Ячейка однородной структуры Советский патент 1989 года по МПК G06F7/00 

(Л

с

S

ги

N

.

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,

два элемента ИЛИ 11, 12, два элемента И 13, 14, триггер 15, шесть элементов ЗАПРЕТ 16-21, элемент ИЛЬНЕ 22. Ячейка обеспечивает преобразование поступаюг;их на ее вход двоичных сигналов в соответствии со следующей системой булевых функций:

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:F₁=Z₁(Z₃VZ₂)A₁ VZ₁(Z₂Z₃AVZ₂A₂)A₁VZ₁Z₂Z_{3(A1VA2)VZ1Z2Z3A2QT}

F₂=(Z₃VZ₁Z₂)A₂VZ₁Z₂Z₃A₁

QT=(Z₃VZ₁Z₂)A₁

Z₃=Z₃ ГДЕ Z₁,Z₂,Z₃ - СИГНАЛЫ УПРАВЛЕНИЯ, ПОСТУПАЮЩИЕ НА НАСТРОЧНЫЕ ВХОДЫ

A₁,A₂ - ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИГНАЛЫ

QT -ЗНАЧЕНИЕ ПРЯМОГО ВЫХОДА ТРИГГЕРА

F₁,F₂,Z₃ - СИГНАЛЫ НА ВЫХОДАХ ЯЧЕЙКИ. 3 ИЛ.

f, Z(z-. f, (z,V

у z)a V z, ( )a,Vz,(a,V a) / ; q (,) z,, z

где z,,

Zj, z

3 - сигналы управления, чение,прямого выхода триггера; f ,

поступающие на настроечные входы; а, f, Zj - сигналы на выходах ячейки, а - информационные сигналы; q - зна- 3 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для построения плоскостных однородных структур для вы- числения 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 устройства за счет обеспечения выполнения операций логического анализа данных и их -структурного преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема многофункциональной ячейки однородной структуры; на фиг. 2 - организация однородной структуры из предлагаемых ячеек; на фиг. 3.- пример функционирования однородной структуры

f , E(z3 V z) z, (zjZ,.a VZja)a,V V ap V z .

-г

(ZjV z z)a2V z Z2Z3a, ; (zjV z,z) z Zj,

де z.

г

- соответственно сигналы управления, поступающие на настроечные входы ячейки 5, 4 и 3; Q ,а - информационные сигналы, поступающие соответственно на 1 и 2 входы ячейки; q - значение прямого выхо.

да триггера t5 ячейки; сигналы, формируемые соответственно на 7,6 и 8 выходах ячейки.

0

с

5

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 16- 21, 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 функций:

(1)

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

Входы 3 ячеек первого столбца однородной структуры подключены к управляющему 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

10

15

20

25

столбца однородной структуры являются группой информационных выходов 28 одородной структуры,а выходы 6 ячеек ервой строки являются группой вертиальных информационных выходов 29 однородной структуры. Остальнь е ячейки днородной 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 являтся входами индивидуальной настройки ячейки.

Ячейка работает следующим образом. В зависимости от значения общего для всех ячеек однородной структуры сигнала z однородная структура может работать в двух различных режимах.

Первый режим работы устройства обеспечивается при поступлении на вход 25 однородной структуры сигнала Z3 0. В соответствии с тем, что Z Zj, на входах 3 всех ячеек однородной структуры будет сформирован сугнал Zj О, В результате в каждой ячейке на вьгходах элементов 14 и 18 формируется сигнал О, на вьгходах элементов 17 и 11 - значение сигнала на входе 2 ( ячейки, на выходах элементов 19 и 20 - соответственно значения сигналов на настроечных входах ячеГгки 4 (z,) и 5 (z). В результате каждая ячейка однородной структуры в соответствии с ее функциональными возможностями (система 1) обеспечит реализации следующих преоб- дО разований входных сигналов а и а в зависимости от управляющих, сигналов z, и Z

f,

V ,,,

fr - Ч

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

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

30

35

г z,,V z, (a J а)/

45

z, V 2 ,.

(2)

55

10

15

20

25

дО

50

.

30

35

45

55

iia нх(}ды 27 однородной ( TjiyKTViii.i подать сигналы О, tia и -1ст 1оеч1гмс входы 4 и 5 всех ячпск i-ro столбца подать сигналы z, - z - П, а ил настроечные входы А и 5 остальных ячеек - сигналы 7. 1 и Zj 1. В результате информация с входов 26 одн ород- ной структуры будет занесена п соответствующие триггеры 15 ячеек i-ro столбца однородной структуры.

Параллельная запись информации. Задача, которую решает устройство в этом случае, заключается в одновременной записи п-разрядного двоичного вектора, поступающего на входы 26 однородной структуры, в триггеры 15 нескольких столбцов однородной структуры. Эта операция вьтолняется полностью аналогично предыдущей с той лишь разницей, что сигналы настройки Z, 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 п-разрядного двоичного вектора, которым соответствуют единицы в соответ- ствукицих разрядах вектора-маски, подаваемого на входы 26 однородной структуры, flna вьтолнения этой операции, как. известно из (1), требуется в триггеры 15 ячеек крайнего левого столбца однородной структуры предварительно в режиме последовательной записи информации занести п-разряд- ный двоичньш 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 соответствующих 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, Zj 1 , на входы 4 и 5 ячеек i-ro столбца подаются сигналы z, z, 0, на входы 4 и 5 остальных

ячеек подаются сигналы z

z,

1

- I

Поразрядное считывание информации. Задача, решаемая в этом случае, заключается в формировании на 28 выходе

однородной структуры значения состояния триггера 15 (i, j)-vi ячейки однородной структуры. Как известно из (1), для выполнения этой операции достаточно на однородной структуры подать сигнал 1, на входы 4 и 5 ячеек j-ro столбца подать сигналы Z, О, z 1, на входы 4 и 5 остальных ячеек однородной структуры подать сигналы z z 0.

Считывание п-разрядное информации. Задача, решаемая в данном случае, заключается в формировании на выходах 28 однородной структуры п-разрядного двоичного вектора, записанного в триггерах 15 ячеек i-ro 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 п-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 п-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 булевой 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 достаточно путем подачи на входы 4 и 5

:ячеек однородной структуры соответствующих сигналов управления z

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 вычисления- функции выходе будет сформирован итог вычислений.

При поступлении на вход 25 однородной структуры сигнала z, 1 этот

сигнал поступает в соответствии с организацией структуры и ячеек структуры на входы 3 всех ячеек однородной структуры. Б результате на выходах элементов 19 и 20 всех ячеек будет сформирован сигнал О, на выходе элемента 14 - значение сигнала на входе 4 (z), на выходе элемента 11 мируется значение выражения ,. В результате этого в ячейке реализуются следующие функции:

f, Z, а, V , , z.,a г г

(3)

4i

а

0

5

0

5

0

5

0

5

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

Дешифрация п-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 п-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 сипг.лы 1, на входы 27 - анализируемое двоичное п-разрядное число, а на выходы 4 и 5 ячеек однородной структуры сигналы настройки Z| и Zg, которые обеспечивают функциональную настройку ячеек однородной среды в соответствии со схемой дешифрирования п-разрядного двоичного кода. I ,

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 ло- гического 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 управляю- ш:их сигналов z, и Zjp. обеспечивается

возможность на каж;дом 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 строк однородной структуры, каждая из кото15

рых обеспечивает вычисление соответст- Q ла, поступающего на ее входы 27, вес

которых задан единицами в соответствующих по весу разрядах поступающего на входы 26 управляющего вектора, остальные разряды исходного двоичного числа сбрасьшаются в О. Данная операция полностью аналогична предыдущей 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 на выходах

вующеи импликанты п-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 формиро20

28,, 28

г

28, значений двоично28,, 28

г

вании на выходах 28 однородной отрук- 25 го числа, поступающего поразрядно

туры двоичного п-разрядного числа, значения разрядов которого являются инверсными относительно значений разрядов п-разрядного двоичного числа, подаваемого на входы 27 однородной структуры. Для решения этой задачи достаточно подать на входы 27 однородной структуры п-разрядное число; на входы 26 - значения на входы 4 и 5 (i, j) ячеек однородной структуры, у которых i j, подать сигнал Z 22 1;на4и5 входы остальны ячеек структуры подать сигнал z 0. В результате такой настройки в тех (i, j) ячейках, для которых i / j, будет обеспечено выполнение следующих операций: f а ; f а.

