверсное напряжение низкого уровня «0», которое поступает на выход $$\overline{P}$$ Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса. Таким образом, реализуется комбинация №4 таблицы истинности Схемы управления элементом манчестерской цепи переноса.

Литература

1. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования / Б. Николич, Ж. Рабаи, А. Чандракасан // Изд. Дом «Вильяме», 2-изд. - г. Москва, 2007.

2. Современная прикладная алгебра / Гаррет Биркгоф, Томас К. Барти // Изд. «Лань», 2-изд. - г. Санкт-Петербург, 2005.

Схема управления элементом манчестерской цепи переноса содержит выходы сигналов прямого - Распространение Р и инверсного - Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ , первый инвертор, первый двухвходовой логический элемент И-НЕ, выход которого является выходом сигнала Генерация-НЕ $$\overline{G}$$ , и двухвходовой логический элемент ИЛИ-НЕ, выход которого является выходом сигнала Удаление D, вход операнда А, соединенный с первыми входами двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ и первого И-НЕ, и вход операнда В, соединенный со вторыми входами двухвходовых логических элементов ИЛИ-НЕ и первого И-НЕ, отличающаяся тем, что в нее введены второй двухвходовой логический элемент И-НЕ и второй инвертор, выход которого является выходом инверсного сигнала Распространение-НЕ $$\overline{P}$$ , а вход - выходом сигнала Распространение Р и соединен с выходом второго двухвходового логического элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемента И-НЕ, а второй вход - с выходом первого инвертора, вход которого соединен с выходом двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ.