МАЖОРИТАРНЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2023 года по МПК H03K19/23 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.

Известны мажоритарные модули (см., например, патент РФ 2580801, кл. H03K 19/23, 2016 г.), которые содержат логические элементы и реализуют мажоритарную функцию пяти аргументов – входных двоичных сигналов либо дизъюнкцию (конъюнкцию) тех же пяти аргументов. При этом $$\tilde{h}=\frac{h}{n}=\frac{4}{5}$$, где n, h и $$\tilde{h}$$ есть соответственно количество аргументов реализуемых функций, схемная глубина, в частности, упомянутого аналога и ее относительный показатель.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных мажоритарных модулей, относятся большая величина относительного показателя схемной глубины, наличие в аппаратурном составе, в частности, упомянутого аналога элементов И, ИЛИ и ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не обеспечивается реализация мажоритарной функции девяти аргументов – входных двоичных сигналов либо дизъюнкции (конъюнкции) тех же девяти аргументов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип мажоритарный модуль (патент РФ 2700553, кл. H03K 19/23, 2019 г.), который содержит мажоритарные элементы и реализует мажоритарную функцию пяти аргументов – входных двоичных сигналов либо дизъюнкцию (конъюнкцию) тех же пяти аргументов. При этом относительный показатель схемной глубины прототипа составляет $$\tilde{h}=\frac{4}{5}$$.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся большая величина относительного показателя схемной глубины и ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не обеспечивается реализация мажоритарной функции девяти аргументов – входных двоичных сигналов либо дизъюнкции (конъюнкции) тех же девяти аргументов.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации мажоритарной функции девяти аргументов – входных двоичных сигналов либо дизъюнкции (конъюнкции) тех же девяти аргументов и уменьшение относительного показателя схемной глубины при сохранении элементного базиса прототипа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в мажоритарном модуле, содержащем девять мажоритарных элементов, которые имеют по три входа, выходы m-го ($$m=\overline{\mathrm{1,2}}$$), ($$m+4$$)-го и первый вход m-го мажоритарных элементов соединены соответственно с вторыми входами ($$m+1$$)-го, ($$m+5$$)-го мажоритарных элементов и первым настроечным входом мажоритарного модуля, особенность заключается в том, что в него дополнительно введены двенадцать аналогичных упомянутым мажоритарных элементов, выходы третьего, седьмого, i-го ($$i=\overline{\mathrm{9,12}}$$) и первый, второй, третий входы двадцатого мажоритарных элементов соединены соответственно с вторыми входами четвертого, восьмого, ($$i+4$$)-го и выходами семнадцатого, восемнадцатого, девятнадцатого мажоритарных элементов, выходы ($$m+12$$)-го, ($$m+14$$)-го и первый, второй, третий входы двадцать первого мажоритарных элементов подключены соответственно к третьим входам ($$m+2$$)-го, ($$m+6$$)-го и выходам четвертого, двадцатого, восьмого мажоритарных элементов, а первые входы ($$m+6$$)-го, ($$m+8$$)-го, ($$m+12$$)-го и выход двадцать первого мажоритарных элементов соединены соответственно с первым настроечным входом и выходом мажоритарного модуля, второй настроечный вход которого подключен к первым входам ($$m+2$$)-го, ($$m+4$$)-го, ($$m+10$$)-го, ($$m+14$$)-го мажоритарных элементов.

На чертеже представлена схема предлагаемого мажоритарного модуля.

Мажоритарный модуль содержит мажоритарные элементы 1₁,…,1₂₁, причем выходы элементов 1_j ($$j=\overline{\mathrm{1,3}}$$), 1_j+4, 1_i ($$i=\overline{\mathrm{9,12}}$$) и третьи входы элементов 1_k ($$k=\overline{\mathrm{3,4}}$$), 1_k+4 соединены соответственно c вторыми входами элементов 1_j+1, 1_j+5, 1_i+4 и выходами элементов 1_k+10, 1_k+12, первый, второй, третий входы элемента 1₂₀ и выходы элементов 1₄, 1₂₀, 1₈ подключены соответственно к выходам элементов 1₁₇, 1₁₈, 1₁₉ и первому, второму, третьему входам элемента 1₂₁, а первые входы элементов 1_k–2, 1_k+4, 1_k+6, 1_k+10 и выход элемента 1₂₁ соединены соответственно с первым настроечным входом и выходом мажоритарного модуля, второй настроечный вход которого подключен к первым входам элементов 1_k, 1_k+2, 1_k+8, 1_k+12.

