ЭЛЕМЕНТ МНОГОЗНАЧНОЙ ПОРОГОВОЙ ЛОГИКИ Советский патент 1972 года по МПК H03K19/23 

Изобретение относится к: области вычислительной техники и может быть исиользоваио при построении вычислительных машин, использу1он1их иредставленне перерабатываемой информации педвоичнымн кодами (троичными, десятичнымн и т. д.), а также в устройствах распози аваиия образов, три моделировании | ервиых сетей и т. д.

Создание миогозначиого порогового элемента актуал1 ио в связи с разработкой мно1Ч)значно1 | пороговой ло1И1 и. Проведеинье исследования иоказывают, что нримеиепие многозпачной HoporoBoii логики позволяет нолучпть дополнительиые иренмун1,ества но сравнению с извест1И 1ми для двухзиач1ЮЙ пороговой ло1ИКИ.

Целью изобретеиия является разработка элемеита, иозволяюн1,его реализовать миогозиачиые нороговые фулкции и обеспечивающего возможпость нолучепия этих преимуществ.

Устройство отличается от nopoiOBoio элемепта двухзначной логики тем, что содержит блок возведения в степень, множительный блок и блок вычиеления аргумента взвещенной суммы, причем вход блока вычисления аргумента взвешеипой суммы нодсоедипеи к выходу блока вычисления взвешенной су.ммы, а выход его - к выходной клемме элемента; первая группа входов блока присвоения веса подключена ко входным клеммам, вторая - к

выходам блока возведения в степень и третья - к выходам множительного блока, одии входы которого нодсоединены к выходам блока возведения к стене1И:., а другие - объединены со входами блока возведе1Н я в стенепь и подсоедипены к соответствуюпим входным клеммам элемеита.

Блок-схема предлагаемого многозначного порогового элемента приведена на фиг. 1, i де

прмияты слбдуюш:1е обозиачеиля: / - входной капал, но которому подаются сщналы-копстаиты, представляюиию значения букв структурного алфавнта элемеета f, в ,..., к ; 2 - входной каиал, по которому поступают

сигналы, иредставляюпще входные переменные; - блок возведемия в степеиь; 4 - множительный блок; 5 - блок присвоен-ия веса; 6 - блок вычисления взвешепиой суммы; 7 - блок вычисления 3 1ачепия аргу.мента взве1-неп110й суммы; 8 - выходной каиал элеме1гга.

Входии е каналы }, 2 и выходной капал 8

содержит (, п и / шину соответствеи«о.

Блок 3 возведения в степень предназначен

для возведения в t-тую (t 2,3..., (к-1) стеnein значений входных переменпых. Блок содержит (фиг. 2) входпой каиал 9, состоящий из п шин (по числу злачепий перемеиных) и (к-2) выходных каналов 10, 11, ...,/., каждый из которых также состоит из п шии. В состав дын ИЗ которых прясваи-пает значениям .вход1НЫХ переменных некоторое фиксировашюе значен.ие степеш. Например, узел // воззо-дит в квадрат, узе.т 14 - li куб, наконец, узел 15 - ,в степень (к-1). Вход1) всех таких устройств соединены со входным каналом блока. Выход каждого нз уст) соединен с одним из выходных каналов блока. Мпожительнын блок 4 предназначен дли вычисления произведений входных сигналов возведенных в /-TVio степень (,2, . .. , (/с--1) и (ВЗЯТЫХ по 5 (5 2, 3, ..., (к-/), иоскольку прн построении миогознач иой пороговой функцни используются произведения как первых, так II г-тых (1 2, 3 (к-1) степенен неременных. Поэто.му множительный блок содержит (ф1и 3) (к-1) узел 16, 17, ..., 18. каждый из которь1 вычисляет ироизведен,иелеремеиных,предварительно возведе1И1ых в еоответстнующую степень. Число входных каналов блока J9, 20, ..., 21 равно чшслу узлов, входящих в его состав, т. е. (к-1), пpичe r каждый из каиалов содержит п шнн. Число выходных каиалов блока 22, 23, 24 также равно числу входящих в его состав узлов. Члсло щин в каждом из выходных ка1налов узла, а Следовательно, и Множительното блока равно С„ +С„ + -Ь С,/ Блок 5 присвоения веса (фиг. 4) предназначен для присвоения веса входны.м сигиала м, представляюнщ.м константы либо произведения неременных, возведенных в степень г -- 1,2, ..., (/Ч--1) (как это следует 113 определения ма1огознач:ной пороговой функщт, в частном случае проп зведено я могут состоять всего из одного сомноЖИтеля). О-аера-цня нрн-своения веса В1)1по.тняется Над -каждым (ВХОДНЫМ сигналам с помоЩыо отдельного узла. Поэтому например, блок присвоения веса Л сигналам но входам 25, 26, ..., 27, ..., 28 «содержнт Л узлов нрисвоення веса. При разработке математического аппарата многозначной Нороговон ЛОРНКН было Показано, что в самом общем случае веса принадлежат полю вещественных чнсе.т и быть представлены в следующем виде: j t-+S, где , 2, ..., к-1, а /, S - иелые но.южительные или отринательиые мисла. С учетом наиболее общего весов собственно онераиию Ирисвоения веса будем рассматривать состоящей из сле-дующих двух видов опраипй: -операии при.своеиия всса, соответствующего мнимой части общей вес-овой характернстики, связанной с измененнсМ каК модуля (|иа величнну /), и арГумента (на велн чину е ) взвещпваемого сигиала; -операиин прнсвоеиия вееа 5, cooTiieTCTвующего действительной части весовой характернстнкн, связаииой только с изменение.м модуля взвещпваемого сигнала. В соответствип с такапм составом операнни присвоения веса узел присвоения веса некоторому сигналу 2; (напрн;мер, узел 29 на (. 4) содержит схему 30 присвоеиия сигналу .г ,- веса /, е/ и схему 31 присвоения этому Сигналу веса si. Узел содержит один входной и два выходн1 гх канала. 32-35 B.O;U(., блока 36-39 - его . Блок 6 вт 1Ч1исле1гия :взвещенпоп .суммы м ь ,..- /«1 Ь in .,. . И р ед П а зн а ч ei i дл я ris ы ч и ел ен и я весов r.ix коз ф (| ицнентов При соответствующих буквах структурного алфавнта, значения которых приин.мают переменные. Другнмн словами, па блоке иокомноиептного вычисления указанной взвещенной сум.мы выполняется операция -прнведения подобных членов, еодержащйх е, е/,..., е В соответствнн с таким иазначеи1гем блок содержит (к-1) сум.мнрующий узел 40 (по числу букв структурного алфавита элеме1гга). Ма входы каждого суммнрующего узла 40 поступают сигналь с соответствующпх выходов блока нр 1свое11ия веса. Папример, на суммируюnuni узел с номером / нодаютея сигналы со всех выходных ш,ии, 41, 42, 43, ..., 44, отмечепиых буквой н т. д. Схема, нояоняющая структуру блока 6, прнведена на (|)иг. 5. Выходы блока обозиачеиы 45, 46, 47, 48. Блок 7 вычисле1рня значений аргумента взвентенной суммы предназначен для вычислеиия тех значений арглмента взвещеииой суммы, KOTOpi.ie удовлетворяют онределению многозначной пороговой функнин, т. е., другими словами, значеп:ий аргумента, принадлежащих множеству к, у/, ..., « букв структурного ал(1)авита элемента. Элемент работает слодующилс образом. Сигнал ы-константы, представляющне значения букв структурного алфавнта элемента е, к, к , по в.ходно.му каналу / элеме1гга подаются непосредственно на блок 5 присвоения веса. Сигналы, представляющне переменные л1, .V2, ...., л-„и постунаюпи1е ио входному каиалу 2, также подаются n-ia вход этого , но, кро.ме того, поступают еще иа входы миожительпого блока 4 н блока . возведеиия в степень. Па множительном блоке вычисляются пронвзедення первых степеней вхо.дньсх переменных, взятых по 2, но 3, ..., наконец, по (к-1), на блоке возведения в степень вычисляются 2, 3, ..., (/Y-1) степени значений перемеиньгх. Сигналы с блока , возведеиия в стенеиь поступают на блок 5 присвоеиия веса и на множительный блок 4. Па множительном; блоке снова вычисляются нроизведемгня входных переменн1 1Х, взятых по 2, 3, ..., (к-1) щтук, днако, здесь уже в произведения входят пееменные во 2-й, в 3-й, наконец, в (к-1)-й стеени. Таким образом, в результате на блок 5 рисвоения веса поступают сигналы, нрсдставяюн1ие коистанты е, к , ..., R , входные пеемен1ные в степени с первой по (к-1)-ю ключительно, а также Произведения этпх пееменных в соответствующей степени, взятые о 2, по 3,..., и наконец, по (к-1). Каждому сиг )га;гу .на этом блоке лриспаивасгся 3a,paiice задаваемый вес. «B:iBeiiicniibio оиглалы поступают iia блок ш ишсления еуммы: + «, i в + -«;, Сигнал, представляющий сумму взвешель иых снтналов, поступает па блок 7 вычпслеиня значеиия аргумента вектора, представляющего эту сумму. С пч1ал на выходе S указаиного блока представляет значеипе аргумента многознач1ион пороговон (руикции ) является выход1ПЫМ сигналом элемента в целом, В качест К примера построения гlIOгoзиaчного порогового элеме1гга рассмотрим трехзшичлып пороговой элемент, реализуюп1ий следующую трехзначную пороговую функцию: / (, X

