Багатопороговий елемент багатозначної логіки

Реферат: UA 118735 U UA 118735 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до цифрової обчислювальної техніки і може бути використана для реалізації двійкових, трійкових, та інших багатозначних логічних і арифметичних пристроїв, може використовуватись в галузях обчислювальної техніки, систем управління та прийняття рішень. Перспективним напрямком розвитку обчислювальної техніки є використання багатозначних систем числення, що дозволяє зробити недвійкову обчислювальну систему більш досконалим математико-логічним інструментом ніж двійкову. Одна з перешкод на цьому шляху полягає у відсутності багатозначних логічних елементів, реалізованих на сучасній технологічній основі, і перевірених схемотехнічних рішень, що стосуються устрою вузлів багатозначних обчислювальних систем. Досягнутий рівень техніки в даній галузі характеризується наступними прикладами. Відомі порогові елементи трійкової логіки на магнітних елементах (ПЕТЛМ), на яких були побудовані ЕОМ "Сетунь" [1]. Характерною особливістю ПЕТЛМ є представлення трійкових значень -1, 0, +1 дискретними фіксованими струмами -Іф, 0, +Іф, виконання порогових функцій трійкової логіки шляхом алгебраїчного додавання струмів (ампервитків) у вхідних ланцюгах елементів, можливість розділяти трійчасті значення на їх двозначні компоненти, можливість складати трійчасті значення з їх двозначних компонентів. ПЕТЛМ виконані на основі електромагнітної техніки на магнітних сердечниках. Недоліки порогового елемента трійкової логіки на магнітних елементах: побудований по застарілим технологіям на магнітних сердечниках, внаслідок чого має низьку швидкодію і не може бути реалізований засобами сучасних інтегральних напівпровідникових технологій. Найближчим аналогом є пороговий елемент трійкової логіки (ПЕТЛ) [2]. ПЕТЛ складається з блока емітерних повторювачів (БЕГТ) і підключених до його виходів m блоків струмових перемикачів (СП.1…СП.m). БЕП реалізовано на двох повторювачах, відповідно на n-p-n і p-n-р транзисторах. Перший повторювач включений між спільною шиною і шиною живлення "-Е", другий - між шиною живлення "+Е" і спільною шиною. Кожний блок СП містить 2 перемикача струму. Струми фіксованої величини Іф формуються двома джерелами струму, підключеними відповідно до шин живлення "+ Е" і "-Е". Така побудова аналогічна емітерно-зв'язаній логіці і може бути реалізована сучасними інтегральними напівпровідниковими технологіями. Недоліки найближчого аналога: він може застосовуватися лише для трійкової логіки, визначається мала кількість порогів (рівнів) вхідних сигналів, а також не розрізняються рівні «++» = "0+» і «-» = "0-». Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є створення багатопорогового елемента багатозначної логіки зі збільшеною кількістю порогів (рівнів). Внаслідок цього усуваються недоліки прототипу. Поставлена задача вирішується тим, що у багатопороговий елемент багатозначної логіки, який складається з n емітерних повторювачів і m струмових перемикачів, при цьому вихід кожного з n емітерних повторювачів з'єднано з входом щонайменше одного струмового перемикача, кожний з яких має два виходи, причому виходи всіх m струмових перемикачів у сукупності формують вихідну шину багатопорогового елемента багатозначної логіки, згідно з корисною моделлю, введено блок формування порогів, на вхід якого подаються k вихідних шин попередніх елементів, а n виходів поєднуються з входами n емітерних повторювачів. Технічний ефект запропонованого пристрою. Суть корисної моделі пояснюється фіг. 1, де 1 - блок формування порогів, 2.1…2.n - емітерні повторювачі, 3.1…3.m - струмові перемикачі, при цьому на вхід блока формування порогів 1 подаються k вихідних шин попередніх елементів, а п виходів поєднуються з входами n емітерних повторювачів 2.1…2.n, вихід кожного з яких з'єднано з входом щонайменше одного струмового перемикача 3.1…3.n, кожний з яких має два виходи, причому виходи всіх m струмових перемикачів у сукупності формують вихідну шину багатопорогового елемента багатозначної логіки. Пристрій працює таким чином. На вхід блока формування порогів (БФП) 1 надходять k дискретних струмових сигналів Ij з попередніх елементів. Вони можуть приймати одне з типових значень (наприклад для двійкової логіки таких значень буде два: Ij = +1, Ij=0; для трійкової симетричної системи таких значень буде три: Ij = +1, Ij=0, Ij = -1). БФП формує необхідну кількість порогів n. Його п виходів з'єднуються з входами емітерних повторювачів (ЕП) 2.1…2.n. В залежності від результату додавання вхідних струмів Ij активується частка виходів БФП, і відповідні їм ЕП. Активні ЕП формують сигнали на підключених до них струмових перемикачів (СП) 3.1…3.m. В залежності від вхідного сигналу кожний СП формує стандартний струм Іф на одному зі своїх двох виходів. 1 UA 118735 U 5 10 15 Виходи струмових перемикачів можуть об'єднуватися у довільних комбінаціях для формування необхідної логіки функціонування багатопорогового елемента багатозначної логіки. Таким чином, запропонований багатопороговий елемент багатозначної логіки завдяки введенню блока формування порогів та нових зв'язків дозволяє застосовування для побудови елементів логіки будь-якої значності, збільшити кількість порогів, розрізняти більше рівнів вхідних сигналів. На прикладі трійкової симетричної логіки розглянемо перетворення, що виконуються багатопороговим елементом багатозначної логіки (БПЕБЛ) з чотирма симетричними порогами n=4 (відповідно 5 рівнями). Структура можливої реалізації наведена на фіг. 2. На вхід БФП надходять k дискретних струмових сигналів Ij з вихідних шин попередніх елементів. k=k+1+k-1+k0, де k+1 - число сигналів, поточні значення яких +1, k-1 - число сигналів, поточні значення яких -1, k0 - число сигналів, поточні значення яких 0. В схемі чотири емітерних повторювачів (ЕП1….ЕП4) та чотири струмових перемикачів (СП1…СП4). На БФП може подаватися будь-яка кількість вхідних сигналів k. Значення напруг, що формуються на виходах ЕП і відповідно подаються на входи струмових перемикачів, наведені у таблиці 1. 20 Таблиця 1 Сума вхідних струмів -0 + ++ 25 ЕП 1(+Uб2) 1 0 0 0 0 ЕП2 (+Uб1) 1 1 0 0 0 ЕП3 (-Uб1) 0 0 0 1 1 ЕП4 (-Uб2) 0 0 0 0 1 У таблиці 1 позначено "1" - активний сигнал (який впливає на СП), "0" - неактивний сигнал (який не впливає на СП) на виході відповідного ЕП. Виходи СП, в залежності від вхідних сигналів описуються функцією terlev відповідно значеннь, наведених у таблиці 2. Таблиця 2 Сума вхідних струмів terlev 0 + ++ 30 35 40 СП1 +R2 0 + + + + +L2 + 0 0 0 0 Вихідні сигнали струмових перемикачів СП2 СП3 +R1 +L1 -R1 -L1 0 + 0 0 + 0 + 0 0 + 0 0 + 0 0 СП4 -R2 0 -L2 0 0 0 0 На фіг. 3 наведено схему електричну принципову реалізації БПЕБЛ з чотирма симетричними порогами для трійкової симетричної логіки. БФП складається з обмежувача вхідної напруги D1, резистора навантаження R9, та схем формування порогів - R1, D1, D2 - для ЕП1, R3, D5 - для ЕП2, R4, D6 - для ЕП3, R2, D3, D4 - для ЕП4. Самі емітерні повторювачі зібрано на елементах - ЕП1 на V1, R5, ЕП2 на V2, R6, ЕП3 на V3, R7, ЕП4 на V4, R8. Вихідні сигнали ЕП формуються в залежності від вхідних сигналів згідно таблиці 1 і подаються на СП. СП1 зібрано на транзисторах V5, V9 і джерелі струму II. Відповідно СП2 на V6, V10, 12, СП3 на V7, VII, ІЗ, СП4 на V8, V12,14. +е, -е - джерела опорної напруги. Якщо сигнал на вході СП активний ("1" по таблиці 1), на виході L відповідного СП формується струм, інакше - струм формується на виході R. СП у сукупності мають 8 виходів, комбінація яких може формувати необхідні логічні або арифметичні функції. Таким чином завдяки введенню блока формування порогів та нових зв'язків збільшується кількість порогів, що дозволяє розрізняти більше рівнів вхідних сигналів, застосовувати багатопороговий елемент багатозначної логіки для побудови логічних і арифметичних елементів логіки будь-якої значності. 2 UA 118735 U 5 10 Так, наприклад, наведена реалізація БПЕБЛ для трійкової симетричної логіки, у порівнянні з прототипом, має 4 пороги вхідних сигналів (у прототипі -2), розрізняє 5 рівнів (у прототипі - 3), має 8 вихідних сигналів (у прототипі - 4), що у сукупності дозволяє будувати більше різноманітних логічних і арифметичних пристроїв зі спрощеною реалізацією. Джерела інформації:. 1. Брусенцов Н.П. Пороговая реализация трехзначной логики электромагнитными средствами. // Вычислительная техника и вопросы кибернетики. Вып.9. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1972. - С. 3-35. 2. Пат. 2394366 Россия, МПК (2006.01) Н03К 19/00. Пороговый элемент троичной логики и элементы на его основе. Опубл. 10.07.2010. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Багатопороговий елемент багатозначної логіки, що складається з n емітерних повторювачів і m струмових перемикачів, при цьому вихід кожного з n емітерних повторювачів з'єднано з входом щонайменше одного струмового перемикача, кожний з яких має два виходи, причому виходи всіх m струмових перемикачів у сукупності формують вихідну шину багатопорогового елемента багатозначної логіки, який відрізняється тим, що введено блок формування порогів, на вхід якого подаються k вихідних шин попередніх елементів, а n виходів поєднуються з входами n емітерних повторювачів. 3 UA 118735 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4