Ячейка однородной структуры

Ячейка однородной структуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения плоскостных однородных структур для вычисления произвольных нормальных формул, для упорядоченного хранения и выдачи информации, а также для выполнения операций логического анализа и структурного преобразования данных. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения выполнения операций логического анализа данных и их структурного преобразования. Ячейка содержит два информационных входа 1, 2, три настроечных входа 3-5, три информационных выхода 7-8, два мультиплексора 9, 10, два элемента ИЛИ 11, 12 два элемента И 13, 14, триггер 15, шесть элементов ЗАПРЕТ 16-21, элемент ИЛИ-НЕ 22. ЯЧЕЙКА ОБЕСПЕЧИВАЕТ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОСТУПАЮЩИХ НА ЕЕ ВХОД ДВОИЧНЫХ СИГНАЛОВ В СООТВЕТСТВИИ СО СЛЕДУЮЩЕЙ СИСТЕМОЙ БУЛЕВЫХ ФУНКЦИЙ:F<SB POS="POST">1</SB>=Z<SB POS="POST">1</SB>(Z<SB POS="POST">3</SB>VZ<SB POS="POST">2</SB>)A<SB POS="POST">1</SB> VZ<SB POS="POST">1</SB>(Z<SB POS="POST">2</SB>Z<SB POS="POST">3</SB>AVZ<SB POS="POST">2</SB>A<SB POS="POST">2</SB>)A<SB POS="POST">1</SB>VZ<SB POS="POST">1</SB>Z<SB POS="POST">2</SB>Z<SB POS="POST"> </SB>3(A<SB POS="POST">1</SB>VA<SB POS="POST">2</SB>)VZ<SB POS="POST">1</SB>Z<SB POS="POST">2</SB>Z<SB POS="POST">3</SB>A<SB POS="POST">2</SB>QT

F<SB POS="POST">2</SB>=(Z<SB POS="POST">3</SB>VZ<SB POS="POST">1</SB>Z<SB POS="POST">2</SB>)A<SB POS="POST">2</SB>VZ<SB POS="POST">1</SB>Z<SB POS="POST">2</SB>Z<SB POS="POST">3</SB>A<SB POS="POST">1</SB>

QT=(Z<SB POS="POST">3</SB>VZ<SB POS="POST">1</SB>Z<SB POS="POST">2</SB>)A<SB POS="POST">1</SB>

Z<SB POS="POST">3</SB>=Z<SB POS="POST">3</SB> ГДЕ Z<SB POS="POST">1</SB>,Z<SB POS="POST">2</SB>,Z<SB POS="POST">3</SB> - СИГНАЛЫ УПРАВЛЕНИЯ, ПОСТУПАЮЩИЕ НА НАСТРОЧНЫЕ ВХОДЫ

A<SB POS="POST">1</SB>,A<SB POS="POST">2</SB> - ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИГНАЛЫ

QT -ЗНАЧЕНИЕ ПРЯМОГО ВЫХОДА ТРИГГЕРА

F<SB POS="POST">1</SB>,F<SB POS="POST">2</SB>,Z<SB POS="POST">3</SB> - СИГНАЛЫ НА ВЫХОДАХ ЯЧЕЙКИ. 3 ИЛ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) (51) 4 G 06 F 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) 1335975 (21) 4384707/24-24 (22) 25.02.88 (46) 15.08.89. Бюл. Н - 30 (71) Пензенский политехнический институт (72) В.С ° Князьков, Т.В. Волченская

С.Л. Лфонин и С.В. Афонина (53) 681.3(088.8). (56) Лвторское свидетельство СССР

9 1335975, кл. С 06 F 7/00, 1986.

2 (54) ЯЧЕЙКА ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения плоскостных однородных структур для вычисления произвольных нормальных формул, для упорядоченного хранения и выдачи информации, а также для выполнения операций логического анализа и структурного преобразования данных. Цель изобретения — расширение функциональ1035

4 два элемента ПЛИ 11, 12, два элемента И 13, 14, триггер 15, шесть элементов ЗАПРЕТ 16-21, элемент ИЛИ-НЕ

22. Ячейка обеспечивает преобразование поступающих на ее вход двоичных сигналов в соответствии со следующей системой булевых функций:

= Б< (z> V гг) а< V z, (ггг агч z a ) a< Y z< z z3 (а, V аг) V z, z

Ег — — (z3 V z< zz)az V z< zzz a<; q< = (z> V z< zz)a<; zз где z,„ г, z — сигналы управления, поступающие на настроечные входы а

5 а г — информационные сигналы; с <, — знаи предназначено для построения плоскостных однородных структур для вычисления произвольных нормальных формул, для упорядоченного хранения и выдачи информации, а также для выполнения операций логического анализа и структурного преобразования данных.

Цель изобретения — расширение функ30 циональних возможностей устройства за счет обеспечения выполнения операций логического анализа данных и их структурного преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная 35 схема многофупкцио1<альной ячейки однородной структуры; на фиг. 2 — организация однородной структуры из предлагаемых ячеек; на фиг. 3. — пример функционирования однородной структуры 40

V z Zzz (a У аг) \/z z .z azq<, (1) zz)ay z, (z z» Vz а )а< к )агМ г<г кза<;

z<)aÄ; z = г

f =z< (z

q = (z

Ф з

3 4 21

3 соответственно сигналы де г г гЗ управления, поступающие на настроечные вхо" ды ячейки 5, 4 и 3; информационные сигналы, поступающие соответственно на 1 и 2 входы ячейки; значение прямого выхо- 5 да "риггера 15 ячейки; сигналы, формируемые соответственно на 7,6 е и 8 выходах ячейки. аа

Ч

z г

3 150 ных возможностей за счет обеспечения выполнения операций логического анализа данных и их структурного преобразования. Ячейка содержит два информационных входа 1, 2, три настроечных входа 3-5, три информационных выхода 7-8, два мультиплексора 9, 10, Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники чение,прямого выхода триггера; f„, Й, z — сигналы на выходах ячейки.

3 ил. при выполнении операции дешифрации

3-разрядного двоичного кода.

Многофункциональная ячейка однородной структуры (фиг. 1) содержит информационные входы 1 и 2, настроечные входы 3-5, информационные выходы 6-8, мультиплексор 9 с одним настроечным входом и двумя информационными входами мультиплексор 10 с двумя настроечными и четырьмя информационными входами, элементы ИЛИ 11 и 12, элементы И 13 и

14, триггер 15, элементы ЗАПРЕТ 1621, элемент ИЛИ-НЕ 22, шину логического нуля 23.

Многофункциональная ячейка однородной структуры обеспечивает преобразование поступающих на ее вход двоичных сигналов в соответствии со следующей системой булевых 1функций:

Однородная структура, организованная из предлагаемых ячеек 24, показана на фиг. 2.

Входы 3 ячеек первого столбца однородной структуры подключены к управляюшему входу 25 однородной структуры, входы 1 ячеек первого столбца являются группой горизонтальных информационных входов 26 однородной структуры. Входы 2 ячеек последней строки являются группой информационных вертикальных входов 27 однородной структуры, выходы 7 ячеек последнего

5 15010 столбца однородной структуры являются группой информационных выходов 28 однородной структуры,а выходы 6 ячеек первой строки являются группой вертикальных информационных выходов 29 од5 породной структуры. Остальные ячейки однородной структуры соединены по входам и выходам следующим образом: входы 1 и 3 подключены соответственно к выходам 7 и 8 соседней слева ячейки, вход 2 подключен к выходу 6 соседней ячейки снизу. Входы 4 и 5 всех ячеек однородной, структуры являются входами индивидуальной настройки ячейки. !

Ячейка работает следующим образом.

В зависимости от значения общего для всех ячеек однородной структуры сигнала z однородная структура мо3 жет работать в двух различных режимах.

Первый режим работы устройства, обеспечивается при поступлении на вход 25 однородной структуры сигнала 25

z3 = О. В соответствии с тем, что

z = z на входах 3 всех ячеек

3 3> однородной структуры будет сформирован сцгнал г = О. В результате в каждой ячейке на выходах элементов 14 30 .и 18 формируется сигнал "О", на выходах элементов 17 и 11 — значение сигнала Ha o e 2 (az) ячейки, на выходах элементов 19 и 20 — соответственно значения сигналов на настроечных входах ячейки 4 (г ) и 5 (г,) °

В результате каждая ячейка однородной структуры в соответствии с ее функциональными возможностями (система 1) обеспечит реализации следующих преоб- 40 разований входных сигналов а1 и а в зависимости от управляющих сигналов г! и гг:

f! = z z V г,г а,а Мг,г (а,Ча )Ч

V z, zÄazq<, z

q< а

В этом случае в однородной структуре можпо выполнить следующие опера- 50 ции обработки данных.

