SU273523A1 - Цифровое вычислительно-логическое устройство - Google Patents

Description

Предлагаемое изобретение относитс  к области вычислительной техники и предназначено дл  применени  в вычислительных устройствах , выполн ющих вычислительно-логические операции и использующих запоминающее устройство, специально спроектированное дл  этой цели.

Известны цифровые вычислительно-логические устройства, использующие стандартное магнитное оперативное запоминающее устройство МОЗУ с линейной выборкой дл  выполнени  логических и арифметических операций .

Предлагаемое вычислительно-логическое устройство отличаетс  от известных тем, что в нем выход каждого реверсивного формировател  подсоединен ,к одному концу соответствующей словарной щины, противоположные объединенные концы соседних словарных щин подключены к реверсивным ключам, входы реверсивных формирователей и реверсивных ключей подсоединены к соответствующим выходам блока управлени , входы ключей формирователей и вентилей, подсоединенных к выходам соответствующих ступеней разр дных дещифраторов, подсоединены также к соответствующим выходам блока управлени .

Предлагаемое устройство выполнено на элементах системы 2,5 D, что позвол ет повысить быстродействие запоминающего устройства за счет уменьшени  числа сердечников, прошиваемых одной щнной, позвол ет также увеличить допуски на отклонение амплитуды токов п имеет р д других преимуществ. Если рассматривать магнитные элементы МОЗУ системы 2,5 D как многофункциональные с настройкой управл ющими сигналами в виде импульсов тока, подаваемых в словарные и разр дные шины, то становитс  возможным при незначительном увеличении количества оборудовани  выполн ть логические и ариф,метические операции непосредственно в матрицах МОЗУ. Дл  этой цели к нескольким словарным шинам подключаютс  отдельные формирователи тока, пол рность импульсов и момент срабатывани  которых задаютс  управл ющим устройством. На пересечении этих словарных шин с К разр дными щинами (К чнсла разр дных шин в одном разр де МОЗУ системы 2,5D) образуетс  некоторое количество адресов, которые могут быть названы функциональной частью МОЗУ в отличие от остальной части МОЗУ, которую назовем основным массивом МОЗУ. витс  возможным получение различных функций . Если слово находитс  в основном массиве МОЗУ, то его предварительно нужно перевести Б функциональную часть, и в ней, подава  нмлульсы соответствующей пол рности в определенной последовательности по слюварным и разр дным шинам, .можно выполнить над словом (или словами) логическую операцию (операции). На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого цифрового вычислительно-логического устройства, в которОМ арифметические и логические операции выполн ютс  на матрицах МОЗУ системы 2,5 D . Ыа фиг. 2 представлены, в .качестве приме- 15 ра, система дешифрации, схемы формирователей и ключей, используемых в предлагаемом устройстве. На фиг. 3 приведена схема расположени  словарных и разр дных, шин дл  одного разр да матрицы МОЗУ системы 2,5 D. На фиг. 1 .прин ты следующие обозначени : разр дные матрицы МОЗУ 1 системы 2,50; словарные дешифраторы 2 и 5 первой и вто- 25 рой ступеней дешифрации соответственно; соответственно реверсивные формирователи и ключи 4 и 5 словариой системы шин; диодна  Матрица 6 словарной системы шин (по два диода па шину); разр дный дешифратор 7 30 первой ступени, работающий в такте считывани ; разр дный дешифратор 8 первой ступени , работающий в такте записи; разр дный дешифратор 9 второй ступени, работающий в тактах записи и считывани ; реверсивные фор- 35 мирователи 10 и ключи // разр дпой системы шин; усилители чтени  12; регистр числа 13; формирователи 14 регистра числа; вентили ( схемы совпадени ) 15, которые производ т запуск разр дных формирователей 10 в зави-40 симости от информации, иоступающей из регистра числа 13 и из дешифратора 8; дополнительные формирователи 16 (см. фиг. 1), необходимые дл  выполнени  логических операций в матрицах МОЗУ; количество формиро-45 вателей 16 равно Л , где п - число еловарных шин; управл ющие шины 17-2,1, по которым из управл ющего устройства поступают сигналы, определ ющие выбор одной из р.азр дных шин с целью выполнени  требуе-50 мой логической операции в соответствующем адресе, т. е. эти сигналы производ т разр дную дешифрацию в тактах считывани  и запи ,си лри работе устройства в режиме выполнени  логических операций; управл ющие шины55 /7 производ т выбор соответствующего разр дного ключа (втора  .ступень дешифрации), в .общем случае количество управл ющих шин 17 равно т, , где k - число разр дных шин в одном разр де; управл ющие шины 18, 5 10 60 19 осуществл ют разр дную дешифрацию первой ступени в такт считывани , а управл юпдие шины 20, 2.1 (с учетом инфор,мации из регистра числа) - в такт записи; следует заметить , что здесь рассматриваетс  вариант МОЗУ системы 2,5 D с реверсом разр дного тока в зависимости от адреса (вариант с уменьшенным количеством разр дного оборудовани ) ; реверс тока осуществл етс  первой ступенью разр дной дешифрации; управл ющее устройство 22; управл ющие шины 23, 24, по которым из управл ющего устройства 22 подаютс  сигналы на запуск формирователей 16 дл  получени  от них импульсов лоложительной и отрицательной пол рности соответствеппо; специальный ключ 25 в системе слоВарной дешифрации, запускаемый от управл ющего устройства 22 одиовременно с формировател ми 16; необходимость в этом специальном ключе возникает при выполнении логических функций в нескольких адресах одновременно , когда через пего должен пройти суммарный ток нескольких словарных шин; возможно в некоторых случа х совмещение ключа 25 с существующими в обычном МОЗУ Ключами 5: управл юща  шина 26, по которой происходит запуск ключа 25; стробирующий сигнал 27 из управл ющего устройства 22, производ щий запись информации с усилителей чтени  12 на формирователи 14 регистра числа; стробирующий сигнал 28, производ щий запись информации с усилителей чтени  12 на формирователи 14 со сдвигом на разр д влево; усилитель контрол  29, который срабатывает и посылает сигнал в управл ющее устройство 22 при наличии хот  бы одной «единицы в .слове на выходах усилителей чтени  72 при подаче строба 28 (контроль наличи  «переноса); усилитель контрол  30, который срабатывает при наличии «единицы в старшем разр де (контроль старшего разр На фиг. 2 в качестве примера приведена система дешифрации, используема  в предлагаемом устройстве, и показаны схемы отдельных формирователей. Словарный дешифратор включает в себ  диодную матрицу 6, словарпые формирователи 4 и словарные ключи 5; в выходные цепи дешифратора включены словарные шины .матриц / МОЗУ системы 2,5 D. На фиг. 2 показано также подключение к словарны .м шинам нововведенных реверсивных формирователей 16 и специального ключа 25. Каждый формирователь 16 подключаетс  к с;дному концу своей словарной шины, а ключ 25 подсоедин етс  к объединению противоположных концов этих словарных шин, таким образом, в функциональной части МОЗУ оказываетс  р-т адресов. При необходимости увеличени  количества адресов в функциональной части МОЗУ возможно использование еще нескольких ключей 25, которые подключаютс  к .другим объединени м словарных

В системе разр дной дешифрации используютс  формирователи Ю, схема которых аналогична схеме формирователей 16, и ключи 11, подобные ключам 5.

Остальные узлы предлагаемого цифрового вычислительн10-логического устройства соответствуют обычиому МОЗУ системы 2,50 и ноэтому примерами не сопровождаютс . Возможность осуществлени  нововведенных св зей 17-21, 23, 24 дл  любых схем обычного МОЗУ и возможность построени  управл ющего устройства, дающего импульсы на определенных управл ющих шинах в определенные моменты времени,  вл ютс  очевидными и подтверждение их в виде примеров - излишним .