В (i, j) ячейках, для которых i 3, будут выполняться операции:

1 f а.

В результате на выходе 7 (1,1)- ячейки будет сформирован сигнал,значение которого равно инверсии сигнала, поступающего на вход 7. ячейки, т.е. инверсия значения старшего разряда числа, который поступает на 27 вход однородной структуры. Далее сигнал с выхода 7 (1,1)-ячейки без из.менения будет передан на выход 7 (1,п)ячейки. Аналогично на выходах

28, 28j , 28,...,28 однородной структуры будут сформированы инверсные значения остальных разрядов исходного двоичного числа, что и требуется для решения ггостпвленмои задачи.

Инверсия п-раг pяд,нoгo двоичного числа с- маскированием, Задача, решаемая устройством в этом случае-, заключается в формировании на выходах 28 однородной структуры тех инверсных значений разрядов двоичного чис15

20

28,, 28

г

28, значений двоичного числа, поступающего поразрядно

27,

27,....,

причем

сигнала на входе 27, форна выходе 28 28

и на

на входе 27,входе 27„

0

5

формируется на выходе 28 . Для решения этой задачи достаточно: на входы 26 однородной структуры подать значения на входы 27 - исходное двоичное число; на входы 4 и 5 (п - К+1,К)-ячеек (К 1,2,...,и)

подать сигналы настройки z

О,

0

5

0

5

22 0; на входы 4 и 5 остальных ячеек - сигналы настройки z 0. В результате на выходе 7 (1,п)-ячей- ки будет сформировано логическое произведение 1 на значение сигнала на выходе 27, на выходе 7 (2,п-1)-ячей- ки - 1 на значение сигнааа 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 вьтолнении предыдущей операции Перестановка) на выходах 28 однородной структуры всех значений разрядов двоичного числа, поступающего на ее входы 27, вес которых равен весу содержанщх единицы управляющего вектора- маски, поступающего на входы 26, остальные разряды исходного вектора обнуляются.

Эта операция выполняется полностью аналогично предыдущей операции Перестановка с той лигаь разницей, что на входы 26 в этом случае посту- пает соответственно сформированный вектор-маска, содержащий как 1, так и О.

Перестановка с инверсией. Решаемая

задача аналогична задаче Перестановка с той лишь разницей, что на выходах 28 однородной структуры формируются инверсные значения разрядов двоичного числа, поступающего на ее входы 27. Для решения этой задачи в отличие от описанного решения задачи Перестановка н-а входы 4 и 5 (п-К+1 К)-ячеек (,...,п) необходимо подать сигналы настройки z z 1, чем достигается формирование на выходах 7 этих ячеек инверсных значений сигналов, поступающих в ячейки по входам 2. Следует отметить также, что в случае попачи на вхопы 26 одно- родной структуры с такой настройкой ячеек вектора-маски, содержащего как 1, так и О, будет обеспечено выполнение операции перестановки с инверсией и маскированием, сущность.ко торой аналогична описанной операции перестановки с маскированием. Разница заключается только в .формировании на выходах 28 соответствующих инверсий- значений разрядов двоичного чис- ла, поступающего на входы 27.

Формула изобретения

Ячейка однородной структуры по авт.св. № 1335975, отличающаяся 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 вторьм настроечным входом второго мультиплексора, выход второго элемента И соединен с прямым вхрдом 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.

I ггг г Ф ТФ Н--4Нг- VJ I s.,-1-,

675

л7,|...

/

/pXfфДГ fA-j

1

(ff

Tfm

Хз

ff

TFT;

л f -O

(

/V V7Vv

rf J O

УЗ

pT

/Яд

/

fl O

Хз

Хз