Устройство для сбора и кодирования информации с годоскопических детекторов и многопроволочных пропорциональных камер Советский патент 1993 года по МПК G01T5/12 

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, а именно , к системам сбора данных в исследованиях по ядерной физике и физике элементарных частиц, может быть использовано для быстрого сбора и кодирования информации с многопроволочных пропорциональных камер и годоско- пических детекторов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства с двухзвенной схемой блока кодирования; на фиг.2 - функциональная схема кодирующего элемента первого типа;

на фиг.З - функциональная схема кодирующего элемента второго типа.

Устройство (фиг.1) состоит из N параллельных усилителей - формирователей 1. входы 2 которых являются входами устройства, а выходы усилителей - формирователей 1 соединены со входами 3 входного регистра 4, ко входу синхронизации записи 5 которого подключена шина Пуск. Выходы входного регистра 4 разбиты на N/n параллельных секций, по (п+1) разрядов в каждой, следующим образом:

1 секция - разряды от нулевого до п-ого.

00

GJ СП СЛ hO О

2секция - разряды от n-ого до 2п-ого.

3секция - разряды от 2п-ого до Зп-ого, 1-вая секция - разряды от (1-1) n-ого до

In-oro.

Каждый ln-ый разряд входного регистра 4 входит в качестве младшего в (1+1)-ую секцию и в качестве старшего в l-ую. Выходы входного регистра А подключены по секциям ко входам кодирующих элементов первого типа (КЭПТ) 6 блока кодирования. причем (п+к)-ый выход входного регистра А подключен к k-ому разряду входа -ого КЭПТ 6. Первые выходы 7 КЭПТ б подключены к первым входам 8 кодирующих элементов второго типа (КЭВТ) 9, а вторые выходы 1Q КЭПТ 6 подключены ко вторым входам 11 КЭВТ 9. Третьи выходы 12 КЗПТ 6 подключены к третьим входам 13 КЭВТ 9, а четвертые выходы 14 КЭПТ 6 подключены к четвертым входам 15 КЭВТ 9. К пятому вхо- ду 16 КЭПТ б ln+k-ой секции подключен к- овый разряд пятого выхода 17 -ого КЭВТ 9. а k-ый разряд пятого выхода 1.7 1-ого КЭПТ 6 подключен к R-входу In+k-oro разрядного входного регистра 4.

Первый выход 7 КЭВТ 9, стоящего в j-вом звене (,3...lognN) на n+k-ом месте подключен к k-ому разряду первого входа 8 КЭВТ 9, стоящего в j+1-ом звене на 1-ом месте, а первый выход 7 КЭВЗ 9, lognN-oro звена является шиной конец обработки.

Второй выход 10 КЭВТ 9, стоящего в J-овом звене на ln+k-ом месте, подключен к k-ому разряду второго входа 11 КЭВТ 9, стоящего в 0+1)ом звене на i-ом месте.

Третьим - (0 1од2п)-разрядные выходы 12 КЭВТ 9, стоящего в J-ом звене на ln+k-рм месте подключены к разрядам k-oro канала третьего входа1 состоящего из j каналов по 0 1од2п) разрядов в каждом канале КЭВТ 9, стоящего в j+1-ом звене на i-ом месте. Четвертые 0 1од2п)-разрядные выходы 14 КЭВТ 9, стоящего в j-ом звене на ln+k-ом месте,подключены к разрядам k-o ro канала четвертого входа 15,состоящего из п кана- лов по 0 1од2п)-разрядов в каждом канале КЭВТ 9, стоящего в j+1-ом звене на 1-ом месте, подключен к пятому входу 16 КЭВЗ 9, стоящего в J-рм звене на In+k-ом месте, а к пятому входу 16 КЭВЗ 9 iognN-oro звена подключена шина Принял 18, которая также подключена к R-входу 18 триггера 19 Готов. log2N разрядные третьи выходы 12 КЭВТ 9 lognN-oro звена подключены ко входам первого слагаемого 20 первого log2N- разрядного, сумматора 21 и к инверсным входам 22 вычитаемого второго сумматора 23. 1од2М-разрядные четвертые выходы 14 КЭВТ 9 IognN-oro звена подключены ко входам второго слагаемого 24 первого сумматора 21 и ко входам 25 уменьшаемого второго сумматора-вычитателя 23. Выходы сумматоров 21 и 23 подключены ко входам выходного регистра 26, выход которого является 2 од2М-разрядным выходом устройства, а ко входу синхронизации записи 27 выходного регистра 26 подключена шина синхроимпульсов 28, которая также подключена к S-входу 29 триггера 19.

Каждый КЭПТ 6 (фиг.2) состоит из п-раз- рядной схемы кодирования с приоритетом (СКП) 30 и n+1-разрядной схемы кодирования конца кластера (СККК) 31, входы которых объединены поразрядно от первого до n-ого (а n+1-ый разряд поступает только на СККК 31) и являются входами 8 КЭПТ 6. Старшие разряды выходов СКП 30 и СККК31 являются первыми 7 и вторыми 10 одноразрядными выходами КЭПТ 6, остальные разряды выходов СКП 30 являются третьими 12, а выходы 32 CKRK 31 - четвертыми выходами 14 КЭПТ 6 и подключены внутри КЭПТ 6 ко входам Iog2n - входовой схемы декодирования приоритета (СДП) 33, выходы которых являются пятыми выходами 17 КЭПЗ 6, а пятый вход 16 КЭПЗ 6 подключен к стро- бирующему входу 34 СДП 33.

Каждый КЭВТ 9 (фиг.З) состоит из первой 35 и второй 36.схем кодирования с приоритетом (СКП). идентичных СКП 30. Входы СКП 35 и 36 являются первыми 8 и вторыми 11 входами КЭВТ 9, соответственно, а выходы 37 СКП 35 и 38 СКП 36 являются старшими Iog2n разрядами третьих 12 и четвертых 14 выходов КЭВТ 9, соответственно, и подключены также внутри КЭВТ 9 к адресным входам первого 39 и второго 40 п-канальных (|1од2п)-разрядных мультиплексоров, выходы каналов которых являются соответственно третьими 13 и четвертыми 15 входами КЭВТ 9, а выходы мультиплексоров 39 и 40 являются младшими Q-1)log2n разрядами соответственно третьих 12 и четвертых 14 выходов КЭВТ 9. Выходы 38 второй СКП 36 подключены также ко входам схемы декйди- рования с приоритетом (СДП) 41, идентичной СДП 33. выходы СДП 41 являются пятыми выходами 17 КЭВТ 9. а стробирую- ищй вход 42 СДП 41 является пятым входом 16 КЭВЗ 9..

СКП 30, 35 и 36, СКК 31, и СДП 33 и 41 представляют из себя логические элементы, реализующие приведенные ниже (в качестве примера для ) таблицы истинности и могут быть выполнены в виде комбинационных схем или постоянных запоминающих устройств. Состояния входов и выходов, не указанные в таблицах, не имеют значения для работы устройства.

Таблица 1

Таблица истинности СКП 30. 35 и 36 для

Продолжение табл. 3

Область использования: системы сбора данных в Исследованиях по ядерной физике элементарных частиц. Сущность изобретения: в устройстве для сбора и кодирования информации с многопроволочтных пропорциональных камер и годоскопиче- ских детекторов, содержащем усилители- формирбвэтели, выходной регистр, блок кодирования и входной регистр, подключенный входами к соответствующим выходам N автономных усилителей - формирователей и выходами - к соответствующим входам блока кодирования, введены два сумматора, подключенных входами к соответствующим выходам блока кодирования и выходами к соответствующим входам выходного регистра, а блок кодирования выполнен многозвенным с количеством кодирующих элементов, уменьшающимся от входа к выходу в геометрической прогрессии в п раз. 3 ил..

Таблица 2 Таблица истинности СКК 31 для

Таблица 3 Таблица истинности СДП 33 и 41 для

Входы

V 0 1 2 1 000 1001

Выходы

01 234567 11111111 10000000

.Из табл.1 видно, что СКП 30, 35 и 36 кодируют номер разряда,в котором впервые, если считать от младшего входного разряда, появилась единица после серии нулей (комбинация 01).

Если определить термином кластер группу рядом стоящих единиц, или одну единицу с нулями по бокам, то СКП 30 и 35 на выходе 12 КЭПТ 6 и 37 КЭВТ 7 говорит о том, что начало кластера в поступивших на

вход СКП 30 и 35 разрядах есть. При этом Г в нулевой позиции также считается началом кластера.

Из табл.2 видно, что СККК 31 кодирует номер разряда, в котором впервые, считая

от младшего разряда, появилась комбинация 10, т.е. СККК 31 на выходах 32 выдает адрес конца младшего кластера, Единичное состояние выхода 10 говорит о том, что конец кластера на входе СККК 31 имеется.

При этом состояние Все нули на входе СККК 31 не считается за конец кластера, а другие состояния, не имеющие в своем составе комбинацию 10 считаются состоянием, не имеющими конца кластера.

Из табл.3 видно, что СДП 33 и 41 код А

поданный на ее входы, при наличии строба

на входе V 34 и 42 декодирует в последовательность А единиц, начиная от нулевой

до А-1-ой позиции, сохраняя при этом нули

на позициях от до п-ой.

Устройство для сбора и кодирования информации с годоскопич еских детекторов и ногопроволочных пропорциональных камер работает следующим образом. Инициирует работу устройства сигнал Пуск, поступающий извне по шине 5 и записывающий во входной регистр 4 напряжение проволок пропорциональной камеры, поступающее по N входам 2, усиленное и

сформированное в уровни логических сигналов усилителями-формирователями 1.

Допустим, что исходное слово X содержит Q кластеров длиной Iq каждый с начальными адресами Aq и конечными адресами Bq. Другими словами, в исходном М-разрядном слове X на позициях Bq xAq+i стоят нули, а на позициях с номерами стоят единицы. Очевидно,что

.

...... ...А(, (1)

в п -ичной системе счисления,

Ач 2aqin,M Bq Zbqi n . (2)

где aqi, bqi-n значные (от О до нп-1) значения 1-овых разрядов чисел Aq и Bq соответ- ственно. Очевидно, поскольку

JJ О

Ai n 5, aqi n nci,

Л

В1 П 2 bqin

1-2.

:ndi,

то на выходе 12 того же КЭПТ 6 образуется двоичное число, представляющее из себя номер позиции, на которой начинается кластер, т.е. число аи.

Аналогично, согласно таблице 2, во всех КЭПТ 6 с номерами Kci и i(di+1) сигнал на выходе 10 равен О, а в КЭПТ 6 с номерами ci Kdi сигнал на выходе 10 ра- вен . На выходах 14 этих КЭПТ 6 образуются: для КЭПТ 6 с номерами Kci-нули, для КЭВТ 9 с номером код Ьц. Сигналы с выходов 7 собираются на выходе 8 КЭВТ 9 следующего звена и поскольку,

Ai п 2 aqi

причем выходы 7 всех КЭПТ 6 с номерами обнулены, то на выходах 12 КЭВТ 9 второго звена с номером С2 образуется код

Аналогично, сигналы с дыхода 10 КЭПТ 6 собираются на входы 11 КЭВТ 9 второго звена и, поскольку

I bqin 3 n2d2

то на выходе 14 КЭВТ 9 второго эвена с номером d2 образуется код Ьт2. Аналогично во всех последующих звеньях образуются коды аи и bii, поскольку мультиплексорами 39 и 40 во всех КЭВТ 9- управляют по адресному входу СКП 35 и 36

соответственно, то через мультиплексоры 39 и 40 в i-ом звене проходят коды

м , i 2 bijn1 1

20

25

30

35

40

45

50

55

соответственно (ведь адрес на входе мультиплексоров 39 и 40 - это номера ai и Ьц того из предыдущего, 1-1-го звена, в котором обнаружены, соответственно, начало и конец кластера).

Таким образом, на выходе 12 КЭВТ 9 последнего, р-ого звена образуется двоичный код числа Ai, а на выходе 14 этого КЭВТ 9 код BL На выходе сумматора 21 образуется р+1-разрядный код 2Ci:

2Ci Ai+Bi,(7)

а на выходе сумматора-вычитателя 23 р-раз- рядный код LI:

.i-Ait . ;

Поскольку младший разряд сумматора 21 к D-входам регистра 26 не подключен, то н его входы поступают р-разрядные коды С (центр младшего кластера) и.Li (ширина младшего кластера).

При появлении сигнала на шине синхронизации 28 эти коды записываются в выход- ной регистр 26, Тем же синхросигналом переключается триггер 19, единичное состояние которого говорит о готовности-информации в регистре 26 для считывания.

. После окончания считывания из выходного регистра 26 внешнее принимающее устройство (на фиг,1 не показано) выдает сигнал принято на шину 1.8. Этот сигнал поступает на пятый вход 16 КЭПТ 9 последнего, р-ого звена, и поскольку (см.фиг.2) на адресный вход СДП 41 подан код Ьр, то согласно таблице 3 единицы появляются на тех выходах 15 КЭВТ,9 последнего, р-ого звена, которые имеют номера 0,ir...bp-lV

. Они в свою очередь поступают на вход 16 КЭ ВТ 9 (р-1)-ого звена с теми же номерами и, аналогично описанному выше, вызывают единичные сигналы на всех выходах 17 КЭВТ9 (р-1)-ого звена с номерами OJ,...(bP- 1-1): для младших (Ьр-1) групп, в каждой по п КЭВТ 9.

Таким Образом, с выходов 17 КЭВТ 9 р-1-ого звена поступает nbip+bi(p-i) младших единиц.

Аналогично, на выхода (р-2)-ого звена образуется n2bi(p-i)+bi(p-2) младших единиц и т.д.