Последовательная запись информации.

Задача, которую решает устройство в этом случае, заключается в записи и-разрядного двоичного вектора, поступающего на входы 26 однородной структуры, в триггеры 15 ячеек i-ro столбца. Для выполнения данной операции, как известно из (1), достаточно

35 6 н» входы 27 од!<с р

11

<ос<<<

Параллельная запись информации.

Задача, которую решает устройство в этом случае, заключается в одновре— менной записи п-разрядного двоичного вектора, поступающего на входы 26 однородной структуры, в триггеры 15 нескольких столбцов однородной структуры. Эта операция выполняется полностью аналогично предыдущей с той лишь разницей, что сигналы настройки

z> = zz = 0 в этом случае подаются одновременно на входы 4 и 5 ячеек нескольких столбцов однородной структуры.

Запись информации с маскированием.

Задача, решаемая в данном случае, заключается в записи в триггеры 15 ячеек i-ro столбца только тех разрядов и-разрядного двоичного вектора, кэторым соответствуют единиць! в соответствующих разрядах вектора-маски, подаваемого на входы 26 однородной структуры.,ля выполнения этой операции, ка!; известно из (1), требуется в триггеры 15 ячеек крайнего левого столбца однородной структуры предварительно в режиме последовательной записи информации занести и-разрядный двоичный вектор. Затем во втором такте работы на входы 26 однородной структуры подается вектор-маска, содержащий единицы в тех разрядах,вес которых на единицу больше веса соответствуюших разрядов записанного в ячейках первого столбца двоичного вектора. Одновременно с этим на входы

27 однородной структуры подаются сигналы "О", кроме входа 27„, на который подается старший разряд вектора маски. Также на входы 4 и 5 ячеек первого столбца подаются сигналы

z, = О, г = 1, на входы 4 и 5 ячеек

i-ro столбца подаются сигналы z<

=zz = О, на входы 4 и 5 остальных ячеек подаются сигналы z = zz = 1. !

Поразрядное считывание информации.

Задача, решаемая в этом случае, заключается в формировании на 28; выходе

1501035 однородной структуры значения состояния триггера 15 (i j)-й ячейки однородной структуры. Как известно иэ (1), для выполнения этой операции достаточно на 26„, вход однородной структуры подать сигнал "1", на входы 4 и 5 ячеек j ãî ст..лбца подать сигналы z, = О, г = 1, на входы 4 и 5 остальных ячеек однородной структуры подать сигналы z = z = О.

1 г

Считывание и-разрядное информации.

Задача, решаемая в данном случае, заключается в формировании на выходах

28 однородной структуры и-разрядного двоичного вектора, записанного в триггерах 15 ячеек i-го столбца однородной структуры. Операция выполняется аналогично предыдущей с той лишь разницей, что сигналы "1" подаются на все входы 26 однородной структуры.

Считывание информации с маскированием. Задача, решаемая в этом случае, заключается в формировании на входах 28 однородной структуры групп разрядов и-разрядного двоичного вектора, записанного в i-м столбце однородной структуры, причем считываемые разряды определяются вектором-маской, в котором требуемые для считывания разряды заданы единицами в разрядах с весом на единицу больше. Как известно из (1), эта операция выполняется в устройстве. аналогично операции и-разрядного считывания.

Вычисление булевой функции от К переменных: Задача, решаемая устройством в этом случае, заключается в формировании на одном из выходов 28 однородной структуры значения буле- 40 вой функции от К переменных, заданной в базисе И, ИЛИ, НЕ при равной доступности прямых и инверсных источников информации.. Как известно из (1), для выполнения этой операции доста- 45 точно путем подачи на входы 4 и 5 ,ячеек однородной структуры соответствующих сигналов управления z1 и zz сформировать в однородной структуре требуемую древовидную схему вычисления заданной функции и подать на входы 26 и 27 соответствующие переменные. В результате по окончании переходных процессов в однородной структуре на заданном древовидной схемой

55 вычисления- функции выходе 28„ будет сформирован итог вычислении.

