Многофункциональная ячейка однородной структуры Советский патент 1991 года по МПК G06F7/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения однородных вычислительных структур.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ячейки однородной структуры за счет выполнения логических операций И, ИЛИ, НЕ над входными переменными, а также коммутации входных переменных или результатов их логического преобразования на любой из выходов ячейки.

На фиг. 1 приведена структурная схема ячейки; на фиг. 2 - функциональная схема управляемого логического элемента; на фиг, 3 - графическая интерпретация функциональных возможностей ячейки; на фиг. 4 - пример построения коммутационной схемы; на фиг. 5 - пример выполнения операции сдвига; на фиг. 6 - пример построения в однородной структуре схемы вычисления функции.

Ячейка (фиг 1) содержит четыре информационных входа 1-4, четыре выхода 5-8, четыре настроечных входа 9-12, двадцать элементов И 13-32, четыре управляемых логических элемента (УЛЭ) 33-36, четыре мультиплексора 37-40 и два сдвиговых регистра .41 и42

Управляемый логический элемент (фиг. 2) содержит три элемента И 43-45 три элемента ИЛИ 46-48, элемент НЕ 49 и мультиплексор 50.

Ячейка функционирует следующим образом.

Настройка ячейки

Os О СО

О

о о

Данный режим работы однородной структуры заключается в обеспечении настройки ячеек на выполнение требуемых функций путем записи управляющих слов в сдвиговые регистры 41 и 42 ячеек. В результате на управляющих входах qi-qa УЛЭ 33-36 и управляющих входах а и ai мультиплексоров 37-40 ячеек однородной структуры формируются управляющие сигналы, коммутирующие входные потоки данных в соответствующих комбинациях на выходы 5-8 ячейки.

Операции, выполняемые надданными в УЛЭ и выходных мультиплексорах в зависимости от комбинации сигналов управления, приведены соответственно в табл. 1 и 2.

Запись управляющих слов в сдвиговые регистры 41 и 42 ячеек однородной структуры выполняется следующим образом.

На управляющие входы 12 ячеек однородной структуры подается сигнал Z4 0. В результате на выходах элементов И 13-32 ячеек формируются сигналы управления: qi qa - Q3 «1 аи 0. Таким образом, в каждой ячейке однородной структуры обеспечивается выполнение следующих операций над данными:

Yi Xi;

.Y2 X2;

Y3 X3; Y4 Х«,

причем одновременно информация с информационного входа 1 (Xi) в каждой ячейке поступает на информационные входы сдвиговых регистров 41 и 42, что позволяет обеспечить поразрядную запись в сдвиговые регистры 41 и 42 требуемых управляющих слов следующим образом. На группу входов однородной структуры подается двоичное слово

А ai,n°, 32,11°, аз.п

оо

..., Эт.п ,

где ац - значение нулевого разряда двенадцатиразрядного управляющего слова для УЛЭ (I,)-й ячейки. Затем на первый настроечный вход 9 каждой ячейки подается сигнал записи Zi 1, который поступает на входы управления записью сдвиговых регистров 41 всех ячеек n-столбца, чем обеспечивается запись данных с информационных входов 1 ячеек в нулевой разряд сдигового резистра 41. Далее на группу входов однородной структуры подается двоичное слово

В bl.n°, D2.n°, Ьз.гЛ .. , bm,n°,

где bij - значение нулевого разряда управляющего слова для мультиплексоров 37-40 (i, jj-й ячейки.

При подаче на второй настроечный вход

10 ячеек сигнала записи Zz 1 в сдвиговые регистры 42 ячеек будут занесены соответствующие разряды слова В°, после чего на третий настроечный вход 11 однородной структуры подается импульсный сигнал 2з

1, который поступает на входы управления сдвигом сдвиговых регистров 41 и 42. В результате обеспечивается сдвиг информации, записанной в этих регистрах, на один разряд. Аналогично происходит запись в

сдвиговые регистры 41 и 42 ячеек п-столбца следующих разрядов управляющего слова:

aij1, bij1, aij2, bij2, aij3aij11, bij11.

Функциональные возможности ячейки как коммутационного элемента позволяют

выполнять операции преобразования данных. Особенность выполнения этих операций заключается в том, что в результате преобразований значения элементов обрабатываемых операндов не изменяются. Изменяется только структурная (позиционная) организация элементов операнда.

Таким образом, при выполнении операций данного типа в соответствии с функциональными возможностями ячейки на

настроечные входы УЛЭ 33-36 ячеек требуется подать сигналы qi Q2 Q3 0. В результате этого на выходах Fi-F4 УЛЭ 33-36 всех ячеек структуры будут формироваться сигналы:

Fi Xi; F2 Х2; Рз Хз;

F4 Х4.

Таким образом, в зависимости от сигналов «1, «2 i поступающих с соответствующих выходов сдвигового регистра 42 через элементы И 25-32 на настроечные входы

мультиплексоров 37-40, в ячейке будут реализовываться различные операции коммутации данных с выходов УЛЭ 33-36 на выходы 5-8 ячейки.

Возможные варианты коммутации данных с информационных входов 1-4 на выходы 5-8 ячейки при условии идентичности сигналов управления, поступающих на настроечные входы мультиплексоров 37-40, приведены на фиг. 3. Среди операций коммутации данных можно выделить три класса операций: бинарное слияние, разбиение и групповая перестановка. Эти операции выполняются в однородной структуре следующим образом.

Бинарное слияние.

Задача, решаемая устройством в данном случае, заключается в формировании на группе выходов однородной структуры двоичного р-разрядного вектора D, элементами которого являются элементы векторов

А XL X2Xk и В Yi, Y2Ys, причем

р 2 max (k, s), а структура D имеет вид

D Xi, Yi,X2, Y2Xk, Ys,

при k s.

D Xi, Yi, X2, Y2XiYs, Xi+1, 0Xk,

0,

при k s,

D XL Yi, Xa, Y2Xk, YJ, 0, Yi+i0,

Ys.

при k s.

После формирования коммутационной схемы для выполнения операций достаточно на соответствующие входы групп однородной структуры подать соответствующие значения первого вектора (А) и второго вектора (В).

Пример организации в однородной структуре коммутационной схемы при А Xi , Ха Хз Х4 и В Yi Ya Y3 УА при выполнении операции бинарного слияния приведен на фиг. 4.

Разбиение.

Задача, решаемая устройством при выполнении операций этого типа, заключается в формировании на ортогональных группах выходов однородной структуры двоичных

векторов ,)2Xk и B Yi, YaYs,

элементами которых являются элементы вектора D.

Операция разбиения выполняется аналогично предыдущей.

Групповая перестановка.

Задача, решаемая устройством при выполнении операции этого типа, заключается в формировании на выходах однородной структуры двоичного вектора D, элементами которого являются элементы вектора D , причем позиционное расположение элементов в оЪтлично от их позиционного расположения в D. Данные операции выполняются аналогично предыдущим: для реализации требуется задать в однородной структуре соответствующую схему коммутации информационных каналов.

Среди операций групповой перестановки широкое применение имеют операции сдвига. Пример реализации таких операций в однородной структуре приведен на фиг, 5, где графически показана коммутационная схема информационных каналов, формируемая соответствующей настройкой ячеек однородной структуры, В результате при поступлении на входы структуры вектора А Хч Ха Хз Х4 Xs Хб на выходах будет сформирован вектор А Х2 Хз Х4 Xs Хе XL который является результатом циклического сдвига на один разряд вектора А,

Функциональные возможности ячеек

позволяют реализовать в однородной структуре составные операции преобразования структур данных, т.е. выполнять операции бинарного слияния, разбиения и групповой перестановки в комплексе.

Функциональные возможности ячейки

как логического элемента обеспечивают реализацию операций логического умножения, сложения и инверсии над данными, поступающими на ее информационные входы 1-4.

Логическое сложение, умножение и инверсия двоичных векторов.

Задача, решаемая в устройстве, заключается в формировании на выходах однородной структуры двоичного вектора D, который является результатом логического сложения (умножения, инверсии) векторов А и В, поступающих в структуру.

Для выполнения данных операций достаточно выполнить настройку диагональных ячеек однородной структуры на выполнение соответствующей логической операции и задать требуемую коммутацию информационных каналов в однородной

структуре.

В структуре возможно одновременное выполнение двух различных логических операций.

Используя ресурсы структуры для выполнения коммутационных операций одновременно с логической обработкой, возможны и операции бинарного слияния, разбиения и групповой перестановки. Последнее позволяет формировать на выходах

структуры вектор-результат с желаемой структурной организацией.

Вычисление булевых функций от К-пе- ременных.

Задача, решаемая в устройстве, заключается в формировании на одном из выходов структуры значения булевой функции, переменные которой поступают на информационные входы структуры.

Для выполнения в однородной структуре данной операции требуется предварительно сформировать алгоритм вычисления функции путем задания соответствующих логических и коммутационных функций ячеек. На инфромацмонные входы структуры

подают значения переменных.

Пример построения в однородной структуре схемы вычисления функции

Q (Xi vX2)fc(XiX4 v зХ5) Y6 приведен на фиг. 6.

Формула изобретения

Многофункциональная ячейка однородной структуры, содержащая первый и второй мультиплексоры, первый и второй элементы И, причем выход первого мультиплексора соединен с выходом ячейки, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения логических операций И, ИЛИ, НЕ над входными переменными, а также коммутации входных переменных или результатов их логического преобразования на любой из выходов ячейки, она содержит третий и четвертый мультиплексоры, с третьего по двадцатый элементы И, четыре управляемых логических элемента и два сдвиговых регистра, причем первые информационные входы 1-го управляемого логиче- ского элемента соединены с i-м информационным входом ячейки, информационные входы сдвиговых регистров соединены с первым информационным входом ячейки и i-м входом 1-го управляемого логического элемента (1 1, 4), первый и второй настроечные входы ячейки соединены с входом разрешения записи соответственно первого и второго сдвиговых регистров, вход разрешения сдвига которых соединен с третьим настроечным входом ячейки, чет-

вертый настроечный вход которой соединен с первым входом k-ro элемента И (k 1, 20), второй вход т-го элемента И соединен с т-м выходом (т 1, 12) первого сдвигового регистра, t-й настроечный вход (t 1,3) i-ro управляемого логического элемента соединен с (3i-{3-t) )-м элементом И, 1-й информационный вход ячейки соединен с i-м входом первого управляемого логического элемента, второй информационный вход ячейки соединен с вторыми информационными входами третьего и четвертого управляемых логических элементов, третий мнформаци- онный вход последнего из которых соединен с третьим информационным входом второго управляемого логического элемента и третьим информационным входом ячейки, четвертый информационный вход которой соединен с четвертым информационным входом второго и третьего управляемых логических элементов, выход i-ro управляемого логического элемента соединен с 1-ми информацион.мыми входами мультиплексоров с первого по чет вертый, выход (t+1)-ro из которых соединен с (t+1)-M выходм ячейки, s-й вход второго сдвигового регистра соединен с вторыми входами (s+12)-ro элемента И (s 1, 8), (М)-й настроечный вход 1-го мультиплексора соединен с выходом 12 + (2i -(2 -1 - 1))-го элемента И,

Таблица 1

Изобретение относится к автоматике и цифровой вычислительной технике и может быть использовано при построении решающих полей для ассоциативных параллельных процессоров обработки данных. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ячейки однородной среды за счет выполнения логических операций И, ИЛИ, НЕ над входными переменными, а также коммутации входных переменных или результатов их логического преобразования на любой из выходов ячейки. Ячейка содержит четыре информационных входа 1 - 4, четыре выхода 5 - 8, четыре настроечных входа 9 - 12, двадцать элементов И 13 - 32, четыре управляемых логических элемента 33 - 36, четыре мультиплексора 37 - 40 и два сдвиговых регистра 41 и 42. В однородной структуре обеспечивается выполнение операций разбиения, групповой перестановки, сдвига, слияния, одновременного разбиения и перестановки, выполняются логические операции, вычисление булевых функций и коммутация данных. 6 ил., 2 табл.

Таблица 2

(if

30 (Jfl)

20fa)

fo- (xt)

Фиг.2 «V fa) №J

хг

Фиг.З

з% 4

Иг У,

«

a

609G991

€