В итоге, на выходах 17 КЭПЫ 6 появляется Bi единиц в младших разрядах, которые поступают на Bi младших R-входов регистра 4 и сбрасывают эти разряды в О.

С этого момента младший кластер {Ai,Bi} уничтожен, превращен в О и устройство, принимает за младший кластер, следующий, с адресами начала и конца Аз и В2 и работа устройства возобновляется, как описано выше, начина с момента записи исходной информации в регистр 4. .

Работа устройства продолжается таким образом, что последовательно обрабатываются все кластеры до их исчерпания. После обработки и сброса последовательного кластера весь регистр 4 обнулен. Поэтому на выходах 7 КЭВТ 9 всех звеньев нули, в том числе и на выходе 7 КЭВД 9 последнего, р-ого звена, где нуль образуется в том и только в том случае (см.табл.1), когда обнулен весь регистр А..

Нуль на выходе 7 КЭВТ 9 р-ого звена и является сигналом конец обработки.

На обработку каждого кластера требуется время, линейно зависящее от количества звеньев:

То Р(2 ГКЭВТ+ ГСДП+ TSM+ tRG+T4T+ Гя), (8)

где ткэвт - время срабатывания одного КЭВТ 9 (СКП 35 и 36 параллельно и мультиплексоров 39 и 40 параллельно);

- время параллельного срабатывания сумматоров 21 и 23

TRG - время записи в выходной регистр 26;.

тчт - время чтения внешним принимающим устройством (каналом связи, запоминающим устройством и т.д.) информации из регистра 26;

TR - время сброса входного регистра 4,

Коэффициент 2 перед членом р гкэвт появился потому, что время р ткэвт требуется как для появления КЭВТ информации на выходах сумматоров 21 и 23, так и для. прохождения сигнала сброса на вход входного регистра 4; гсдп -время дешифрации сброса одним СДП 33.

Таким образом, на обработку всего исходного массива из входного регистра 4 тре- буется время t

lognN(2 ГКЭБТ+ тсдп)+0(тзм+ гяс+

+ T4T + TRG). (9)

В прототипе для обработки всего массива из входного регистра 4 требуется время tnP: Q

tnp SfrsM + тчт + 2 TRG) + (гскп + TR) tq,

где Гскп - врек-я срабатывания СКП 30, т.е.

9

Получим: tnp

02)

(гзм + тчт + 2 TUG) + (гскп + TR) Г ig

Крометого, система по прототипу имеет

32 разряда, при длине входного слова осуществляется последовательный опрос. Если принять 32 за п - базовую разрядность предлагаемого устройства, то tnp для

N разрядов придется увеличить в п раз:

tnp Q (rsw + тчт + 2 TRG) + - (гскп + TUG) 2

(Ю)

Приняв TSM TMT TRG тскгг тсдп (11)

+ - 2 lq .

t-4Qr+- I In

Очевидно, что , причем функция выигрыша f tnp/t будет расти при увеличении

количества Ig единиц в каждом кластере и

при увелииении количества N проволок,камеры.

Например, при моделировании методом Монте-карло распада /.i - для установки МЕТР, разработанной Институтом ядерных исследований РАН были пол- учены средние значения , (кластеров). Lg (проволок) ,т.о. из (12) при , 1924 е

В то время, как 13 т. Таким образом, среднее значение выиг- рыша для установки. Метр составит „

f JnEi - Т 924 t 13

148 раз.

Таким образом, данное устройство позволяет обрабатывать информацию об одном кандидате в искомое событие в среднем в 148 раз быстрее (для установки МЕТР), снизив мертвое время от 4 1924 г до

4 13г.

Использование изобретения обеспечивает повышение быстродействия за счет параллельного определения не только адреса начала, но и адреса конца младшего (имеющего минимальные адреса начала и конца) кластера, и последующего сброса младшего кластера для того, чтобы младшим стал сле- дующий кластер, а также за счет параллельного -вычисления координаты центра и

ширины кластеров.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство дли сбора и кодирования информации с годоскопических детекторов и

многопроволочных пропорциональных камер, содержащее N автономных усилителей- формирователей, входы которых являются входами устройства, выходной регистр, выход которого является выходом устройства, блок кодирования и входной регистр, подключенный входами к выходам N автономных усилителей-формирователей и выводами - к соответствующим входам блока кодирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем.

0

что, с целью повышения достоверности и быстродействия в него введены два сумматора, подключенных входами к соответствующим выходам блока кодирования и выходами - к соответствующим входам выходного регистра, а блок кодирования выполнен многозвенным с количеством кодирующих элементов, уменьшающимся в геометрической прогрессии в п раз.

фцг.1

Фиг.1

. 7: