Цифровий пристрій для обчислення функцій

Цифровий пристрій для обчислення функцій, що вміщує регістр входу 1, інформаційні входи якого з'єднані з входами пристрою, дешифратор 2, інформаційні входи якого з'єднані з виходами регістра входу 1, блок пам'яті 3, входи якого з'єднані з виходами дешифратора 2, m-груп елементів "І" 4, де m-розрядність коефіцієнта нахилу апроксимуючої прямої, керуючі входи елементів "І" 4 підключені до перших виходів блока пам'яті 3, а інформаційні входи m-груп елементів "І" 4 з'єднані з виходами регістра входу 1, групу елементів "АБО" U 2 (19) 1 3 дами регістру входу, блок пам'яті, входи якого з'єднані з виходами дешифратору, m-груп елементів “І”, де m-розрядність коефіцієнту нахилу апроксимуючої прямої, керуючі входи елементів “І” підключені до перших виходів блоку пам'яті, а інформаційні входи m-груп елементів “І” з'єднані з виходами регістру входу, групу елементів “АБО”, входи яких підключені до відповідних виходів групи елементів “І”, кодові входи регістру виходу підключені до других виходів блоку пам'яті, а лічильні входи регістру виходу підключені до відповідних виходів групи елементів “АБО”, керуюча шина “Скид” підключена до першого керуючого входу регістра входу, регістра виходу та першого входу керуючого тригеру, другий вхід якого підключений до керуючої шини “Запуск” пристрою, прямий вихід керуючого тригера з'єднаний з другим керуючим входом регістру входу, а інверсний вихід керуючого тригера підключений до керуючого входу дешифратору. Недоліком даного пристрою є низька надійність. Мета корисної моделі - підвищення надійності пристрою при збережені апаратурних витрат. Зазначена мета досягається тим, то у цифровий пристрій для обчислення функцій, що вміщує регістр входу, інформаційні входи якого з'єднані з входами пристрою, дешифратор, інформаційні входи якого з'єднані з виходами регістру входу, блок пам'яті, входи якого з'єднані з виходами дешифратору, m-груп елементів “І”, де m-розрядність коефіцієнту нахилу апроксимуючої прямої, керуючі входи елементів “І” підключені до перших виходів блоку пам'яті, а інформаційні входи m-груп елементів “І” з'єднані з виходами регістру входу, групу елементів “АБО”, входи яких підключені до відповідних виходів групи елементів “І”, кодові входи регістру виходу підключені до других виходів блоку пам'яті, а лічильні входи регістру виходу підключені до відповідних виходів групи елементів “АБО”, керуюча шина “Скид” підключена до першого керуючого входу регістра входу, регістра виходу та першого входу керуючого тригеру, другий вхід якого підключений до керуючої шини “Запуск” пристрою, прямий вихід керуючого тригера з'єднаний з другим керуючим входом регістру входу, а інверсний вихід керуючого тригера підключений до керуючого входу дешифратору, в нього введені блок МДП-ключів, інформаційні входи якого підключені до відповідних виходів регістру виходу, керуючі входи блоку МДП-ключів підключені до виходу введеного елементу затримки, вхід якого підключений до входу введеного елементу “НІ”, а його вхід підключений до інверсного виходу керуючого тригера, інформаційні виходи блоку МДП-ключів з'єднані з інформаційними входами вхідного регістру і є “вхід/вихід” цифрового пристрою для обчислення функцій. В основу корисної моделі пристрою поставлено задачу підвищення надійності цифрового пристрою для обчислення функцій шляхом запропонування схемотехнічного рішення для усіх ознак, які вказані у відрізняючій частині формули корисної моделі, у вигляді введення блоку МДП-ключів, інформаційні входи якого підключені до відповід 40177 4 них виходів регістру виходу, керуючі входи блоку МДП-ключів підключені до виходу введеного елементу затримки, вхід якого підключений до входу введеного елементу “НІ”, а його вхід підключений до інверсного виходу керуючого тригера, інформаційні виходи блоку МДП-ключів з'єднані з інформаційними входами вхідного регістру 1 і є “вхід/вихід” цифрового пристрою для обчислення функцій, які виявляють в процесі взаємодії характерні їм відомі властивості, що дає кожен із них окремо відомий позитивний ефект, зумовлений сукупністю вказаних ознак, який визначається в тім, що скорочення кількості контактів відтворення функції за рахунок схемотехнічного вирішення. Таким чином, пропоноване рішення задовольняє критерій "суттєві відмінності". На Фіг. зображена структурна схема пристрою. Пристрій містить регістр входу 1, дешифратор 2, блок пам'яті 3, групу елементів “І” 4, групу елементів “АБО” 5, регістр виходу 6, керуючий тригер 7, МДП-ключі 8, елемент затримки 9, елемент “НІ” 10. У пропонованому пристрої значення функцій виводиться у вигляді додавання по mod 2 трансформованої у відповідному набору елементів "І" кодової послідовності вхідного аргументу і коректуючих констант. При цьому підключення відповідного розряду вхідного коду, зміщеного на цілу ступень двійки, здійснюється заздалегідь, після розрахунку ділянок та нахилу апроксимуючої прямої, тобто при підготовці таблиць. Для ділянки зміни аргументу (xj£x£xs+1) функція подається в такому вигляді F(x) = æ x oj g 0 + x isg ± i + ... + x (m-1)jg ± (m -1) ö Å D j , ç ÷ è ø ( ) (2) де: х - аргумент функції; g - основа прийнятої системи лічення; m - розрядність коефіцієнту нахилу апроксимуючої прямої; x oj ...x(m-1) j -константи перетворення, що мають значення 0 або 1; Dj- значення коректуючих констант, визначених