Ячейка однородной структуры

Ячейка однородной структуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения однородных вычислительных структур, выполняющих параллельную логическую и арифметическую обработку данных. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей ячейки за счет реализации операций арифметической обработки и коммутации данных. Ячейка однородной структуры имеет информационные входы 1-5, настроечные входы 6-8, информационные выходы 9-13, мультиплексоры 14,15, элементы И 16-20, элементы ИЛИ 21-25, элементы ЗАПРЕТ 26-32, сумматор 33. Устройство выполняет следующие операции: вычисление логической функции от K переменных, подсчет числа единиц в двоичном векторе, арифметическое умножение двух чисел, арифметическое сложение двух чисел, конкатенация двух двоичных векторов, коммутация каналов. Кроме того, в ряде случаев в однородной структуре возможно совместное выполнение различных операций: совместно выполнимы операции вычисления логических функций от K переменных и вычисления числа единиц в двоичном векторе. 7 ил.

,СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 06 F 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Э

Фиг.!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4458905/24-24 (22) 12. 07. 88 (46) 23. 06. 90. Бюл. № 23 (71) Пензенский политехнический институт (72) В.С.Князьков и Т.В.Волченская (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1092492, кл. G 06 F 7/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1264162, кл. G 06 F 7/00, 1985.

„„SU„,, 1573456 A 1

2 (54) ЯЧЕЙКА ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения однородных вы числительных структур, выпол няющих параллельную логическую и арифметическую обработку данных. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей ячейки за счет реализации операций арифметической обработки и коммутации данных. Ячейка

1573456 днородной структуры имеет информационные входы 1-5, настроечные входы

6-8, информационные выходы 9-13, мультиплексоры 14,15, элементы И 1620, элементы ИЛИ 21-25, элемент ЗАПРЕТ 26-32, сумматор 33. Устройство выполняет следующие операции: вычисление логической функции от k nepeменных, подсчет числа единиц в двоич- 1О ном векторе, арифметическое умножелогической функции от k переменных, подсчета единиц в двоичном векторе, умножения двух двоичных чисел в двоичной системе счисления, двух операций коммутации информационных каналов.

Ячейка однородной структуры содержит информационные входы 1-5, настроечные входы 6-8, информационные выхо25 ды 9-13, мультиплексоры 14 и 15, элементы И 16-20, элементы ИЛИ 21-25, элементы ЗАПРЕТ 26-32, сумматор 33.

Однородная структура (фиг.2) содержит группы 34-38 информационных входов, группы 39-43 информационных выходов, вход 44 сигнала управления.

Ячейка реализует следующие логические функции:

S =(Sy Ч Ау)k Ч Spk; р =(8У Ч ру) k Ч р Ч 81, х =z k(zzx V е ) Ч Б =(в, к хСЧ к, г (х Ч t) (1)

V tz,z Ч Oz,z )k Чxk;

B=xSp Ч xSp Ч хБр ч xSp.

Аи В соответственно являются значегде ниями сигналов формируемых на выходе суммы и выходе переноса сумматора, соответственно х 8 р у сигналы, подаваемые на информа5S ционные выходы

1-5 ячейки, соответственно сигналы, форми,I /

S,y,x,p

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения однородных вычислительных структур, выполняющих параллельную логическую и арифметическую обработку данных.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей ячейки

Эа счет реализации операций арифметической обработки и коммутации данных.

На фиг.1 приведена функциональная схема ячейки, на фиг.2 — организация однородной структуры из ячеек; на фиг.3-7 — примеры функционирования однородной структуры при выполнении соответственно операций вычисления

У =У

A=xSp V xSp Ч xSp Ч xSp, ние двух чисел, арифметическое сложение двух чисел, конкатенация двух двоичных векторов, коммутация каналов. Кроме того, в ряде случае в однородной структуре возможно совместное выполнение различных операций: совместно выполнимы операции вычисления логических функций от k переменных и вычисления числа единиц в двоичном векторе. 7 ил. руемые на информационных выходах 9-13 ячейки.

В зависимости от сигнала управления k подаваемого на вход 6, устройство может работать в нескольких режимах.

При поступлении сигнала k--t на выходах элементов 26-31 устанавливается сигнал логического "0", на выходе элемента 20 — результат операции Sp, на выходах элементов 18 и 19 — значения р и S, В результате ячейка выполняет функции:

1573456,1

S = Sp" (2) p =pVS, При этом функции системы (3) поз- 10 воляют обеспечить выполнение вычислений нормальных булевых функций от k .. переменных (в том числе и скобочных) при равной доступности прямых и инверсных выходов источников информа- 15 ции. Функции системы (2) обеспечива.ют возможность выполнения операции подсчета числа единиц в двоичном векторе, который поступает в однородную структуру по информационным входам группы 34 (фиг,2).