Дл  по снени  возможности получени  логических функций на матрицах МОЗУ системы 2,5D рассмотрим работу одного разр да МОЗУ, схема распололсени  шин которого представлена на фиг. 3. Здесь вз ты дл  рассмотрени  четыре словарные шины 31-34, че1ыре разр дные шины 35-38 и  чейки 55-47, наход щиес  на пересечени х этих шин (шина чтени  на фиг. 3 не показана).

Рассмотрим выполнение простейших логических операций - отрицани , дизъюнкции и конъюнкции - в одном адресе МОЗУ, например в  чейке 40 (см. фиг. 3), котора  находитс  на пересечении словарной шины 31 и разр дной шины 35. Условимс , что наличие двух отрицательных импульсов полутоков по шинам 31 и 35 переводит  чейку 40 в состо ние «нуль, наличие двух положительных импульсоз - в состо ние «единица, а также, что усилитель чтени  чувствителен к обеим пол рност м э.д.с. на шине чтени  (последнее совпадает с требованием к усилител м чтени  в обычном МОЗУ системы 2,50).

Очевидно, что если в  чейке 40 хранилось чкгло а, то при подаче по шинам 31 и 35 отрицательных импульсов полуто-ков произойдет обычное считывание, и с шин чтени  на усилители чтени  и в регистр числа поступит пр мой код числа. Если же .произвести считывание числа ие отрицательными, а положительными импульсами полутоков (по тем же шинам 31 и 35), то на усилители чтени  поступит уже обратный код числа, т. е. осуществитс 

операци  а - инверси  числа а.

Операци  дизъюнкции avb (b - слово, подаваемое в разр дные шины 55 при записи) получитс , если в  чейку 40, где, допустим, уже записано число а, записать число b (без предварительного считывани  числа а), дл  чего в такте заниси по шинам 3/ и 35 подать положительные импульсы иолутоков; разр дные шины возбуждаютс  кодом числа Ь, предварительно записанным в регистр числа 13. Действительно, в  чейке 40 «единицы будут записаны в тех разр дах, которые соответствуют «единицам слова а или «единицам слова Ь. Предварительна  запись слова 6 в регистр числа производитс  в такте

считывани , непосредственно предшествовавшем такту записи, в которо:м выполн етс  операци  дизъюнкции, в результате считывани  51чеЙ1 и, в которой хранилось слово b (допустим ,  чейки 42). Очевидно, что здесь в такте считывани  обращение будет происходить по одному адресу (обращение к  чейке 42), а в такте записи - по другому (обращение к  чейке 40). Это можно осуществить с помощью нововведенных управл ющих св зей 17-21, 23-24, 26, а именно: с помощью этих св зей производитс  запуск формировател  16, соответствующего выбираемой словарной шине , специального ключа 25, а также формирователей 10 и ключей 11 дл  получени  в разр дной шине импульсов определенной пол рности в такте считывани  и в такте записи. Заметим, что одновременно с операцией avb в записи мол-:ет быть осуществлена регеиераци  числа b в  чейку 42, дл  чего в такте записи одновременно со словарной шиной 31 возбуждаетс  и шина 32 (т. е., управл ющее устройство запускает одновременно два фор iиpoвaтeл  16. а именно те, которые соответствуют этим словарным шинам).

Логическую операцию конъюнкции в  чейке 40 можно получить, если в такт считыВЭ1ЩЯ считать число b с инверсией, например, па  чейке 42 (где, допустим, оно хранилось)

1 в такт записи подать на шииы 31 и 35 (обращение к  чейке 40, где уже записано число а) не положительные, как это происходит при обычной записи, а отрицательные импульсы полутоков; при этом в тех разр дах, где

6 0 (в этих разр дах усилители чтени  при считывании b с инверсией сработают), на число о будет действовать полный ток в сторону нул , который произведет стирание «единиц числа а в этих разр дах, и, таким образом,

в  чейке 40, где раньше было записано число а, теперь окажетс  слово , т. е. осуществ1ггс  логическа  операци  конъюнкции. Заметим, что в том же такте записи можно прорегеиерировать число b в  чейке 42, подав

на шину 32 отрицательный импульс полутока, 1ак как в  чейке 42 осуществитс  конъюнкци  числа с «единицами, оставшимис  там после считывани   чейки 42 с инверсией; таким образом , здесь в такте записи происходит выполпение логических операций сразу в двух адресах .

