Синхронизированное дискретное устройство
Описание изобретения к авторскому свидетельству
Авторы изобретения: А.А. Соколов, В.Н. Лаут, М.В. Тяпкин и В.А. Жуковский
Устройство относится к области дискретной вычислительной техники и может быть использовано при разработке вычислительных машин и других устройств дискретной автоматики.
Известны вычислительные устройства, где в качестве основного элемента используется не классический симметричный триггер, а усилитель, неинвертирующий фазу сигнала и имеющий управляемую обратную связь.
Если такой усилительный элемент имеет еще и инверсный выход, т. е. является парафазным, то в сочетании с обычной комбинационной логикой он обеспечивает возможность построения любого узла вычислительной машины, например счетчика, сумматора, регистра сдвига и т. д.
Управление передвижением информации от одного усилительного элемента к другому в таких устройствах осуществляется специальными синхронизирующими цепями, вырабатывающими несколько разнесенных во времени друг относительно друга последовательностей импульсов, которые управляют приемом и хранением кода на каждом из усилительных элементов.
Например, в известной американской вычислительной системе СДС—6600 для передачи информации с одного элемента на другой требуется четыре разнесенных во времени сигнала.
Подобная организация устройства не позволяет в полной мере использовать частотные свойства усилительных элементов и приводит к существенному понижению производительности устройства в целом.
Предлагается синхронизированное дискретное устройство, в котором все усилительные элементы управляются только двумя парафазными синхронизирующими сигналами. Построенное на аналогичных усилительных элементах, оно обладает значительно более высоким быстродействием, чем известные схемы.
Это достигается тем, что в нем для каждого усилительного элемента схема «И» в цепи его обратной связи подключена к одному выходу генератора, а все остальные схемы «И», соединенные со входом усилительного элемента через схему «ИЛИ», — к другому противофазному выходу генератора. Цепи обратных связей двух соседних по линии передачи информации усилительных элементов подсоединены к разным (противофазным) выходам названного генератора.
На фиг. 1 показана цепь передачи информации синхронизированного дискретного устройства, имеющего синхронизирующий генератор и управляемого двумя парафазными сигналами (цепь передачи информации замкнута в кольцо); на фиг. 2—временные диаграммы продвижения кодов по цепи.
Предлагаемое устройство содержит усилительные элементы 1 и 2, схемы «И» 3—8, схемы «ИЛИ» 9 и 10 и генератор 11 синхронизирующих импульсов.
Генератор 11, выполняющий функцию синхронизатора всех остальных цепей устройства имеет два выхода, на которых вырабатываются два строго парафазных синхронизирующих сигнала, фронты которых должны быть существенно меньше времени срабатывания усилительных элементов.
Схемы «И» 3—8, соединенные с входом усилительного элемента через схемы «ИЛИ», подключены одним из своих входов к одному из входов генератора. При этом все схемы «И» например схема «И» 6 и 7 передающие сигнал с одного усилительного элемента на другой, подключены к одному выходу генератора, а схема «И» в цепи обратной связи — к другому выходу генератора.
При соединении усилительных элементов в цепочку передачи информации схемы «И» в цепях обратных связей следующих друг за другом усилительных элементов поочередно подсоединяются то к одному, то к другому выходу генератора (точно так же подключаются и все остальные схемы «И», осуществляющие передачу информации с одних усилительных элементов на другие).
Например, для цепи (фиг. 1) схемы «И» 3 и 4 соединены с выходом а генератора, а схема «И» 5 в цепи обратной связи усилительного элемента 1 — с выходом б . Цепь обратной связи следующего за элементом 1 усилительного элемента 2 соединена с выходом а, а остальные схемы «И» на входе элемента 2— с выходом б генератора и т. д.
На фиг. 1 и 2 принято, что положительный уровень сигнала обозначает код «1», а отрицательный — код «0», на все «свободные» входы схем «И» 6 и 7, поданы постоянные коды «1», а сигнал на выходе усилительного элемента 1 (точка в) передает последовательность кодов «0101100...».
В течение такта Т1 элементы 1 и 2 находятся в состоянии «0» (фиг. 2). В первой половине такта Т2 схемы «И» 6 и 7 закрыты (т. е. на их выходах не может быть кода «1»), так как на выходе б генератора — код «0»; поскольку на выходе элемента 2 в точке гf — код «0», то положительный потенциал на входе схемы «И» 8 цепи обратной связи не может изменить состояния элемента 2.
В середине такта Т2 происходит быстрое переключение полярности сигналов на выходах генератора. В результате схема «И» 6 отпирается, а схема «И» 8 запирается, и усилительный элемент 2 устанавливается в состояние «1».
В начале следующего такта Т3 вновь происходит переключение полярности сигналов на синхронизирующих выходах генератора, приводящее к запиранию схем «И» 6 и 7 и отпиранию схемы «И» 8 в цепи обратной связи элемента 2. Но поскольку в момент переключения элемент 2 находится в состоянии «1», это приводит к замыканию обратной 5 связи (см. точку д ).
Несмотря на то, что код «1» на входах схемы «И» 6 исчез, элемент 2 в течение первой половины такта Т3 остается в состоянии «1», позволяя тем самым передать код «1».
Таким образом, в работе каждого усилительного элемента выделяются две фазы: фаза приема сигнала с открытых входных схем «И», когда схема «И» в цепи обратной связи этого элемента закрыта, и фаза хранения принятого сигнала, когда все входные схемы отключены, а цепь обратной связи замкнута.
Соответственно, все усилительные элементы устройства разделены этим на две группы, в то время как в одной группе происходит прием кода, в другой код хранится и наоборот.
Описанный выше способ соединения схем «И» с генератором обеспечивает правильную передачу кода с элемента на элемент, так как в то время как последующий элемент код принимает, предыдущий элемент сохраняет свое состояние неизменным, поскольку включена его обратная связь и отключены входные вентили, и наоборот, когда предыдущий элемент меняет свое состояние, входные схемы «И» последующего элемента отключены.
Длительность фазы приема в синхронизирующем сигнале может быть выбрана равной времени установления усилительного элемента. С другой стороны, принятый за элемент код должен храниться на этом элементе также столько, чтобы последующий элемент успел его принять. Отсюда следует, что для обеспечения надежности работы и максимального быстродействия фаза приема кода и фаза хранения его должны быть равны по длительности, а синхронизирующие сигналы должны иметь скважность ?.
Для правильной работы устройства необходимо, чтобы синхронизирующие сигналы были строго парафазными, а длительность их фронтов была бы достаточно мала по сравнению с временем срабатывания усилительного элемента. В виду того, что эти сигналы неуправляемые, а скважность их равна ?, техническая реализация указанных требований существенных трудностей не представляет.
Важной особенностью предлагаемого устройства является то, что синхронизирующий генератор вместо прямоугольных импульсов со скважностью ? вырабатывает парафазные синусоидальные сигналы. Амплитуда этих сигналов выбрана достаточно большой относительно зоны переключения, чтобы время переключения схем «И» синхронизирующими сигналами было мало.
Предмет изобретения
Синхронизированное дискретное устройство, содержащее усилительные элементы с неинвертирующим выходом и управляемой обратной связью, образуемой подключением схемы «И» одним входом к неинвертирующему выходу усилительного элемента, логические схемы «ИЛИ», «И», а также генератор синусоидальных сигналов, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и получения максимальной пропускной способности, в нем для каждого усилительного элемента схема «И» в цепи его обратной связи подключена к одному выходу генератора, а всё остальные схемы «И», соединенные со входом усилительного элемента через схему «ИЛИ», — к другому противофазному выходу генератора, причем цепи обратных связей двух соседних по линии передачи информации усилительных элементов подсоединены к разным (противофазным) выходам названного генератора.
Материал помещен в музей 8.12.2008 года