Работа предлагаемого мажоритарного модуля осуществляется следующим образом. На его первом, втором настроечных входах фиксируются соответственно необходимые сигналы $$y_1,y_2\in \left\{\mathrm{0,1}\right\}$$ константной настройки. На вторые входы элементов 1₁, 1₅, первый вход элемента 1₁₇; третьи входы элементов 1₁, 1₅, второй вход элемента 1₁₇; третьи входы элементов 1₂, 1₆, 1₁₇; вторые входы элементов 1₉, 1₁₁, первый вход элемента 1₁₈; третьи входы элементов 1₉, 1₁₁, второй вход элемента 1₁₈; третьи входы элементов 1₁₃, 1₁₅, 1₁₈; вторые входы элементов 1₁₀, 1₁₂, первый вход элемента 1₁₉; третьи входы элементов 1₁₀, 1₁₂, второй вход элемента 1₁₉ и третьи входы элементов 1₁₄, 1₁₆, 1₁₉ подаются соответственно двоичные сигналы $$x_1$$; $$x_2$$; $$x_3$$; $$x_4$$; $$x_5$$; $$x_6$$; $$x_7$$; $$x_8$$ и $$x_9$$ ($$x_1\mathrm{,...,}{x}_9\in \left\{\mathrm{0,1}\right\}$$). В представленной ниже табл.1 приведены значения внутренних сигналов $$z_{3\times j-2}$$ ($$j=\overline{\mathrm{1,3}}$$), $$z_{3\times j-1}$$, $$z_{3\times j}$$ предлагаемого мажоритарного модуля, полученные для всех возможных наборов значений сигналов $$x_{3\times j-2},x_{3\times j-1},x_{3\times j}$$ при $$y_1=1$$, $$y_2=0$$; $$y_1=y_2=1$$; $$y_1=y_2=0$$. Далее в табл.2, табл.3, табл.4 приведены значения его выходного сигнала Z, полученные для всех возможных наборов значений сигналов $$z_1\mathrm{,...,}{z}_9$$ при $$y_1=1$$, $$y_2=0$$; $$y_1=y_2=1$$; $$y_1=y_2=0$$.

Таблица 1

$$x_{3\times j-2}{x}_{3\times j-1}{x}_{3\times j}$$ $$y_1=1$$ , $$y_2=0$$ $$y_1=y_2=1$$ $$y_1=y_2=0$$ $$z_{3\times j}{z}_{3\times j-1}{z}_{3\times j-2}$$ $$z_{3\times j}{z}_{3\times j-1}{z}_{3\times j-2}$$ $$z_{3\times j}{z}_{3\times j-1}{z}_{3\times j-2}$$ 000 000 000 000 001 001 101 000 010 001 101 000 011 011 111 010 100 001 101 000 101 011 111 010 110 011 111 010 111 111 111 111

Таблица 2

$$y_1=1$$ , $$y_2=0$$ $$y_1=1$$ , $$y_2=0$$ $$z_9{z}_8{z}_7$$ $$z_6{z}_5{z}_4$$ $$z_3{z}_2{z}_1$$ Z $$z_9{z}_8{z}_7$$ $$z_6{z}_5{z}_4$$ $$z_3{z}_2{z}_1$$ Z 000 000 000 0 011 000 000 0 000 000 001 0 011 000 001 0 000 000 011 0 011 000 011 0 000 000 111 0 011 000 111 1 000 001 000 0 011 001 000 0 000 001 001 0 011 001 001 0 000 001 011 0 011 001 011 1 000 001 111 0 011 001 111 1 000 011 000 0 011 011 000 0 000 011 001 0 011 011 001 1 000 011 011 0 011 011 011 1 000 011 111 1 011 011 111 1 000 111 000 0 011 111 000 1 000 111 001 0 011 111 001 1 000 111 011 1 011 111 011 1 000 111 111 1 011 111 111 1 001 000 000 0 111 000 000 0 001 000 001 0 111 000 001 0 001 000 011 0 111 000 011 1 001 000 111 0 111 000 111 1 001 001 000 0 111 001 000 0 001 001 001 0 111 001 001 1 001 001 011 0 111 001 011 1 001 001 111 1 111 001 111 1 001 011 000 0 111 011 000 1 001 011 001 0 111 011 001 1 001 011 011 1 111 011 011 1 001 011 111 1 111 011 111 1 001 111 000 0 111 111 000 1 001 111 001 1 111 111 001 1 001 111 011 1 111 111 011 1 001 111 111 1 111 111 111 1

Таблица 3

$$y_1=y_2=1$$ $$y_1=y_2=1$$ $$z_9{z}_8{z}_7$$ $$z_6{z}_5{z}_4$$ $$z_3{z}_2{z}_1$$ Z $$z_9{z}_8{z}_7$$ $$z_6{z}_5{z}_4$$ $$z_3{z}_2{z}_1$$ Z 000 000 000 0 101 111 000 1 000 000 101 1 101 111 101 1 000 000 111 1 101 111 111 1 000 101 000 1 111 000 000 1 000 101 101 1 111 000 101 1 000 101 111 1 111 000 111 1 000 111 000 1 111 101 000 1 000 111 101 1 111 101 101 1 000 111 111 1 111 101 111 1 101 000 000 1 111 111 000 1 101 000 101 1 111 111 101 1 101 000 111 1 111 111 111 1 101 101 000 1 101 101 101 1 101 101 111 1