Веса в 1рассМ:атр1И15аемом примере приннзначения: а -,--;

следующие НU -

S-1 1

j ; «10 ; «20 тг ; оо| - - ;

Юг 2

dm ) ; j ; Й22

, или,

в случс1е нормализованного представления

(|1у;гк:цнн:

«1 -3; «2 -24; «ю 4 «20

Й01 4 к -1;«02 к-1; и 1-4

«22 + 2.

Схема, поясняющая структуру трехзначного порогового элемента, реализующего указан.ную трехзначную пороговую функцию, приведена на фиг. 6. В этом элементе блок 3 возведения в степень соетоит нз одного узла 13 возведения во вторую степень значений пере1менных. Множительиый блок 4 содержит два однотипных узла 49 вычисления произ:ведения nepiBbix (первый узел) и вторых (второй узел) степеней входных произведений переменных.

В блоке 5 присвоения веса использованы восемь устройств 29 присвоения веса. Блок 6 вЫЧислеиНя взвешенной суммы содержит три однотипных узла 40 приведения подобных члеIHOB при е , е и е соответственно.

Методы технической реализац-ши предлагаемого многозн:ач:иого порогового элемента определяются, прежде всего, способом представления перерабатываемой информации. Для пллюстраци:И возможаюстей технической реализации этого элемента рассмотрим один из возможных BapnairroB ее, а именнс тот. когбукв,а F -последовательностью-7,

нако;нец, буква к - последовательностью с ноЛ) ер ом (к-1) К

Рассмотрим методы и особениостп технической реализации каждого из блоков, входящих в схему эледгеита, нриведенпую на 1, при (|)азо-нмпульс 1ом представлении информации.

Блок 3 о 3 в е д е н и я в степень. Как

5 уже отмечалось, блок возведення в степей) соCTOiiT из ряда одпотнпных узло;5, каждьп л которых СЛУЖИТ для возведення в степе 1ь одной nepeMCHiioii. Поэтому особеш.остн технической реал:изацип блока покаже.г на примере Построения одного узла, входяи1его в его состав.

Исследования показыр.ают. что при фазонмпульсном представлении исходно 1 формаиии Цел15и ряд операций ;, в , операцн О возведе1 ня 31 ачен1 я некоторой нероме П 0 1 в степе1 ь удобно в,полиять, если 1спользовать промежуточиое представ. сине перерабат)ваемой ниформации нространстве НО- 1.,М11, КОДаЛ И. ПоэТОЛ у ОСОбС

.построе}|ня узла возведения в стспе и расемотрн.м пр1 меиитель о к простра стве иоимнульсному представлепи О пepe reипь x.

