книги из ГПНТБ / Цифровые многозначные элементы и структуры учеб. пособие

означает перенос (заем) в старший разряд. Поскольку триггер ТУ устанавливается в состояние «О» константой 9 в первом такте, про­ исходит учет переноса (заема).

В рассмотренном сумматоре лишь элемент Э используется во всех трех тактах, а остальные блоки работают только в одном из тактов. Учитывая эту особенность, можно примерно в три раза повысить быстродействие сумматора без значительного усложнения его схемы (рис. 90). Здесь слагаемое у поразрядно поступает на набор ключей, с помощью которых шина у поочередно подключается к установочным входам элементов Э1, Э2 и ЭЗ. Слагаемое х со сдвигом на один такт

относительно слагаемого у поступает на ПФД. Длительность импульса преобразуется блоком ПДЧ в число-импульсный код, который в со­ ответствующие такты поступает на счетные входы Э1, Э2 и ЭЗ. Резуль­ тат суммирования считывается с выходов этих элементов. Таким об­ разом, на Э1 суммируются 1 + 3/-е разряды, на Э 2 — 2 + 3;-е и на

Описанные сумматоры не превосходят двоично-десятичные по слож­ ности и не требуют дополнительного оборудования для преобразования кодов при выполнении операции вычитания.

Способы формирования сигналов суммы в параллельных суммато­ рах [25, 26] также обычно основываются на преобразовании фазо­ импульсных кодов в число-импульсные и использовании фазо-импуль­ сных элементов со счетным входом.

150

§ 5.5. Множительные и делительные устройства на фазо-импульсных элементах

В современных цифровых контрольных и измерительных устрой­ ствах часто необходимо вычислять искомые величины по результатам косвенных измерений. Как правило, такие вычисления сводятся к операциям умножения или деления. При этом для удобного и нагляд­ ного отображения результатов измерений множительные и делитель­

и трех триггеров, необходимых для выработки последовательностей управляющих сигналов.

Операция умножения выполняется последовательным прибавле­ нием множимого к сумме частичных произведений со сдвигом этой суммы вправо. Перед началом умножения множимое находится во вто­ ром регистре, а множитель — в третьем. После выполнения операции умножения старшие разряды результата будут записаны в первом регистре, а младшие — в третьем. Сигнал х начала операции устанав­ ливает коммутатор КР2 в первое состояние, то есть к последователь­ ному выходу регистра РЗ будут подключены соответственно вход и выход младшего разряда регистра. Этот же сигнал устанавливает триггер Т1 в состояние «1». В результате этого в счетчик циклов СчЦ запишется младшая цифра множителя, после чего триггер Т1 устанав­ ливается в состояние «О», а триггер Т2 в состояние «1». Затем, если

151

цифра в счетчике не равна нулю, вырабатывается сигнал, который устанавливает Т2 в состояние «О» и поступает на вычитающий вход счетчика СчЦ (то есть цифра, записанная в нем, уменьшится на еди­ ницу). Этот же сигнал поступает на коммутатор КС, в результате чего к числу, записанному в регистре Р1, прибавится множимое. Сигнал конца операции сложения установит триггер Т2 в состояние «1» и т. д. Описанный процесс прекратится, когда счетчик СчЦ уста­ новится в нулевое состояние. В этом случае вырабатывается сигнал, который устанавливает триггер ТЗ в состояние «1», а Т2 в «О». Потен­ циал с выхода ТЗ открывает схему совпадения, через которую цифра младшего разряда частичного произведения перепишется из регистра Р1 в соответствующую ячейку регистра Р2. После этого произойдет сдвиг вправо на один разряд частичного произведения. Импульс конца операции сдвига установит триггер Т1 в состояние «1»и переве­ дет коммутатор КР2 в следующее состояние. Вследствие этого в счет­ чик СчЦ запишется следующая цифра множителя и т. д. П| оцесс прекратится, когда произойдет умножение множимого на все разряды множителя. В этом случае после очередного сдвига частичного произве­ дения коммутатор КР2 будет находиться в последнем п-м состоянии (.п — число разрядов множителя). Совпадение импульса конца сдви­ га с сигналом на выходе последнего разряда КР определяет момент завершения операции умножения.