Таблица 4

$$y_1=y_2=0$$ $$y_1=y_2=0$$ $$z_9{z}_8{z}_7$$ $$z_6{z}_5{z}_4$$ $$z_3{z}_2{z}_1$$ Z $$z_9{z}_8{z}_7$$ $$z_6{z}_5{z}_4$$ $$z_3{z}_2{z}_1$$ Z 000 000 000 0 010 111 000 0 000 000 010 0 010 111 010 0 000 000 111 0 010 111 111 0 000 010 000 0 111 000 000 0 000 010 010 0 111 000 010 0 000 010 111 0 111 000 111 0 000 111 000 0 111 010 000 0 000 111 010 0 111 010 010 0 000 111 111 0 111 010 111 0 010 000 000 0 111 111 000 0 010 000 010 0 111 111 010 0 010 000 111 0 111 111 111 1 010 010 000 0 010 010 010 0 010 010 111 0

Если $$y_1=1$$, $$y_2=0$$ либо $$y_1=y_2=1$$ либо $$y_1=y_2=0$$, то согласно представленным таблицам имеем

$$Z=\{\begin{array}{l}1\text{при}{\displaystyle \sum _{q=1}^9{x}_q}\ge 5\hfill \\ 0\text{при}{\displaystyle \sum _{q=1}^9{x}_q}<5\hfill \end{array}=\text{Maj}(x_1\mathrm{,...,}{x}_9)$$ либо $$Z=\{\begin{array}{l}1\text{при}{\displaystyle \sum _{q=1}^9{x}_q}>0\hfill \\ 0\text{при}{\displaystyle \sum _{q=1}^9{x}_q}=0\hfill \end{array}=x_1\vee \mathrm{...}\vee x_9$$ либо $$Z=\{\begin{array}{l}1\text{при}{\displaystyle \sum _{q=1}^9{x}_q}=9\hfill \\ 0\text{при}{\displaystyle \sum _{q=1}^9{x}_q}<9\hfill \end{array}=x_1\wedge \mathrm{...}\wedge x_9$$,

где $$\text{Maj}(x_1\mathrm{,...,}{x}_9)$$ и $$x_1\vee \mathrm{...}\vee x_9$$, $$x_1\wedge \mathrm{...}\wedge x_9$$ есть мажоритарная функция и дизъюнкция, конъюнкция девяти аргументов $$x_1\mathrm{,...,}{x}_9$$.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый мажоритарный модуль построен в элементном базисе прототипа и обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как реализует мажоритарную функцию девяти аргументов – входных двоичных сигналов либо дизъюнкцию (конъюнкцию) тех же девяти аргументов. При этом относительный показатель схемной глубины предлагаемого мажоритарного модуля составляет $$\tilde{h}=\frac{5}{9}<\frac{4}{5}$$.

Изобретение относится к мажоритарным модулям. Технический результат - уменьшение относительного показателя схемной глубины при сохранении элементного базиса прототипа. Для этого мажоритарный модуль содержит двадцать один мажоритарный элемент (1₁,…,1₂₁). 1 ил., 4 табл.

Мажоритарный модуль, содержащий девять мажоритарных элементов, которые имеют по три входа, причем выходы m-го ($$m=\overline{\mathrm{1,2}}$$), ($$m+4$$)-го и первый вход m-го мажоритарных элементов соединены соответственно с вторыми входами ($$m+1$$)-го, ($$m+5$$)-го мажоритарных элементов и первым настроечным входом мажоритарного модуля, отличающийся тем, что в него дополнительно введены двенадцать аналогичных упомянутым мажоритарных элементов, выходы третьего, седьмого, i-го ($$i=\overline{\mathrm{9,12}}$$) и первый, второй, третий входы двадцатого мажоритарных элементов соединены соответственно с вторыми входами четвертого, восьмого, ($$i+4$$)-го и выходами семнадцатого, восемнадцатого, девятнадцатого мажоритарных элементов, выходы ($$m+12$$)-го, ($$m+14$$)-го и первый, второй, третий входы двадцать первого мажоритарных элементов подключены соответственно к третьим входам ($$m+2$$)-го, ($$m+6$$)-го и выходам четвертого, двадцатого, восьмого мажоритарных элементов, а первые входы ($$m+6$$)-го, ($$m+8$$)-го, ($$m+12$$)-го и выход двадцать первого мажоритарных элементов соединены соответственно с первым настроечным входом и выходом мажоритарного модуля, второй настроечный вход которого подключен к первым входам ($$m+2$$)-го, ($$m+4$$)-го, ($$m+10$$)-го, ($$m+14$$)-го мажоритарных элементов.