Многофункциональный элемент к-значной логики
Союз Советск их
Социалистических
Рвспубпин
OllNCAHN5
ИЗО6РЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iu8.71337 (61) Дополнительное к авт. санд-ву— (22) Заявлено 28.01.80 (21) 2875002/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (28 ) П риори тет— (5l)M. Кл.
Н 03 К 19/02
1ооуаарстаеный квинтет
СССР ао аолаи изобретений и открытий (53) УДК621,374 (088.8) Опубликовано №10.81. Бюллетень №37
Дата опубликования описания 07.10 81 (1-" (72) Авторы изобретения
В. В. Кондратик и Я. П, Шиба
1 1 (71) Заявитель (54) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ К вЂ” ЗНАЧНОЙ ЛОГИКИ
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быль использовано в цифровых вычислительных устройствах, работающих в недвоичной системе счисления с применением элементов К-эначной логики.
Известен логический элемент в К-значной логике, содержащий входные шины и источник логических уровней (1) .
Недостатком известного устройства являются сравнительно узкие функциональные возможности.
Известен логический элемент в К-значной логике, содержащий входные шины, источник логических уровней (2).
Известное устройство имеет сравнительно узкие функциональные возможности, так как выходной сигнал находится в заданной зависимости от ситналов, поданных на вход с источника логических уровней. Оно реализует строго наперед заданные функшщ и не обеспечивает реализацию других функций К-значной логики.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.
Для достижения поставленной цели в миогофункциональный элемент К-значной логики, содержащий источник логических уровней, входные шины, введены определитель логических уровней, формирователь логических уровней и блок выборки экстремального логического уровня, выходы источника логических уровней соединены со входами определителя логических уровней, формирователя логических уровней и блока выборки экстремального логического уровня, остальные входы которого соединены с выходами формирователя логических уровней, соответствующие входы которого соединены с выходами определителя логических уровней, соответствующие входы
I5 которого соединены со входными шинами.
На фиг. 1 представлена структурная схема многофункционального элемента К-значной логики; на фиг. 2 — блок-схема, как пример предлагаемого многофункционального элемента, реализующего на базовых элементах функции одной переменной четырехзначной логики; на фиг. 3, 4 — то же, функции двух переменных четырехзначной логики; на фиг. 5 — то же, 871337 .4
1 ной зависимости от логических уровней, посту° лающих на входные шины 32, 33,— 33
341 — З41э1
Базовый элемент (фиг. 6) реализует функ5
" "МА " УИ1 ) o y,=10
"1иу1" » +)snot = Е(Х1". ХВ Х)юона К =
45 функции Вебба произвольного количества переменных четырехзначной логики; на фиг. 6 в качестве примера, представлена принципиальная схема базового элемента, выполненного на п р-и-транзисторе; на фиг. 7 — то же, выполненного на р — n — р-транзисторе; на фиг. 8 — один иэ вариацтов соединения базового элемента, выполненного на n — р — n-транзисторе; на фиг. 9 — то же, выпблненного на р — n р-транзисторе; на фиг. 10 представлен вариант соединения базовых элементов, выполненных на п р-и-транзисторах; Йа фиг. 11— то же, выполненных на р — n — р-транзисторах.
На фиг. 1 многофункциональный элемент
К-значной логики содержит источник 1 логических уровней, определитель 2 логических уровней,формирователь 3 логических уровней и блок 4 выборки экстремального уровня.
Выходы источника 1 логических уровней, соединены со входами определителя 2 логических уровней, формирователя 3 логических уровней и блока 4 выборки экстремального логического уровня, остальные входы которого соединены с выходами формирователя 3 логических уровней, соответствующие входы которого соединены с выходами определителя 2 логических уровней, соответствующие входы которого соединены со входными шинами.
Схемы, как примеры предлагаемого многофункционального элемента К-значной логики, реализующие функции одной, двух переменных и функции Вебба четырехзначной логики (фиг. 2 — 5) содержат базовые элементы 5-8, входные шины 9, ... 9щ для подачи переменных, шины 10 — 13, на которые подаются напряжения, соответствующие логическим уровнем "О"., "l",,"2", "3" соответственно, коммутационные шины 14 — 19, 20I — 204, 21 214, 22 — 22„1, 23 — 23„„,24 — 27, выходные шины 28.
Базовые элементы (фиг. 6 — 11) содержат транзисторы 29, резисторы 30, диоды 31, входные шины 32, 33 — ЗЗ 34I — 34 35, 36 — 361, 37 — З7 „, выходные шины 38, шины питания 39, шины смещения 40, 40г.
При отрицательном кодировании логический уровень определяется величиной отрицательного напряжения. Транзистор 29 базовых элементов (фиг. 6, 7) работает в ключевом режиме, ко. торый обеспечивается при соответствующей разности между напряжением, поступающим на одну из входных шин 33 —..33„„и нацряжением, поступающим на одну иэ входных шин
341-З4 „равной логической единице. Кроме этого, источники логических уровней, поступающих на входные шины, низкоомные по сравнению с сопротивлением резистора 30 в цепи коллектора транзистора. С выходной шины 38 снимается логический уровень, который находится в определенной функциональ z,1ри. ниах (У„„.,y „) Вщ(у„,,. Х„„)
1ПаХ (У„,,,уи„,Z), и. иаХ(У„...,у„,) )
) и и (Х.1„,х,„), где xI,...õ„„— логические уровни, поступающие на входные шины 33т — З „, у ...,у„„— логические уровни, пмтупаю15 щие на входные шины 341 — З4
Z — логический уровень, поступающий на входную шину 32.
В случае yI > К вЂ” 1 и при отсутствии 2 или
2=4)
20 -НХ„,,Х ) „,„=
«,1т и Х„«Х «," = Х =К-1
4К-1, фl Ч Х. 4К-л (р).
1«,1 1
Базовый элемент (фиг. 7) реализует функ25
Z,Эфи ниах (Х,1„,Х,„) % Ми (у1.....у )
1тип (У1,,У„„,Z), и1аХ(Х1,...,Х ) 7 и11и (У„,,, У )..
В случае у = 0 и при отсутствии 2 или
Z =К-1
35 (ИФфУ- Х «Хя=,"=Хи =О
"" )1 1О 5КЧ0, I ч Х„ФО (2.).
1=
При соединении входных шин (фиг. 8) ба. зового элемента выполненного на n — р-и-транзисторе выполняется функция:
Z„ Х„«Х,=...=Х ниах(Х1,...PI„,Z), И х Х - Р.Ч К, =(, 1 у 1Г151 у
341
При отсутствии Z или Z = 0
50 (<>" ХЗм) O8к
«, O X«X2=;..=Х
1пах(Х 1, ",Х vnlpf Х1 41 „
L3)
1» 1,... Hl, ò е. когда соединеHI входная п ина 32 с произвольной другой
Входной шинойр Вьшолняется функция ЩХ11 -1 4ъ ))ъ оДК вЂ” иа х (Х 1у..., Х)„) . (1) 5
При соединении входных шин (фиг. 9) базового элемента выполненного на р-п р-транзисторе реализуется функция Х(Х1"- ХтiiZ) оаэи=
Z, ÓÐè- Х1=Х =" =Хи1 тмин„...,Х,; ), ðñ X;P VP>„
3И,М
При отсутствии 2 или Z = К-1,) 2 ИМиУ или тиах Х -vN1vl 9 тии (4,Z ), мам- 2.) ти и У
Ь ахх ттйи У илИ
Ьци (Ч,Z) и1и y f Ь11и (У,Z) >ти1и У тпОХ Х. т1и У (иСц Х м1иу .
1О
87!337 6 на входных шинах 36т — 36т11 выполняется функция
f (X, 1, V, Z,7. )и„ э, 1 Д =
1=1
Когда ут = О, Z = К вЂ” 1, 2=К вЂ” 1, функпия примет вид (б). 15
5=1„1= 1,,„,и1
М
1:ели 2 = 1«„. h =1,...ти, т.е когда соедине1 1 ны входная шина 32 с произвольной другой входной шиной, выполняется функция (8) При подключении базовых элементов (фиг. 10) и отсутствии логических уровней на входных шинах Збз — 36ти, реализуется функция
f(õä,Ê z,z ) "!" 1 т1и )(> ича хЧ или тиаХ(Ч, Z ) f 2 <1и«зХ Ч ийи Х >и1ахУ или с"х (z) woe У „5 "мах(от.)свох тп"и X и1«зху « ииХ <ваху
Х= Х1,."",,Х 11, У =1У1,-- Учи 1,У = У,,,,У,„ ; где хт... .х — логические уровни, поступающие на входные шины 331 33 ут ... .у„„— логические уровни, поступающие
I на входные шины 341 — 34„,, ó1,...у„— логические уровни,. поступающие на входные шины 371 — 37,„, 2 — логический уровень, поступаю( щнй на входную шину 32;
2 — логический уровень, поступающий на входную шину 35.
Когда Z = a, у, = К вЂ” 1, г = О, функция приводится к виду и1Ох Ч> + Ж. Х1 = Х =" = Хи1 "- К-1 о, у 7 xx„. 5KK- ) (7). 1(Х1,- Хт.)О К
К«1, &«я W =Х =" Xти, ИьиХ ), МР«Х1 4Ч Х, (X„.. X )„«„И11и (X1,..., X ) При подключении базовых элементов (фиг. 11) и отсутствии логических ypossel 1ти1и У, и и.Х„= " =Хт„=О
AOBK g= „ 1,„,. g y. gP
1-1 ло
Многофункциональный элемент К-значной логики (фиг. 1) работает следующим образом.
На вход определтттеля 2 логических уровней поступают входные сигналы. Определитель
2 логических уровней, соединенный с источником 1 логических уровней, сравнивает входные сигналы с логическими уровнями, используя базовые элементы 6, подключенные для реализации функции (3).
Таким образом, на одних из выходов опрезо делителя 2 логических уровней, определяющих логические уровни входных сигналов, будут нули, а на остальных выходах будут логические уровни, не равные нулю.
Сигналы выходов определители 2 логических
l уровней поступают на вход формирователя 3
3S логических уровней, соединенного с исючни° ком 1 логических уровней. Формирователь 3 логических уровней в соответствии с наличием нулевых сигналов на его входах в эависимос. ти от необходимой реализуемой функции
4D формирует на одном из своих выходов логический уровень, не равный уровню (К-1).
На остальных своих выходах формирователи 3 логических уровней формирует логический уровень (К вЂ” 1). При необходимости, в соответствии с реализуемой функцией, на всех выходах формируется логический уровень (К вЂ” 1).
Зля формирования логических уровней используются базовые элементы 8, обеспечивающие реализацию функции (8). При этом подается
5о один необходимый в соответствии с реализуемой функцией логический уровень у1 на один из входов 37,— 37„, базового элемента 8.
При необходимости используются базовые элементы 5, обеспечивающие реализацию функции (2). При этом выходы базовых элементов 5 подключаются к входным шинам 36 —
36 базовых элементов 8. Использование базовых элементов 5 необходимо в случае реализации предлагаемой многофункциональной
1(х) х- PPuyfo
" 15 х <4 1(х) ®-- о, ирх =4 1, Õ =9 7 8 схемой большинства функций от двух и более переменных. С выходов формирователя 3 логических уровней ситналы поступают на входы элемента выборки экстремального логического уровня 4, который базируется на базовом элементе 7, обеспечивающего реализащпо функ»ши минимума (6). Таким образом, на выходе блока 4 выборки экстремальчого логического уровня будет сигнал, логический уровень которого будет находиться в необходимой зависимости от логических уровней входных сигналов. Предлагаемый многофункциональный элемент может реализоваться инверсным методом на другой элементной базе. При этом определить 2 логических уровней вместо базовых элементов 6 использует базовые элементы 7, обеспечивающие реализацию функции (5), а формирователь 3 логических уровней вместо базовых элементов 8 использует базовые элементы согласно фиг. 10, обеспечивающие реализацию функции (7), а вместо базовых элементов 5 — базовые элементы согласно фиг. 6, обеспечивающие реализацию функции (1). При этом блок 4 выборки экстремального логического уровня базируется вместо базового элемента 7 на базовом элементе 6, обеспечивающем реализацию функции максимума (4). Блок 4 выборки экстремального логического уровня в зависимости от использования базового элемента 7 или базового элемента 6 соединен с максимальным или минимальным логическим уровнем источника 1 логических уровней. На фиг. 2 дан пример схемы, реализующей функции одной переменной четырехзначной логики. На входную шину 9» подается входной сигнал х,, а с выходной шины 28 снимается сигнал f(х}, логический уровень которого находится в функциональной зависимости от входного сигнала в соответствии с подсоединением коммутационных шин 14 — 19. При подсоединении шины 19 к шине 10 логического уровня "О",, шин 14 и 18 к шине 11 логического уровня "1", шин 15 и 17 к шине 12 логического уровня "2" и шины 16 к шине 13 логического уровня "3" схема 71337 8 При подсоединении шины 19 к шине 10, шин 16 и 18 к шине 11, шин 15 и 17 к шине 12 и шины 14 к шине 13 схема реализует функцию обратного циклического отрица5 При подсоединении шин 17, 18 и 19 к шине 10 логического уровня "0", а шин 14, 15 и 16 к разным произвольным шинам 10 — 13, схема реализует характеристические функции: (.Х) иса4» 3, » ы-Х = » . При этом логический уровень 1 определящ0 ется логическим уровнем неподсоединенной к шинам 14,. 16 одной из шин 10-13. Так, если шина 14 подсоединена к шине 10, шина 15 — к шине 11, шина 16 — к шине 13, то при наличии на входной шине 9, логического уровня "2" на выходной шине 28 будет логический уровень ™3". В остальных случаях будет логический уровень "0". При подсоединении шин 14, 17, 18 к шине 10, шины 19 к шине 11, шины 15 к 12, а шины 16 к входной шине 9», схема реализует функцию возведения в квадрат без учета переноса: При подсоединении шины 16 к шине 11, и остальных шин, как и при реализации 40 предыдущей функции, схема реализует функцию возведения в куб без учета переноса: g> ) ъс4 1(Х)»во,14- G й/л"- Х =8 ури. (=27 . Для реализации функции сравнения реализует функцию инверсии: а4-Ь-Х. При подсоединении шин 15 и. 19 к шине 10, шин 14 и 18 к шине 11, шинь» 17 к шине 12 и шины 16 к шине 13 схема реализует функцию циклического отрицания. « +1, Õ ФЗ (Х) ч»064 $p ф»».)(= Ъ З,ъ/эи. М7О1 1 (М)тод4 ь »/ь» Х=О. ь М" - » о, м х<а„ 55 необходимо подсоединить шину 16 к шине 10, шину 15 к шине 11, шину 14 к шине 12. При этом осуществляется коммутация: при О„ = 3 шины 17, 18, 19 подсоединяются к шийе 10, а шина 27 — к одной .иэ шин 871337 TO — 13 необходимого логического уровня ф. прн ОЦ= 2 шины 18, 19 подсоединяются к шине 10, а шина 17 — одной из шин 10 13 необходимого логического .уровня ф.; 4 > при с3 = 1 шина 19 подсоединяется к шине 10, шина 17 — к шине 13, а шина 18 — к одной из шин 10 — 13 необходимого логического уровня $„-; Йри С1„= 0 шины 17, 18 подсоединяются к шине 13, а шина 19 — к одной из шин 10 — 13, необходимого логического уровня Ь;. Коммутационные шины 24 — 26 подключаются к соответствующим шинам 10 — 13 логическим уровнем ниже от подключения коммутационных шин 17-19. Например, при подсоединении шины 17 к шине 12, шина 24 подключается к шине 11. При соединении коммутационной шины 17 базового элемента 8 с шиной 10, его коммутационная шина 24 подключается к шине смешения 40. На фнг. 3 и 4 показан вариант схемы, реализующей функции двух переменных четырехзначной логики, принцип действия которой заключаются в следующем. На входные шины 91, 93 подаются входные сигналы х, у соответственно, а с выходной шины 28 снимается сигнал f (х, у), логический уровень которого находится в функциональной зависимости от входных сигналов в соответствии с подсоединением коммутационных шин 20> — 204> 21> — 214> 22> — 2243> 233— 234 8 l0 При соединении шины 203 с шинаьти 223, 223» 2233, шины 203 с шинами 226, 22» 22 22з4, 2233> шины 20з с .шинами 22 22 3> 1Ь ° 36, шины 204 с шинами 223 †224, а также 5 ппшьт 21х с шинами 233 23х х. 23з4 213 С ШниаМИ 234, 2333, 2333 И ШИНЫ 214 с шинами 233, 233, 236, 233, схема реализует функцию умножения без учета переноса: ХЧ ИР ХУ 3 > иапо д4 " ХЧ -4, ири. 3 < X М < 7 ХУ-8, Я/зь». ХУ >" l5 Схема, реализующая функцию Вебба для произвольного количества переменных четырехзначиой логики, изображенная на фиг. 5, работает следующим образом. В данной схеме определитель 2 логических 20 уровнеи определяет значение экстремального логического уровня иэ входных сигналов \ х1 — х,, которые подаются на входные шины 91 — 9 „c выходной шины 28 снимается логический уровень, находящийся в зависимости 25 от входных уровней в соответствии с подсоединением коммутационных шин 14 — 16. Так, при соединении шины 14 с шинои ll, шины 15 с шиной 10, шины 16 с шиной 13 реализуется функция Вебба . 3И )ИО>х 4 vnaX(X»,Х)+1, IaX(X4 Õ ) З = O, W ОХ (Х4,.",Х ) = S°. При соединении шины 201 с шинами 223, 2213, 2234 шины 203 с шинами 223, 22, 22зз. шины 20з с шинами 224, 223» 2234, шины 204 с шинами 221, 2237, 22зз, а также шины 2Ii с шиной 234, 23 7, 2334, umны 213 с шинами 23» 233о, 23зз, шины 213 с шинами 233, 23g9, 2334 и шины 214 с шинами 23 2313, 2333, схема реализует функцию сложения без учета переноса > Х+Ч, и.,>2и. Х У < 3, > Мод4 $ У-4, йри.Х+У P 3 . (х,у ) При том же соединении шин 201 — 204 и шины 21, с шинами 233> 23», 2334, и шины 213 с шинами. 2333, 233, 233>>, шины 213 с шинами 2317, 2334 234, а также шины 214 с шиками 23), 23,3, 2333, схема реализует функцию вычитания без учета заема: Х-Ч, И Х-У О ""с 4 h X-y.+4, Õ-У <О . При соединении шины 14 с шиной 13, шины 15 с шиной 12, шины 16 с шиной 11 реализуется обратяая функция Вебба: Ь (Х,,...,Х) 40 »»<>Х(Х<,.-,Х,„)-4,»/>< »<ах(Х>,Х >»О 5,34 и»- т <ЗХ (Х„>X ) -QП ри замене базовых элементов 6 на базовые элементы 7, базовых элементов 8 на базовые 45 элементы, приведенные на фиг. 10 и базовых элементов 7 на базовые элементы 6, схема реализует функцию. % (X„»...X„)ь)О>54 туши(Х„...,X „„)+1, rni (X„,...,Õ) Ф Ь,. О, и4и (Х„, .",Х,) =3 ° При коммутации шин аналогично схеме, реализующей обратную функцию Вебба, схема реализует также функцию: 55 (Х4>.-,Хт>л)тщя4ФЩй()С,...,)C )-М, И эи. ЗИАД (Х4>...,Х,„) 401 34/ЭМ Иии (X 1 ° .. > X т ) o 871337 Таким образом, данный многофункциональный элемент К-значной логики позволяет реализовать функции произвольного количества переменных К-значной логики, что расширяет ее функциональные возможности по сравнению с известными схемами. Формула изобретения Многофункциональный элемент К-значной логики, содержащий источншс логических уровней, входные шины, от лича ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены определитель логических уровней, формирователь логических уровней и блок выборки экстремального логического уровня, выходы источника логических уровней соединены с входами определителя логических уровней, формирователя логических уровней и блока выборки экстремального логического уровня, остальные входы которого соединены с выходами фор. мирователя логических уровней, соответствующие входы которого соединены с выходами определителя логических уровней, соответствующие входы которого соединень1 с входными шинами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизы 1. Патент Японии ла 4926027, кл. H 03 К 17/60, 1s 1974. 2. Патент ГДР йч 116549, кл. Н 03 К 19/20, 1975. 871337 Составитель И. Paaos Техрсд А. Бабинец Филиал ЛПП "Патент", г. ужгород, ул. Проектиаи, 4 Редактор H. Коляпа Заказ 8486/30 Тщ ж1 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4(5 Корректор Н, Швыдкая Подлисное