При поступлении на вход 25 однородной структуры сигнала z = 1 этот сигнал поступает в соответствии с органиэацией структуры и ячеек структуры на входы 3 всех ячеек однородной структуры. В результате на выходах элементов 19 и 20 всех ячеек будет сформирован сигнал "0", на выходе элемента 14 — значение сигнала на входе 4 (г ), на выходе элемента 11 фор- мируется значение выражения г а Чг а,.

В результате этого в ячейке реализуются следующие функции:

f, = z,а, V z„z,а а„Цг,z а,а — а,.

В этом случае в однородной структуре можно выполнить следующие операции над данными.

Дешифрация и-разрядного двоичного числа. Решаемая в этом случае задача заключается в формировании на соответствующем выходе 28 однородной структуры сигнала 1" при поступлении на ее вертикальные входы 27 значений разрядов анализируемого двоичного вектора числа. При этом каждому из 2 возможных значений и-разрядных двоичных чисел соответствует сигнал только на одном из 2 выходов 28 однородной структуры.

Для решения этой задачи достаточно на входы 26 однородной структуры подать сигналы "1", на входы 27 анализируемое двоичное и-разрядное число, а на выходы 4 и 5 ячеек однородной структуры сигналы настройки

z и zz, которые обеспечивают функ1 циональную настройку ячеек однородной среды в соответствии со схемой дешифрирования и-разрядного двоичного кода.

Схема дешифрирования составляется следующим образом. Как видно из (1), при поступлении на входы 27 разрядов двоичного кода их значения поступают одновременно и без изменений на входы 2 ячеек соответствующих столбцов однородной структуры. Это обстоятельство позволяет выполнить в соответствии с (1) в строке однородной структуры операцию последовательного логического умножения данных, поступающих на входы 2, причем в этом случае на выходе 7 крайней правой ячейки строки будет сформировано значение этого произведения. Кроме того, в соответствии с (1) за счет управляющих сигналов z, и zz обеспечивается

1501035

j 0 возможность на каждом шаге вычислений в качестве множителя (значение сигнала на входе 2) использовать его инверсное значение. Таким образом, для обеспечения выполнения операции дешифрации п-разрядного двоичного кода потребуется использовать 2" стро . однородной структуры, каждая из которых обеспечивает вычисление соответст 10 вующей импликанты и-разрядного кода.

Пример построения схемы дешифрации трехразрядного двоичного кода приведен на фиг. 3, на которой приведены значения сигналов на входах ячейки и операции преобразования данных в ячейке. Как видно для рассматриваемого случая, сигнал "1" формируется только на выходе 7 последней ячейки пятой строки сверху, что и требуется для решения поставленной задачи.

Инверсия п-разрядного двоичного числа. Задача, решаемая устройством в этом случае, заключается в формировании на выходах 28 однородной струк- 25 туры двоичного и-разрядного числа, значения разрядов которого являются инверсными относительно значений разрядов и-разрядного двоичного числа, подаваемого на входы 27 однородной 30 структуры. Для решения этой задачи достаточно подать на входы 27 однородной структуры п-разрядное число; на входы 26 — значения "1"; на входы

4 и 5 (i, j) ячеек однородной структуры, у которых 1 = j, подать сигналы

z = z = 1; на 4 и 5 входы остальных г ячеек структуры подать сигнал z = О.

В результате такой настройки в тех

3) " еик"х для которых 1 г 3 40 будет обеспечено выполнение следующих операции: Г, = а,; f = а.

В (i, j) ячейках, для которых

j будут выполняться операции: г 45

В результате на выходе 7 (1,1)ячейки будет сформирован сигнал,значение которого равно инверсии сигнала, поступающего на вход ? ячейки, т.е. инверсия значения старшего разряда числа, который поступает на 27

50 вход однородной структуры. Далее сигнал с выхода 7 (1,1)-ячейки без изменения будет передан на выход 7 (1,п)ячейки. Аналогично на выходах

28, 28>, 284,...,28„ однородной

55 структуры будут сформированы инверсные значения остальных разрядов исходного двоичного числа, что и тре- . буется для решения постл пленной злдачи.

Инверсия п-ðëзрядного двоичного числа с.маскировл ием. Злдл л, решлемая устройством в этом случае, эл— ключается в формировании нл выходах

28 однородной структуры тех инверсных значений разрядов двоичного числа, поступающего на ее входы 27, нес которых задан единицами в соответствующих по весу разрядах поступающего на входы 26 управляющего вектора, остальные разряды исходного двоичного числа сбрасываются в "О". Данная операция полностью аналогична предыцущей операции инверсии с той разницей, что на входы 26 в этом случае подаются не "1", а значения разрядов двоичного вектора.

Перестановка. Задача, решаемая устройством в этом случае, заключается в формировании нл выходах

28, 28,..., 28„ значений двоичного числа, поступающего поразрядно на входы 27, 27...., 27„, причем

Ъ значение сигнала на входе 271 формируется на выходе 28, на входе 27 на выходе 28,..., пл входе 27

n-< формируется на выходе 281. Для решения этой задачи достаточно: на входы 26 однородной структуры подать значения "1"; на входы 27 — исходное двоичное число; на входы 4 и 5 (и — К+1,К)-ячеек (К = 1,2,...,n) подать сигналы настройки z = О, zz = О; на входы 4 и 5 остальных ячеек — сигналы настройки z = О.

В результате нл выходе 7 (1,п)-ячейки будет сформировано логическое произведение "1" на значение сигнала на выходе 27„, на выходе 7 (2,п — 1)-ячейки — "1и на значение сигнала на входе 27,..., на выходе 7 ячейки первой строки — "1" на значение сигнала на входе 27„ . При этом сигналы с выходов 7 перечисленных ячеек будут перЕданы далее без изменений на соответствующие выходы 28„, 28 „ ...,28 однородной структуры, что и требуется для решения поставленной задачи °

Перестановка с маскированием. Задача, решаемая устройством, заключается в формировании (аналогичном при выполнении предыдущей операции "Перестановка") на выходах 28 однородной структуры всех значений разрядов двоичного числа, поступающего на ее входы 27, вес которых равен весу содер1501035

12 жащих единицы управляющего векторамаски, поступающего на входы 26, остальные разряды исходного вектора обнуляются.

Эта операция выполняется полностью аналогично предыдущей операции

"Перестановкап с той лишь разницей, что на входы 26 в этом случае поступает соответственно сформированный вектор-маска, содержаЩий как "1", так и "0".

Перестановка с инверсией. Решаемая 15 задача аналогична задаче Перестановка с той лишь разницей, что на выходах 28 однородной структуры формируются инверсные значения разрядов двоичного числа, поступающего на ее -20 входы 27. Для решения этой задачи в отличие от описанного решения задачи

"Перестановка" на входы 4 и 5 (и-К+1, 1

К)-ячеек (К=1,...,п) необходимо по, дать сигналы настройки z, = z = 1, 25 чем достигается формирование. йа выходах 7 этих ячеек инверсных значений сигналов, поступающих в ячейки по входам 2, Следует отметить также, что в случае полачи на вхопы 26 одно- 30 родной структуры с такой настройкой ячеек вектора-маски, содержащего как

"1", так и "0", будет обеспечено выполнение операции перестановки с инверсией и маскированием, сущность.ко- 35 торой аналогична описанной операции перестановки с маскированием. Разница заключается только в формировании на выходах 28 соответствующих инверсий значении разрядов двоичного чис- 40 ла, поступающего на входы 27.

Формула изобретения

Ячейка однородной структуры по авт.св. N 1335975, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения операций логического анализа данных и их структурного преобразования, она содержит второй элемент И, второй элемент ИЛИ, с третьего по шестой элементы ЗАПРЕТ, причем первый настроечный вход ячейки соединен с прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, инверсный вход третьего элемента ЗАПРЕТ соединен с третьим настроечным входом ячейки, с инверсным входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, с первым входом второго элемента И и является третьим выходом ячейки, второй вход второго элемента И соединен с вторым настроечным входом ячейки и с прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вторым настроечным входом второго мультиплексора, выход второго элемента И соединен с прямым входом пятого элемента ЗАПРЕТ и с инверсным входом шестого элемента ЗАПРЕТ, прямой вход которого соединен с первым информационным входом первого мультиплексора, вторым информационным входом ячейки и с инверсным входом пятого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента ЗАПРЕТ, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.

1 50) 035 : Фиг2 (т, о, о авиа 3