книги из ГПНТБ / Пакулов, Н. И. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ

Структурная схема программного датчика, построен­ ная согласно выражениям (2.74) —(2.79), изображена на рис. 2.43. При установке в исходное состояние триг­ гер с выходом Qi ставится в состояние «1», а остальные триггеры— в состояние «О» (цепи установки в состояние «О» не показаны). Если ключом К замкнуть цепь обрат­ ной связи, то датчик будет формировать непрерывную серию импульсов. При работе датчика допускается пре-

Рис. 2.43. Структурная схема программного датчика.

Рис. 2.44. Структурная схема программного датчика, построенная на МЭ без постоянных уровнен напряжения.

рывапне работы на любом рабочем импульсе, для чего необходимо в определенный момент времени прекратить подачу синхроимпульсов х. На рис. 2.44 показан ва­ риант схемы программного датчика, построенный па трех МЭ без постоянных уровней напряжения. Недостат­ ком этой схемы является необходимость тщательного подбора МЭ по длительности вносимой задержки вход­ ных сигналов.

2.4. СИНТЕЗ МАЖОРИТАРНЫХ СУБСИСТЕМ НА БАЗЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ

Универсалиный функциональный модуль

Наиболее перспективным направлением развития микроэлектроники является создание мпогоэлементных функциональных субспстем, когда в одном модуле

I 30

объединяется большое количество логических элементов в единый функциональный узел, предназначенный для реализации сложных логических функций. Такие субси­ стемы должны отвечать следующим основным требова­ ниям:

—иметь минимальное число внешних связей;

—обладать аппаратурной совместимостью;

—использовать по возможности однотипные ячейки;

—обладать свойством наращиваемости, т. е. иметь гибкую структуру.

Для реализации систем с переменной структурой (адаптивных систем), кроме того, необходимо иметь воз­ можность программно изменять технические параметры субсистем в процессе или перед началом работы.

С точки зрения удешевления производства инте­ гральных субсистем и повышения надежности их рабо­

ты целесообразно выполнять их на одном типе ячеек с одинаковой конфигурацией соединений между ячей­ ками.

В качестве такой ячейки для построения мажоритар­ ных адаптивных субсистем (МСС) можно использовать универсальный функциональный модуль (УФМ), состоя­

а также некоторые функции четырех и пяти переменных. Особенностью УФМ является то, что можно изменить по программе его логические возможности и связи, что по­ зволяет использовать УФМ для построения адаптивных субсистем. В табл. 2.21 приведены наиболее важные функции, реализуемые УФМ.

УФМ является функционально полным модулем, так как в его состав входят функционально полные УМЭ.

Синтез мажоритарных субсистем на базе УФМ рекомен­ дуется проводить ;в следующем порядке.

1.Заданные или полученные булевы функции пред­ ставляются в мажоритарном базисе с помощью соотно­ шений (2.12) — (2.15).

2.Производится минимизация полученной мажори­

тарной функции с помощью равносильностей 1 )— 22).

3.Отыскивается в табл. 2.21 строка, эквивалентная минимальной форме мажоритарной функции.

4.Составляется структурная схема заданной субси­ стемы с учетом возможностей УФМ и заданного коли­ чества выводов.

Примеры построения мажоритарных субсистем на базе УФМ

Рассмотрим примеры построения на УФМ типовых мажоритарных субсистем (МСС) как с памятью, так и без памяти. Зададимся количеством выводов субсисте­ мы, равным 64.

Синтез дешифратора на 256 выходов. Так как один УФМ реализует четырехвходовую схему И (5-я строка е табл. 2.21), то целесообразно дешифратор строить двухступенчатым согласно выражению

где Xi, Х2, Xa, Х4, хъ, хв, x-j, % — входные сигналы дешиф­ ратора.

Представим выражение (2.80) в мажоритарном ба­ зисе:

МСС можно в этом случае построить гремя способами:

1.Разместить в одной субсистеме два дешифратора

счетырьмя входами и шестнадцатью выходами каждый (потребуется 51 вывод);

2.Разместить в одной субсистеме один дешифратор

счетырьмя входами и шестнадцатью выходами или во­ семь дешифраторов с двумя входами и четырьмя выхо­ дами каждый (потребуется 59 выводов);

134

при втором — десять МСС и при третьем— девять МСС (одна первого вида и восемь второго вида). С точки зре­ ния унификации и уменьшения плотности упаковки ком­ понентов более предпочтительным является второй вид МСС. На рис. 2.46 показана схема дешифратора, пост­ роенная на субсистемах второго вида согласно выраже­ нию (2.81).

