Вычислительное устройство по модулю три

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПО МОДУЛЮ ТРИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Городецкий Данила Андреевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси(57) Вычислительное устройство по модулю три, характеризующееся тем, что содержит элемент И, первый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, -й вход первого элемента из которых, где 1, 2,соединен со входом равно единице -го операнда, третий и четвертый входы - со входом равно двум первого операнда, пятый и шестой входы - со входом равно двум второго операнда, а выход - с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, третий вход - с выходом элемента И, а выход - с выходом равно единице устройства, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь, -й вход которого соединен с -ми входами второго 17277 1 2013.06.30 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и входом равно единице -го операнда, вход равно двум первого операнда соединен с первым входом элемента И и с третьими и четвертыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь, пятый и шестой входы которого соединены с пятыми и шестыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять, со вторым входом элемента И и со входом устройства равно двум второго операнда, вход которого равно единице (2)-го операнда соединен с (6)-ми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь, девятый и десятый входы которого соединены с девятыми и десятыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре,ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять, со входом равно двум третьего операнда и с третьим входом элемента И, четвертый вход которого соединен с одиннадцатыми и двенадцатыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь,выход которого соединен с четвертым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, пятый и шестой входы которого соединены с выходами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре соответственно, а седьмой вход соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два,второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, третий вход - с выходом элемента И, четвертый вход - со входом равно единице показателя степени, а выход - с выходом устройства равно двум. Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и микроэлектроники и может быть использовано для построения систем передачи и переработки дискретной информации, построения систем аппаратного контроля, а также для построения вычислительных устройств, реализующих алгоритмы модулярной арифметики. Известно вычислительное устройство по модулю три, содержащее два мажоритарных элемента с порогом два, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элемент И, пять входов и два выхода 1. Основными недостатками известного устройства являются низкие функциональные возможности, так как оно не выполняет операцию ( 3) низкое быстродействие, определяемое глубиной схемы и равное 4,- усредненная задержка одного логического элемента. Наиболее близким по конструкции и функциональным возможностям техническим решением к предлагаемому является вычислительное устройство по модулю три 2, содержащее два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один и элемент И, пять входов и два выхода. Недостатком устройства-прототипа по модулю три являются низкие функциональные возможности, так как оно не выполняет операцию ( 3). Изобретение направлено на решение технической задачи расширения функциональных возможностей устройства за счет выполнения операции ( 3). Задача решается следующим образом. Вычислительное устройство по модулю три,характеризующееся тем, что содержит элемент И, первый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 2 17277 1 2013.06.30 ИЛИ с порогом один и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, -й вход первого элемента из которых, где 1, 2, соединен со входом равно единице -го операнда, третий и четвертый входы - со входом равно двум первого операнда, пятый и шестой входы - со входом равно двум второго операнда, а выход - с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, второй вход которого соединен с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, третий вход - с выходом элемента И, а выход - с выходом равно единице устройства, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один,элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь, -й вход которого соединен с -ми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и входом равно единице го операнда, вход равно двум первого операнда соединен с первым входом элемента И и с третьими и четвертыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один,элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь, пятый и шестой входы которого соединены с пятыми и шестыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять,со вторым входом элемента И и со входом устройства равно двум второго операнда, вход которого равно единице (2)-го операнда соединен с (6)-ми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь, девятый и десятый входы которого соединены с девятыми и десятыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять, со входом равно двум третьего операнда и с третьим входом элемента И, четвертый вход которого соединен с одиннадцатыми и двенадцатыми входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, пятый и шестой входы которого соединены с выходами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре соответственно, а седьмой вход соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять и с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два, третий вход - с выходом элемента И,четвертый вход - со входом равно единице показателя степени, а выход - с выходом устройства равно двум. Основной технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей вычислительного устройства по модулю три. Названный эффект достигается путем введения в схему устройства дополнительных логических элементов(элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь). На фигуре представлена схема заявляемого вычислительного устройства по модулю три. Вычислительное устройство по модулю три содержит два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом один 1 и 2, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом два 3 и 4, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом четыре 5, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом пять 6, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с порогом семь 7, элемент И 8, девять входов 917 и два выхода 18 и 19. Операнды , , , , а также показатель степенизадаются двухразрядными двоичными векторами(2, 1),(2, 1),(2, 1),(2, 1) и(2, 1), где 2, 2, 2,3 17277 1 2013.06.30 2, 2 - старшие разряды, 1, 1, 1, 1, 1 - младшие разряды, т.е.221,221,221,221 и 221. В соответствии с выбранным модулем 3 операнды и показатель степени могут принимать значения 0 (00), 1 (01), 2 (10). Результат выполнения операции( 3) задается двухразрядным двоичным кодом(2, 1), где 221. На входы 9 и 10 поступают двоичные переменные 1 и 2, на входы 11 и 12 - переменные 1 и 2, на входы 13 и 14 - переменные 1 и 2, на входы 15 и 16 - переменные 1 и 2,представляющие старшие и младшие разряды первого(2, 1), второго(2, 1),третьего(2, 1) и четвертого(2, 1) входных операндов соответственно. На вход 17 поступает переменная е 1, представляющая младший разряд показателя степени(2,1). На выходах устройства 18 и 19 реализуются логические функции 1 и 2, принимающие значения младшего 1 и старшего разряда 2 функции выхода(2, 1), представляющей результат выполнения операции ( 3). Логическая схема вычислительного устройства по модулю три синтезирована по следующим аналитическим представлениям функций 1 и 2 1, если 12345621 10 в противном случае,1, если 24612 20 в противном случае,где 1, если 2 212 212 212 211 10 в противном случае, 1, если 2 212 212 212 212 20 в противном случае,1, если 2 212 212 212 214 30 в противном случае,1, если 2 212 212 212 215 40 в противном случае,1, если 2 212 212 212 217 50 в противном случае,62222. Отметим, что при реализации операции возведения в степень возникает неопределенность вида 00. Так как в модулярной арифметике 0( ), то 000 ( ). Следовательно, здесь 000 ( 3). Достоинствами заявляемого вычислительного устройства являются широкие функциональные возможности, так как оно выполняет операцию ( 3). Быстродействие схемы, определяемое ее глубиной, равно 3, число внешних выводов схемы равно 11, а конструктивная сложность (по числу входов логических элементов) - 75. Источники информации 1. Патент РБ 12977, МПК 06 7/00, 2010. 2. Патент РБ 15002, МПК 06 7/38, 2011 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4