як сума по mod 2 значення трансформованої кодової послідовності вхідного аргументу і відповідного йому значення кодової послідовності функції. Кількість та знаки зміщень вибираються із врахуванням необхідної точності відтворення функції. Процедура розрахунку функції, що реалізується, зумовлюється тим, що визначається значення коректуючої константи й коефіцієнта нахилу прямої jій лінійній ділянці апроксимації. Надійність цифрових пристроїв для обчислення функцій, які створюються у вигляді інтегральних мікросхем підвищується тому, що інтенсивність відмов l, контактних вузлів всередині схеми на три,..., чотири порядки менша в порівнянні з формуванням зовнішніх контактних вузлів. Відомо [2], що основними причинами відмови приладів при зборці кристалів в корпус та установці на друковану плату є недостатня механічна міцність контактів, мала адгезія виводів до контактної площадки і останньої до підложи, деградації контактного опору через взаємну дифузію металів 5 з утворенням інтерметалевих фаз і пустот, або прихованого технологічного дефекту. Під контактним вузлом приймається система: струмоведуча площина металізації - термокомпресія - провідник - контактний вивід корпусу - міжз'єднання до струмоведучої площадки друкованої плати. Припустимо, інтенсивність відмов кожного контактного вузла при операціях: - термо ком преси; провідника до металізованої площадки дорівнює l 1=10-6, - термокомпресія провідника до контакту площини корпусу дорівнює l 2=10-6, - контакт виводів корпусу IС до друкованої плати дорівнює l 3=10-6. Тоді загальна інтенсивність відмови одного контактного вузла дорівнює l з=l 1+l 2+l 3=10-6+10-6+10-6=3×10-6. Наприклад, у пристроїв при обробці інформаційних операндів з розрядністю 32 загальна інтенсивність відмов контактних вузлів дорівнює 32×l з=32×3×10-6=96×10-6. Тоді середній час безвідмовної роботи Тр пристроїв дорівнює Tp=(1/Sli) (3) Припустимо, що для пристроїв з числом контактних вузлів 32 інтенсивність відмови пристрою прототипу дорівнює l з пр=96×10-6, а у цифрового пристрою для обчислення функцій з розробленою новою схемотехнікою - зменшується число контактних вузлів в 2 рази, тоді l з вин=(96/2)×10-6, тобто за рахунок зменшення кількості контактних вузлів інтенсивність відмови пристроюкорисної моделі зменшується в 2 рази. Причому, порівняння проводиться при ідентичних умовах формування елементів конструкції, технології виготовлення пристроїв і мають однакову інтенсивність відмови. Це забезпечує збільшення середнього часу безвідмовної роботи цифрового пристрою для обчислення функції, відповідно [2] в Т р вин / Т р пр = (1 / Slі )вин /(1 / Slі )пр рази, (4) де Тр пр. - середній час безвідмовної роботи пристрою-прототипу; Тр вин - середній час безвідмовної роботи цифрового пристрою для обчислення функції з розробленою новою схемотехнікою реалізацією. 40177 6 Тоді для наведеного прикладу середній час безвідмовної роботи збільшується в Т из / Т пр = 96 × 10 - 6 / (96 / 2) × 10 -6 = 2 рази. Отже, зменшення кількості контактних вузлів (припустимо) в 2 рази при збереженні паралельної обробки операндів високої точності зменшується середній час безвідмовної роботи в 2 рази. Цифровий пристрій для обчислення функцій працює таким чином. По входу “Скид” пристрою імпульс встановлює у вихідний стан регістра входу 1, регістра виходу 6, тригер 7. Імпульс “Запуск” надходить на лічильний вхід тригера 7 і встановлює на виході регістру 1 вхідну кодову послідовність аргументу. Оскільки дозволяючий вхід дешифратора 2 відкритий інверсним виходом тригера 7, то під дією коду аргументу на відповідальному виході дешифратору 2 сформується імпульс, який надходить на відповідний вхід блоку пам'яті 3, під дією якого з других виходів блоку пам'яті 3 по відповідним кодовим входам у регістр виходу 6 записується код коректуючої константи, а з перших виходів блоку пам'яті 3 зчитується код керуючої константи, який надходить на відповідні керуючі входи відповідних елементів "І" 4, під дією якого вхідна кодова послідовність аргументу, яка трансформується заздалегідь по цілих ступенях двійки, надходить через елементи “АБО” 5 на лічильні входи регістру виходу 6. Під дією одиниць відбувається переключення відповідного тригера у регістру виходу 6 на протилежне значення, тобто відбувається сума по mod 2 . На виході регістру 6 з'явиться код значення відтворюваної функції. Техніко-економічний аналіз пропонованого пристрою показує, що зменшення числа контактних вузлів у запропонованому пристрої при збереженні паралельної обробки операндів високої точності (зберігається швидкодія), в порівнянні з прототипом, підвищує середній час безвідмовності роботи. Цифровий пристрій, який реалізовано в єдиному кристалі, завдяки зменшенню кількості зовнішніх контактів буде більш відмово стійким і тому підвищує не тільки надійність пристрою та відсоток виходу придатних IС, що знижує вартість цифрового пристрою для обчислення функцій. Джерела інформації: 1. Цифровое устройство для вычисления функций: А.с. 855658. СССР. МКИ G06F7/544 /В.М. Лукашенко -№2848805/18-24; Заявл.07.12.79; Опубл. 14.04.80; Бюл. №30. -4с. 2. Пат. 29319А Україна, МПК6 G06G07/26. Цифровий пристрій для обчислення функцій: В.М. Лукашенко -№98052508; Заявл. 14.05.98; Опубл. 16.10.00, Бюл.№5. -5с. (прототип). 7 Комп’ютерна верстка C.Литвиненко 40177 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601