Многофункциональный логический модуль

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Многофункциональный логический модуль, содержащий четыре элемента И и элемент СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, выход которого соединен с выходом модуля, первый настроечный вход которого соединен с первым входом элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, -й (2, 3, 4, 5) вход которого соединен с выходом (-1)-го элемента И, первый вход которого соединен с -м настроечным входом модуля, отличающийся тем, что содержит два полусумматора и с пятого по восьмой элементы И, первый вход -го (5, 6, 7,8) из которых соединен с (1)-м настроечным входом модуля, а выход соединен с (1)-м входом элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, -й (1, 2) информационный вход модуля соединен с -м входом первого полусумматора, выход суммы которого соединен со вторыми входами третьего, четвертого и пятого элементов И, а выход переноса соединен со вторыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И,(2)-й информационный вход модуля соединен с -м входом второго полусумматора, выход суммы которого соединен со вторым входом первого элемента И и с третьими входами четвертого и седьмого элементов И, а выход переноса соединен со вторым входом второго элемента И и с третьими входами пятого и восьмого элементов И. 3031 1 Изобретение относится к микроэлектронике и вычислительной технике и предназначено для вычисления частично симметрических булевых функций четырех переменных. Известно устройство для вычисления симметрических булевых функций четырех переменных, содержащее четыре элемента ИЛИ, мажоритарный элемент с порогом два, мажоритарный элемент с порогом три,три элемента И, элемент запрета, четыре информационных входа, пять настроечных входов и выход 1. Недостатком известного устройства для вычисления симметрических булевых функций являются низкие функциональные возможности. Наиболее близким по конструкции и функциональным возможностям к предлагаемому является устройство для вычисления симметрических булевых функций четырех переменных, содержащее элемент ИЛИ,мажоритарный элемент с порогом три, два элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, четыре элемента И,четыре информационных входа, пять настроечных входов и выход 2. Недостатком известного устройства для вычисления симметрических булевых функций являются низкие функциональные возможности, так как оно не реализует частично симметрические булевы функции. Изобретение направлено на решение технической задачи расширения функциональных возможностей многофункционального логического модуля (устройства для вычисления симметрических булевых функций четырех переменных) за счет вычисления (реализации) булевых функций, обладающих частичной симметрией четырех переменных. Многофункциональный логический модуль содержит четыре элемента И и элемент СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА. Выход элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА соединен с выходом модуля. Первый настроечный вход модуля соединен с первым входом элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, -й(2,3,4,5) вход которого соединен с выходом (-1)-го элемента И. Первый вход элемента И соединен с -м настроечным входом модуля. В отличие от прототипа, устройство содержит два полусумматора и с пятого по восьмой элементы И. Первый вход -го (5,6,7,8) элемента И соединен с (1)-м настроечным входом модуля, а выход соединен с (1)-м входом элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА. Далее, -й (1,2) информационный вход модуля соединен с -м входом первого полусумматора, выход суммы которого соединен со вторыми входами третьего, четвертого и пятого элементов И, а выход переноса соединен со вторыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И. (2)-й информационный вход модуля соединен с -м входом второго полусумматора, выход суммы которого соединен со вторым входом первого элемента И и с третьими входами четвертого и седьмого элементов И, а выход переноса соединен со вторым входом второго элемента И и с третьими входами пятого и восьмого элементов И. Основной технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей многофункционального логического модуля за счет вычисления (реализации) булевых функций, обладающих частичной симметрией четырех переменных. Названный технический результат достигается путем увеличения числа настроечных входов, использованием новых логических элементов (элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА и полусумматоров) и изменением межсоединений в логической схеме устройства. На фигуре представлена схема многофункционального логического модуля. Многофункциональный логический модуль содержит два полусумматора 1 и 2, восемь элементов И 3,410, элемент СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА 11, четыре информационных входа 12,1315, девять настроечных входов 16,1724 и выход 25. Многофункциональный логический модуль работает следующим образом. На информационные входы 12,1315 поступают двоичные переменные х 1,х 2,3,х 4 на настроечные входы 16,1724 - сигналы настройки 0,18, значения которых принадлежат множеству 0,1. На выходе 25 модуля реализуется частично симметрическая булева функция (1,2), где Х 11, 2 и Х 2 х 3,х 4, определяемая вектором настройки(0,18). Первообразная многофункционального логического модуля имеет следующий вид(1,2,3,4,0,18)01(34)234 3(12)4(12)(34)5(12)34612 712(34)81234. Поясним алгоритм настройки многофункционального логического модуля. Частично симметрическая булева функция (1,2), где Х 11,2 и 23,4, называется иначе бисимметрической. Булева функция (1,2) представима в виде 0 0 0 1 0 2 2 0 2 1 2 26 2 (1 )2 ( 2 )7 2 (1 )2 ( 2 )8 2 (1 )2 ( 2 ), где 2 - элементарная (фундаментальная) симметрическая булева функция, зависящая от переменных множества , рабочее число которой равно(1,2 02) 0 0,18. Булев вектор (0,18) называется двоичным кодом бисимметрической булевой функции 3031 1 Наряду с (1) существует полиномиальное разложение бисимметрической булевой функции (1,2) следующего вида где 0 (1 )и 2 ( 2 )34 . 2 2 Здесь (0,18) - вектор коэффициентов полиномиального разложения функции . При этом компоненты векторовисвязаны между собой следующими формулами 62 (1 )72 (1 )1 ( 2 )82 (1 ) 2 ( 2 ). 2 2 2 2 2 На фигуре представлена логическая схема многофункционального логического модуля, синтезированная по формуле (4). Поясним принцип работы многофункционального логического модуля на следующем примере. Допустим,требуется реализовать (вычислить) булеву функцию (1 ,2 ,3 ,4 )( 1212 )(34 )34 . Очевидно, что- бисимметрическая булева функция и (1,2), где Х 1 х 1,х 2 и Х 2 х 3,х 4. В таком случае раз 0 2 1 1 1 2 2 2 ложение (1) принимает вид (1 ,2 )2 (1 )2 ( 2 )2 (1 )2 ( 2 )2 (1 )2 ( 2 )2 (1 )2 ( 2 ) .(0,0,1,0,1,0,0,0,0). Следовательно, для реализации на выходе 25 многофункционального модуля (фиг.) рассматриваемой бисимметрической булевой функции (1,2) необходимо на информационные входы 12, 13,14 и 15 подать соответственно булевы переменные х 1,х 2,х 3,х 4, на настроечные входы 18 и 20 - сигнал логической единицы, а на настроечные входы 16, 17, 19, 21, 22, 23 и 24 - сигнал логического нуля. Достоинством предлагаемого многофункционального логического модуля являются широкие функциональные возможности, так как модуль ориентирован на реализацию 29512 частично симметрических (бисимметрических) булевых функций четырех переменных. В то время как устройство - прототип реализует лишь 2532 симметрических булевых функций четырех переменных. Дополнительным достоинством многофункционального логического модуля являются относительно небольшая конструктивная сложность и высокое быстродействие. Так, его сложность по числу входов логических элементов равна 37 (при этом полагается, что полусумматор состоит из двухвходового элемента И и двухвходового элемента СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА), а его быстродействие, определяемое глубиной схемы, равно 3, где- усредненная задержка на один логический элемент. Конструктивная сложность устройства - прототипа равна 26, а быстродействие составляет 3. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.