1. Вычисление логической функции от k переменных.

Переменные вычисляемой логической функции подаются в однородную структуру по группам информационных входов 35 и 36. На одном иэ информационных выходов структуры из группы вы. ходов 41 будет сформировано значение вычисляемой логической функции. Пред- 30 варительно в однородной структуре формируется древовидная схема вычисления заданной функции путем подачи на входы 7 и 8 ячеек однородной структуры соответствующих управляющих сиг- 35 налов г и z . Как видно из (3) в зависимости от значений сигналов z, и

z в ячейках однородной структуры реализуются соответствующие логические и коммутационные операции 40

S =Sy Ч Ay, Р =ВУ Ч РУ

I х =x; я при z =0 и z =0

У х =t"

I p (4) 45

=х; (l

У =У х =0;

50 Такая ориентация ячеек однородной структуры позволяет выполнить в ней операции арифметического умножения и сложения в двоичной системе счисления.

3. Арифметическое умножение двоичных чисел.

Задача, которую решает устройство в данном режиме, заключается в формировании на группе выходов 39 однородlIPH 2 =1 И 2 =0

t =xt9

I х =О, при 2 =1 и z =1 гх V zest); (3) (г, z xt Ч z„z (хЧ )Чг, г t) . х =t;

I .при z 0 и z =1 — 0;

t õЧt.

Пример формирования в однородной структуре древовидной схемы вычисле ния булевой функции

1:=х с„(х,х С ч х,С

q x zx Ч x t>) приведен на фиг. 3, где внутри ячеек указаны реализуемые логические операции и коммутируемые в ячейке информационные каналы управляющие входы ячеек на фиг.3 не приведены.

2. Подсчет числа единиц в двоичном векторе.

Для выполнения данной операции достаточно подать на группу входов 34 однородной структуры анализируемый двоичный вектор, а на группу входов

3? — значения логического "0". Пример выполнения этой операции приведен на фиг.4, где на входах и выходах 3, 4 и 9,12 соответственно приведены значения входных и выходных сигналов, управляющие входы 6-8 на фиг.4 не приведены.

В результате, на выходах из группы

42, начиная с выхода 12 ячейки последней строки первого столбца, формируется последовательность сигналов логической "1", длина которой равна числу единиц в двоичном векторе, поступающему по входам иэ группы 34 в однородную структуру. Таким образом, 1совокупность выходов из группы 42 представляет собой шкалу, по которой отсчитывается число единиц в анализируемом двоичном векторе.

I .

При поступлении сигнала k--0 в ячейке на выходах элементов 17-20 и 32 формируется сигнал логического "0", а в ячейке в целом реализуется следующая система логических функций:, 1573456 ной структуры двоичного числа,. равно|оо произведению двух положительных двоичных чисел, поступающих в однородную структуру соответственно по входам групп 35 и 38..

Для выполнения данной операции достаточно множимое подать на группу входов 35, причем младший значащий разряд числа должен быть подан на

$xog 35r, т.е. на вход 2 ячейки первого столбца первой строки. Множитель

1 одается на группу входов 38. однородной структуры, причем младший значащий разряд числа должен быть подан йа вход 38, т.е. на вход 5 ячейки ! первого столбца первой строки..При этом в ячейках каждого столбца одноодной структуры в соответствии с ! системой (4) при наличии на входах !

5 сигнала у=l выполняется вычисле ние следующих функций:

8 =Aс ,! р -В, =х у =У °

В результате на выходах 9 (S ) ячеек столбцов, на входах 5 которых имеется сигнал y=l, формируется сумма двух чисел по модулю 2,, поступающих поразрядно на входы 3 (S) и 2 (х) этих ячеек. Одновременно с этим на . выходах 11 (х ) ячеек этих же столбцов формируется копия двоичного числа, поступающего по входам 2 (х), причем копия сдвинута на один разряд в вертикальном направлении. В случае наличия на входах 5 ячеек структуры сигнала у=О в этих ячейках выполняется вычисление следующих функций:

S =S

1 (6)

> х =t

t =х !

Э

I у =у

В результате на выходах S ячеек тех столбцов, в ячейки которых поступает сигнал у=О, формируется копия числа, поступающего по входам S, а на выходах х — сдвинутая на один разряд вниз по вертикали копия числа, 5

55 поступающего в ячейки .по входам х.

В результате выполнения таких преобразовании на выходах S ячеек rro1 следнего столбца однородной структуры формируется двоичное число, равное произведению множимого и множителя.

Пример выполнения операции умножения двух положительных чисел в двоичной системе счисления приведен на фиг.5, где множимое равно 0101z, множитель равен 110z, на входах S, х, t, р и выходах S,,х, t,,р ячеек однородг ((1 ной структуры приведены значения логических сигналов "О"или "1",значения сигналов на входах у и выходах у " приведены только для ячеек первой строки сигналы управления k, z <, z и соответствующие им каналы в однородной структуре опущены. Для рассматриваемого на фиг.5 случая на выходах S ячеек первого столбца формируется первое частное произведениечисло 0000, а на выходах х — число

1010 . На выходах S ячеек второго

° 1 столбца формируется второе частное произведение, равное сумме чисел

0000 и 1010, а на вь1ходах х — число 10100 . На выходах S ячеек столбца формируется третье частное произведение, равное 111110< — сумма чисел

1010 и 10100 . Далее с выходов S ячеек третьего столбца полученное третье частное произведение передается без изменения через остальные ячейки на

I выходы S ячеек последнего столбца однородной структуры. Это частное произведение и является искомым произведением для рассматриваемого примера, что и требуется. Причем младший разряд числа-произведения формируется на выходе Б ячейки первой строки последнего столбца, следующий разряд — на выходе ячейки второй строки последнего столбца и т.д..

4. Арифметическое сложение двух двоичных чисел.

Задача, которую решает устройство в данном случае заключается в формировании на группе выходов 39 однородной структуры значения еуммы по модулю 2 двух положительных чисел,.первое из которых поступает в однородную структуру ло входам группы 34, а второе — по входам группы 35.

Устройство работает следующим образом.

Первое слагаемое подается на входы группы 34, а второе - на входы группы

35. Причем младшие значащие разряды этих чисел подаются на соответствующие входы ячейки первого столбца первой строки, следующий разряд — на входы ячейки первого столбца второй строки и т.д. Одновременно с этим на входы группы 38 однородной структуры подается двоичный вектор 10000...0, причем " 1" подается на вход 5 ячейки первой строки первого столбца. В результате этого в ячейках первого столбца реализуются функции системы (5), а в остальных — системы (6). ТаI ким образом, на выходах $ ячеек первого столбца формируется сумма чисел по модулю 2, поступающих поразрядно на входы S и х этих ячеек, которая передается через остальные ячейки однородной структуры без.изменения на выходы S ячеек последнего столбца.

Кроме операций арифметического умножения и сложения, при наличии сигнала k=O в однородной структуре реализуются также. операции коммутации, данных из вертикальных информационных

I каналов t-t в горизонтальные инфорI мационные каналы х-х и наоборот.

5. Конкатенация двух двоичных векторов.

Задача, которую решает устройство в этом случае, заключается в формировании на группе выходов 41 вектора

Ь=Ь Ь<...Ь, элементами которого являются элементы двоичного вектора х=х,х ...х„, поступающего на группу входов 35 <,35,...,35д однородной структуры, и элементы двоичного вектора, поступающего на группу входов . 36,,36 ...., 36, с=Е„й ... а„„. Причем результирующий вектор имеет вид Ь =

= х„х„, ... t t и соответственно формируется на выходах 41 „, 4 1,..., 41 однородной структуры. Однородная структура, ориентированная на выполние этой .операции; соответственно должна иметь k столбцов и и строк. .При этом в структуре из и строк и k столбцов для правильного выполнения рассматриваемой операции число элементов вектора t,.ïîäàâàåìîãî на группу входов 35, не должно превышать величины k-и. Если число элементов вектора t l C k-n, то k- 3 последних разрядов вектора Ь в этом случае дополняются нулями. Пример выполнения рассматриваемой операции в однородной структуре из четырех строк и восьми столбцов приведен на фиг.6, где по73456

5

10 казана коммутация информационных каналов в ячейках структуры при К=О. Управляющие входы ячеек на фиг.6 опущены. При поступлении в однородную структуру векторов х,х х х и t,t t,t<

»а ее выходах из группы 4 1 формируется вектор Ь=х х х х,t t t>t<

6. Коммутация каналов.

Задача, которую решает устройство в этом случае заключается в формировании на группе 40 из п выходов однородной структуры из (nxn) ячеек значений элементов и-разрядного двоичного вектора, поступающего на группу входов 36, а на группе выходов 4 1 элементов п-разрядного двоичного вектора, поступающего на входы группы

35 однородной структуры.

Для решения этой задачи достаточно подать на вход 44 однородной структуры сигнал k=O. При этом в ячейках однородной структуры выполняются функции системы (4), т.е. сигналы с входов х ячеек коммутируются на выходы t, а сигналы с входов t — на ф

1 выходы х . Пример выполнения данной операции в однородной структуре из четырех строк и четырех столбцов приведен на фиг.7, где графически показаны коммутируемые информационные каналы для рассматриваемого случая.

Кроме того, в ряде случаев в однородной структуре возможно совместное выполнение различных операций: совместно выполнимы операции вычисления логических функций от k переменных и вы1 числения числа единиц в двоичном векторе, причем исходные данные для первой операции поступают по входам

35 и 36, а для второй — по входам

41 и 42.

Формула изобретения

Ячейка однородной структуры, содержащая первый и второй информационные входы, первый и второй информационные выходы, первый и второй настроечные входы, первый и второй элементы И, первый и второй элементы

ИЛИ, первый и второй мультиплексоры и элемент ЗАПРЕТ, причем первый информационный вход ячейки. соединен с первым входом первого элемента И, первым входом первого элемента ИЛИ, первым информационным входом первого мультиплексора и вторы информат,,ионным входом второго мультиплексора, второй информационный вход ячейки

1573456

12 соединен с вторым входом первого эле„мента И, вторым входом первого эле-, мента ИЛИ и первым информационным входом второго мультиплексора, первый настроечный вход ячейки соединен .с первым управляющим входом первого .мультиплексора, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго мультиплексора и вторым настроечным входом ячейки,. второй информационный вход первого мультиплексора соединен с входом логического нуля ячейки, выход первого элемента И соединен с третьим информационным входом первого мультиплексора, четвертый информационный вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И сое1 динен с первым входом второго элемен- 20 та ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ЗАПРЕТ, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет реализации опера- 25 ций коммутации и арифметической обработки данных, она содержит сумматор, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы ЗАПРЕТ, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ, 3О третий, четвертый и пятый элементы

И, третий, четвертый и пятый информационные входы, третий настроечный вход, третий, четвертый и пятый информационные выходы, причем выход .Э.) первого мультиплексора соединен с . первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с инверс-. ным входом первого элемента ЗАПРЕТ, инверсным входом второго элемента ЗАП- 4п

РЕТ, первым входом третьего элемента.И, первым входом четвертого элемента И, первым входом пятого элемента И, третьим настроечным входом ячейки, первым инверсным входом третьего элемен- 4 та ЗАПРЕТ„ инверсным .входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, первым инверсным входом пятого элемента ЗАПРЕТ, инверсным входом шестого элемента ЗАПРЕТ и первым прямым входом седьмого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом третьего элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента ЗАП1 ЕТ, прямой вход которого соединен с первым информационным входом ячейки, второй информационный вход ячейки соединен с прямым входом первого элемента ЗАПРЕТ и входом первого слагаемого сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с третьим информационным входом ячейки, прямым входом пятого элемента ЗАПРЕТ, вторым входом третьего элемента И и вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, второй вход которого соединен с четвертым информационным входом ячейки, входом переноса сумматора, прямым входом третьего элеменI та ЗАПРЕТ и третьим входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым информационным выходом ячейки,,второй информационный выход ячейки соединен с первым прямым входом второго элемента

ЗАПРЕТ, пятым информационным входом ячейки, вторым инверсным входом третьего элемента ЗАПРЕТ, первым прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ,и вторым инверсным, входом пятого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второго элемента ЗАПРЕТ,, второй прямой вход которого соединен с выходом суммы сумматора, выход переноса которого соединен с вторым прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с третьим входом четвертого элемента ИЛИ, четвертый вход которого соединен с выходом третьего. элемента ЗАПРЕТ., первый настроечный вход ячейки соединен с инверсным входом седьмого элемента

ЗАПРЕТ, второй прямой вход которого соединен с выходом второго мультиплексора, третий информационный вы,ход ячейки соединен с выходом третье го элемента ИЛИ, четвертый информационный выход ячейки соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ,. пятый информационный выход ячейки соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

37

«г

Фиг.2

4 t

1573456 2

Х2

Sg

4 4 х(Составитель. M. Кауль

Техред M.Õîäàíè÷ Корректор Л.Бескид

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 1643

Тираж 564

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.. Гагарина, 101

tg

К xg Х(, g< gz Ь, Ч

У

Фие.6 ч З 2 1

4ЬГ. 7