Рис. 2.46. Структурная схема дешифратора, построенная на УФМ.

Синтез сумматора-вычитателя параллельного дей­ ствия комбинационного типа. Для синтеза сумматора-

135

Схема одноразрядного сумматора-вычитателя накап­ ливающего типа, построенная на базе одного УФМ в со­ ответствии с уравнениями (2.84) —(2.85), приведена на рис. 2.48. На основе этой схемы можно построить накап­ ливающий сумматор-вычитатель параллельного действия. МСС с двумя выходами «а разряд (Si и Si) в этом случае будет содержать 18 разрядов (потребуется 60 вы-

водов), а МСС" с одним выходом на разряд (Si) — 24 разряда (потребуется 54 вывода).

На рис. 2.49 показана структурная схема сумматоравычитателя накапливающего типа с одним выходом на разряд. Схема переключателя режимов работы суммато­ ра-вычитателя для данного случая строится согласно выражению (2.83). Рассматриваемый сумматор-вычита­ тель может использоваться как ре­ версивный счетчик, если на его пер­

137

УФМ можно построить одноразрядный узел связи, со­ стоящий из двух д в у х в х о д о в ы х элементов И, объединен­ ных элементом ИЛИ (7-я строка табл. 2.21). Для по­ строения более сложного узла связи достаточно объеди­ нить между собой инверсные выходы соответствующего количества выходных элементов УФМ.

На рис. 2.50 показан один из вариантов структурной схемы узла связи, где УФМ объединены попарно. При­ веденный узел связи имеет парафазные выходы, и t'-й

параллельного действия с парафазными входами и выхо­ дами строится в соответствии с выражением (2.87) (16-я строка табл. 2.21):

где Х\, .Tt — входные сигналы; г\— управляющий сигнал, разрешающий запись информации в регистр.

На рис. 2.51 приведена структурная схема параллель­ ного регистра, построенная на УФМ согласно выражению (2.87). МСС в этом случае может разместить 15-разряд- ный регистр с управляемыми парафазными входами и парафазными выходами (потребуется 63 вывода). Ре­ гистр со сдвигом в сторону младших и старших разрядов строится па основании соотношений (2.61) —(2.64). Для повышения надежности регистры со сдвигом выполняют­ ся по двухтактной схеме.

При "сдвиге кода числа в сторону старших и млад­ ших разрядов на несколько разрядов регистр строится в соответствии с выражениями, записанными в 17-й стро­ ке табл. 2.21:

Qi= £i# i 2# Q i,

<3з=£з#г4#0з.

а узлы связи —согласно выражению (2,86).

138

Рис. 2.51. Структурная схема регистра с парафазными входами и выходами, построенная на УФМ.

На рис. 2.52 представлена схема двухтактного регистра со сдвигом ко­

старших разрядов (на рисунке показа­ ны цепи сдвига для двух разрядов, для остальных раз­

рядов соединения делаются аналогично). МСС в этом случае содержит 15-разрядный регистр со сдвигом кода числа в сторону младших и старших разрядов на 0, 1, 2 и 3 разряда (потребуется 63 вывода).

Синтез счетчиков. Рассмотрим порядок построения суммирующих счетчиков на базе потенциальных тригге­ ров, реализованных на УФМ. В качестве элементарного автомата возьмем потенциальный триггер с раздельными входами (16-я строка табл. 2.21). Таблица переходов и

Выражения для функций возбуждения других разрядов счетчика составляются аналогично.

139

Согласно (2.88) —(2.91) можно построить два вариан­ та суммирующего счетчика: со сквозным и с одновре­ менным переносом. Для повышения надежности работы счетчики потенциального типа, как и регистры со сдви­ гом, строятся двухтактными.

Рис. 2.52. Структурная схема двухтактного регистра со сдвигом кода числа на 0, 1, 2 и 3 разряда как вправо, так и влево.

На рйс. 2.53 приведен один из вариантов структурной схемы суммирующего счетчика со сквозным переносом, построенной полностью на УФМ согласно выражениям (2.88) —(2.91). Сигнал Хг, не совпадающий по времени с сигналом, Х\, служит для переписи содержимого основ­ ного ряда триггеров в запоминающий ряд.

Для построения вычитающего счетчика достаточно в выражениях (2.90) и (2.91) величину qlо заменить на величину qli.

140