Остановимс  несколько подробнее на выполнении в предлагаемом устройстве логических функций в нескольких  чейках (адресах)

одновременно. Если в такте считывани  считать число b с некоторой  чейки, то, подава  его в такте записи по выбранным разр дным шинам (например, по шинам 35 в каждом разр де ) с помощью положительных импульсов

полутоков и подава  положительные импульсы полутоков по выбранным словарным шинам (шины 31, 32, 33, 34), получим выполнение в соответствующих  чейках ( чейках 40, 42, 44, 46) операции дизъюнкции числа b с в  чейках 40, 42, 44, 46 были записаны нули, то в описанном выше случае осуществитс  операци  «разветвлени  информации, так как происходит запись числа одновременно в несколько адресов. Следует заметить, что, так как в .предлагаемом устройстве используетс  схема МОЗУ системы 2,5 D с реверсом разр дного тока в зависимости от адреса, то, если описанна  выше операци  получени  дизъюнкции в нескольких адресах производитс  с  чейками 41, 43, 45, 47, необходимо в такт записи по словарным шинам 31, 32, 33, 34 подать положительный импульс .полутока, а в разр дную шину 35 - отрицательный импульс полутока. В предлагаемом устройстве возможно также выполнение различных операций в нескольких адресах одновременно. Действительно, возбужда  в такте записи разр дные шниы 35 положительными импульсами полутоков в зависимости от кода числа b и подава  в словарные шины 31, 32 положительные импульсы полутоков, а в шины 33, 34 - отрицательные, получим в  чейках 40 и 42 выполнение операции дизъюнкции числа b с содержимым  чеек 40 и 42 ,со ответствен но и в  чейках 45 vi 47 - конъюнкцию числа b с числами, хран щимис  в этих  чейках; в правильности этого можно убедитьс , если рассматривать каждую из этих  чеек и нроход шие через нее словарную и разр дную шины в отдельности и сравнить эти случаи с описанными выше операци ми получени  дизъюнкции и конъюнкции в одной  чейке. Дополнительно отметим, что при считывании иескольких  чеек (одних с инверсией, других - без инверсии) также возможно получение различных логических операций, так как лри этом на шине чтени  оказываетс  дизъюнкци  чисел, считанных с этих  чеек; причем числа, считанные с инверсией, войдут в вырас жение дизъюнкции с инверсией. Однако необходимо учесть, что при таком считывании возможны случаи, когда э.д.с. «единиц в шине чтени  будут направлены встречно и усилители чтени  могут не сработать. Эти случаи можно учесть заранее, зна  расположение шины чтени  относительно разр дны.х и словарных шин. В предлагаемом устройстве количество  чеек , к которым может одновременно произведено обращение (и в такте считывани  и в такте записи) с целью выполнени  в них логических операций, определ етс  количеством формирователей 16, так как .каж.дый из них подключен к своей словарной шине, а также мощностью ключа 25, через .который при выполнении логических операций в нескольких адресах одновременно проходит суммарный ток словарных шин. Так как количество оборудовани  в системе разр дной дешифрации в МОЗУ системы 2,5 D нропорн.ионально числу разр дов, то дополнительное увеличение количества одновременно опрашиваемых  чеек за счет возбуждени  двух и более разр дных шин одновременно в каждом разр де представл етс  нерациональным . При работе МОЗУ в режиме заноминающего устройства выбор разр дной шины производитс  дешифраторами 7, 8 и 9, а при работе МОЗУ в режиме выполнени  логических функций выбор разр дной шины происходит путем непосредственного запуска уже имеющихс  в обычном МОЗУ формирователей 10 и ключей У/ по управл ющим шинам 17, 18, 19, 20, 21. На основании методов выполнени  логических функций, предлол енных выше, можно синтезировать алгоритмы сложени  двух чисел с последовательной реализацией переносов , с.м. табл.

„. I O i-конец:

Контроль p- I YOTb одна 1 переход к та.кту 1.

В таблице обозначены: s-сумма по модулю 2; p - слово переносов; pi () - слово (аДЬ), сдвинутое на разр д влево; в нечетных тактах (/i, 2i)

происходит считывание информации с  чеек на регистр числа 13, в четных тактах ( h,

22) производитс  зались с регистра числа

в выбранную  чейку ( чейки). Как видно из таблицы, дл  осуществлени  данного алгоритма сложени  необходимы п ть  чеек ( чейки 40-44); в три из них (40, 42, 44) предварительно записываетс  одно слагаемое-число а и Б две другие  чейки (41 и 43) записываетс  другое слагаемое - число Ь. В таблице указаны пол рности импульсов формирователей, Бозбуждаюидих словарные и разр дные шины в определенные моменты времени (такты), по этим импульсам можно составить .программу управл ющему устройству; приведено изменение информации в  чейках, происход щее с каждым тактом, а также приведена информаци , поступающа  в регистр чисЛа в такте считывани  - дл  облегчени  контрол  за правильностью получаемых .промежуточных результатов.

Вычисление суммы сводитс  к нахождению суммы S по модулю 2, определ емой в такте 82, и слова переносов р , определ емого к такте 22; в такте 4i необходимо .произвести сдвиг слова иереносов на один разр д влево, дл  чего в этом такте подаетс  стробирующий сигнал 28 (см. фиг. 1), при этом ииформаци  с усилителей чтени  12 данного разр да переписываетс  иа формирователи 14 соседнего слова разр да регистра числа 13. В такте 4i происходит также контроль слова переносов и при наличии хот  бы одной единицы в слове переносов стробирующий сигнал 28 производит запуск усилител  контрол  29, который посылает сигнал в управл ющее устройство 22 дл  направлени  алгоритма после такта 42 иа формироваиие такта /i и продолжеиие вычислени  суммы; в случае, если слово иереиосов равио нулю, то алгоритм направл етс  на окончание сложени . Окончательный результат сложени  оказываетс  в  чейках 41 и 43.

Аналогично возможно построение алгоритма сложени  со .сквозным переносом, дл  реализации которого необходимо применить известные соединени  в системе усилителе чтени  и регистра числа, которые на фиг. 1 не 1оказа 1ы.

Выполнение операций сложени  двух чисел и сдвига слова позвол ет осуществить выполнение иа матрицах МОЗУ системы 2,50 и других о.пераций - умножени , делени  и нр., при этом основную часть оборудовани  предлагаемого вычислительного устройства составл ет однородное оборудование .МОЗУ.

Следующим щагом  вл етс  распространение и на управл ющее устройство требовани  о реализации его иа однородном оборудовании . Эта задача легко решаетс  с использоьаннем построени  управл ющего устройства

по одному из известных способов микропрограммировани , когда микрокоманды - слова управл ющих сигналов - составл ютс  в микропрограммы, хранимые в  чейках того же МОЗУ. Это дополннтельно позвол ет мен ть

характер и набор операций вычислительного устройства программным иутем.

Предмет изобретени 

Цифровое вычислительно-логическое устройство , содержащее магнитное оперативное запоминающее устройство (.МОЗУ), блок сдвига слов, блок управлени , дешифраторы, формирователи , усилители, вентили, ключи и регистр числа, отличающеес  тем, что, с целью повыплени  быстродействи , и надежности устройства , в ием выход каждого реверсивного формировател  подсоединен к одному концу соответствующей словарной ПИ1НЫ, противоположные обьединеииые концы соседиих словарных шин подключены к реверсивным ключам, входы реверсивных формирователей и реверсивных ключей подсоединены к соответствующим выходам блока управлени , входы ключей формирователей и вентилей, подсоединенных к выходам соответствующих ступеией разр дных дешифраторов, подсоединены также к соответствующим выходам блока управлени .