Оборудование делительного устройства (рис. 92) такое же, как и у множительного устройства. Отличие состоит только в том, что для реализации необходимой последовательности управляющих сигналов в данном случае требуется два триггера — триггер 77 и триггер зна­ ка операции ТЗн, а счетчик циклов СчЦ имеет суммирующий, вычи­ тающий и установочный входы. Деление осуществляется последова­ тельным вычитанием делителя из делимого до появления отрицатель­ ного остатка, после чего восстанавливается положительный остаток. Сигнал х начала операции устанавливает триггер ТЗн в «О», а комму­ таторы КР1 и КР2 соответственно в «1» и «л» (п — число разрядов в регистрах). Этот же сигнал поступает на суммирующий вход счет­ чика СчЦ и запускает коммутатор КС, благодаря чему из делимого вычитается делитель. После окончания операции вычитания с помощью

В этом случае схема И1 вырабатывает сигнал, который запускает КС, устанавливает КР1 в состояние «1» и поступает на суммирующий вход счетчика СчЦ. Вследствие этого из остатка вычтется делитель, а со­ держимое СчЦ увеличится на единицу. После окончания операции вычитания вновь будет производиться анализ состояний триггеров ТП, ТЗн и т. д. Этот процесс прекратится, когда ТП после очередного вы­ читания установится в состояние «1», что означает появление отрица-

152

тельного остатка. В этом случае с помощью схемы И2 вырабатывается сигнал, который устанавливает триггер ТЗн и коммутатор КР1 в со­ стояние «1», поступает на вычитающий вход счетчика СчЦ и запускает коммутатор КС, что приводит к восстановлению положительного ос­ татка. Сигнал конца операции сложения устанавливает триггер 77

в состояние «1 », происходит перезапись очередной цифры частного из счетчика СчЦ в соответствующий разряд РЗ. Кроме того, сигнал перезаписи переводит коммутатор КР2 в следующее состояние, уста­ навливает счетчик СчЦ в «О» и поступает на устройство сдвига УС.

«1», возвращает триггер ТЗн в исходное (нулевое) состояние, поступает на суммирующий вход счетчика СчЦ и запускает КС. Описанный про­ цесс завершится после того, когда будут определены все цифры част­ ного. При этом коммутатор КР2 будет находиться в состоянии «1».

Совпадение сигнала перезаписи очередной цифры частного с сигналом на выходе первого разряда коммутатора КР2 определяет момент за­

Ц = 6, La — 30, L9= 2.

Следовательно, Л4 = 10« + 61, L = 26 n + 56, а это значит, что множительное устройство, построенное на фазо-импульсных элементах, будет в 2—2,5 раза проще аналогичного устройства на триггерных де­ кадах. При этом уменьшаются потребляемая мощность, габариты и вес устройства. Аналогичные выводы можно сделать и относительно дели­ тельных устройств.

§ 5.6. Клавишная суммирующая машина

Улучшение технико-экономических показателей цифровых устройств вследствие применения фазо-импульсных многоустойчивых эле­ ментов особенно наглядно иллюстрируется при построении небольших вычислительных машин типа настольных клавишных с объемом памяти до 30—40 десятичных цифр. При этом для построения регист- р о ! пригодны наиболее простые фазо-импульсные элементы типа син­ хронизированного релаксатора с емкостным накопителем (рис. 32). Ниже описывается настольная клавишная вычислительная машина, разработанная в СКВ завода «Точэлектроприбор», которая автома­ тически выполняет операции сложения, вычитания, сдвига и полуавтоматич ски — умножения [2 ].

154

Машина (рис. 93) состоит из двух регистров Р1 и Р2, коммутатора разрядов КР, сумматора С, а также устройств сдвига УС, управле­ ния УУ, ввода УВ и индикации УИ. Рассмотрим особенности построе­ ния отдельных устройств машины.

Регистры Р1 и Р2 построены так, как описано в § 5.2. Для распо­ знавания состояний ячеек регистров и для синхронизации работы узлов машины в устройстве управления УУ имеется генератор фазо-импульс­ ных констант ГК- Коммутатор разрядов КР поочередно подключает

Рис. 93. Блок-схема клавишной вычислительной машины.

вход и выход соответствующей ячейки памяти к последовательному входу и выходу регистра. КР построен на основе реверсивного триггерного счетчика с коэффициентом пересчета п (п — число разря­ дов в регистре) и дешифратора. Сумматор С состоит из фазо-импульс­ ного элемента со счетным входом и преобразователя фазо-импульс­ ного кода в число-импульсный (§ 5.4). Для формирования одного раз­ ряда суммы необходим временной интервал длительностью в несколько тактов, для выработки которого служит коммутатор КС, находя­ щийся в устройстве управления. Сумматор реализует операции сло­ жения и вычитания, благодаря чему отпадает необходимость в преоб­ разовании прямого кода в дополнительный и обратно. Возникающий при суммировании (вычитании) перенос (заем) запоминается на триг­ гере и учитывается при обработке следующего разряда.

155

Устройство сдвига УС предназначено для сдвига влево множимого при полуавтоматическом умножении. Работа этого устройства основана на последовательной перезаписи информации с t-й ячейки регистра в i + 1 -ю с последующей записью в младший разряд регистра константы нуль.

Устройство индикации выполнено на газоразрядных лампах. При вводе чисел в машину на индикацию выводится содержимое ре­ гистра Р2, а после окончания выполнения операций — регистра ре­

зультата Р1.

Устройство ввода УВ со­ держит 10 клавишей для на­ бора цифр, четыре управляю­ щих клазиши («Сл», «Вьт ,

«Сдв», «Сдв. КР») и две кла­ виши для общего сброса и сброса второго регистра. Кла­ виша «Сдв. КР» служит для сдвига влево на один разряд коммутатора разрядов при ис­ правлении неправильно на­ бранной цифры. В машине при­ менены бесконтактные клави­ ши, работающие на принципе изменения емкости. Посколь­ ку, при фазо-импульсном

принципе представления информации числа передаются по одной ши­ не, для образования импульсов записи достаточно иметь один датчик одиночных импульсов ДОИ. Управляющие сигналы также удобно кодировать фазой импульсов, так как и в этом случае достаточно одного ДОИ. Для пространственного разделения управляющих сиг­ налов после ДОИ служат ключи К-

Рассмотрим принцип действия машины. Работа всех узлов машины синхронизируется генератором синхроимпульсов ГСИ. Числа всегда вводятся во второй регистр со старших разрядов, начиная с восьмого, пятого или третьего (в зависимости от положения переключателя в передней панели машины). Перезапись из второго регистра в первый производится через сумматор как операция сложения с нулем. При

«1». На КС через ключ К, коммутируемый ТОс, поступают импульсы с фазой 9. На выходе сумматора появляются сигналы, соответствующие сумме (разности), которые записываются в первый регистр. При переходе коммутатора КР в последнее состояние вырабатывается сигнал конца операции, который устанавливает ТОс в «0».

Умножение выполняется последовательным суммированием со сдвигом множимого влево.

156

Надежность элемента по постепенным отказам Р2 равна вероят-

ности того, что т — мерный вектор A (/), определяющий работоспо­ собность элемента, находится в заданной области D (k), то есть

Так как анализ надежности многоустойчивых элементов в общем

ству однотипных звеньев, в довольно широких пределах р (к) — const, п (к) = к. Для позиционных элементов, у которых число устойчивых состояний не зависит от сложности схемы, п (k) = const, а р (к) моно­ тонно стремится к нулю при возрастании k. Отсюда следует, что для

иего изменениями под влиянием допустимых колебаний температуры

идругих физических факторов внешней среды.

Так как Да!о <С а/0 и Xjt <<£ 1, то

158

Из выражения (5.6) видно, что с точки зрения надежности пози­ ционных элементов существует максимально допустимое число km =

Из выражений (5.5) и (5.7) видно, что с ростом k надежность мно­ гоустойчивых элементов монотонно уменьшается. Однако это еще не значит, что применение таких элементов для построения цифровых устройств приводит к понижению их надежности. Например, если необходимо построить регистр для запоминания чисел, меньших или равных N, где N — некоторое большое число, то для этого потребу­

ется [log^AM с» элементов с числом состояний k. Следовательно,

с ростом k число элементов, необходимых для построения цифровых устройств с объемом памяти N, уменьшается, что способствует повы­ шению надежности этих устройств. Поэтому более полной характе­ ристикой надежности многоустойчивых элементов следует считать величину

которую назовем приведенной надежностью.

Для приведенной надежности составных элементов из (5.5) и (5.8) получим

уравнения z In 2 = 2 -j— A-r- .

159