ПреобразовГПие фазо-импульсиых сиг аЛ0 4 li r pocтpaJ Cтвeниo-импyл JC Je может быть в полнеио, например, с по.мощыо схемы 50, представлениой па фнг. 7 и содержащей канал 5/, 52, к со шаде 1ня «11 ц к в)1ход|1 ых каналов 53, 54, 55, ..., 56,..., 57. Входной канал 51 преобразователя 50, а котор 1Й подается , представля ощий значения иеремеи ой, соедннеи с одиим из входов всех к элеме1 тов совпаде1 ия «И. На другие входы этих элементов пода отся (Ьазо-импульс Ь е сигналы, представда нсрераоатывас.мая ниформадия представляется фазо-1имиульен1)1мн кодами. Как уже отмечалось, в качестве значения буквы структурного алфавита при фазо-нмпульсном прсдставленил информации принимают сдвиг во Времени {«по фазе) некоторой поеледов1ателыюети импульсов, нспользуемой для представления значения этой буквы, относительно иекоторой другой последовательности, выбран1 ой в качестве onopnofi (с этой последовательност)1о обычпо совпадает последовательность, представляющая значение «О) . У„ па расстояние i -- , где I - расстояние между и.миульса.-ми опорной последовательности, ci также между импульсами кодиру О1цей последовательности; Л - число зпачен1и 1 букв структурного алфавита, определяющее его значность; I - нредставляелгое значение буквы. Будем считать в да;1ьнеЙ1нем, что буква vP введенного структурного алфавита представляется импульсной последовательностью с иогл т МСром , Г. е. совнадаютцеи с опорной, ляющие-каистаиты е°, е , - , « , причем .каждый такой ситагал поступает на отдельный элемент. Эти сигналы поступают по входпому каналу 52 преобраозвателя, состоянАсму из к тин. Выход каждого из элементов «N соединен с cooTiieTCTByiouiiHiM выходным каналом преобразователя. Совпадение двух сигналов с одинаковыми .номерами на входе некоторого элемента «И приводит к появлению иа его выходе. ВекторHLHH сигнал, появляющи 1ся на .выхо.дных каналах схемы и характернзуемы наличием :на каком-то одотсутствием ла но. вы.ч одном канале и его гфостра.чствениовсех остальных, и является илгпульсны.м представлением соответствующего фазо-и.мпульсного сгпнала. В частности, как это видно из фиг. 7, букве структурного алфавита е (точнее, фазо-импульсно.му -сигналу, ее представляющему) соответствует простра пственно-.имиульсныи сигнал-v с единлцеы на ка.иале 53, букве е - сигнал 010...О € единицей па каиалах 54, 55, 56, 57. В том случае, когда перемен-ная представлена нростраиствеи1ио-импульсны-м кодом, операции 1юзведен«я ее в степепь соответствует .некоторое пересоедниеиие входных и вы.кодпых каиало.в в узле, выпол:няющем эту операцию. В ачестве примера на фиг. 8 пр11веде 1а схе.ма узла 13 возвышения значеннй некоторой переменной ,г/ во вторую степень. Узел содержит к входиых и к выходных каналов. Пересоедннеиие в.ходных и выходных каналов, обеспечивающее реализацию указанной операции, выполняется следуюнщм образо.м. Перенумеруем входные каналь так, чтобы па в.ходной канал с.номером5 (8 0, 1,2,..., (к-1) поступал сигнал тогда, когда на вход устройства подается пространстве и но-:Ц|Мпульсиое представление зиа чвн1ия к переменной х, . Аналогично перену.меруем н выходнгле каналы. Тогда возвьапенню значений пере.мепных во вторую степень соответствует соединение с выходным каналом t (/ 0, 1, 2 ..., (/с-1) через С.чему разделения «ИЛИ всех тех каналов, для но.меров которых выполняется (2s /) mod Л. Б обще.м случае при возвынгенн н переменпой в степень q пересоедипение входных каналов с выходны.ми осуществляется с таки.м условием, чтобы выходной канал с номером / был соединен только с тем1И входными каналам.и, для иомеро-в котор1 гх ( q) mod /с t, выходиой каиал с иомеро.м р - -только с теми входными канала1ми, для номеров которых (/ q) mod к р и т. д. М н о ж и т е л ь н и блок 4. При иростр а н ст вен.н о- и мп у л ь сном п р ед ста в л ен и и си г иалов построение .миожительиого блока может быть выпол1иегю, иапример, иа осиове матричпых схем, способы реализации которых известпы. пульсное пред ста вл:ение сИ|Лиалов. В этом случае узел присвоеиия веса может быть реализован на основе узла, фуикциоиальиая схема которого приведепа па фиг. 9. Узел состоит из -схем 30, а и 30, б, выполняющих операци-но ири-своепия веса, соответствующего мнимой части весовой характеристики, и изменяющих аргуме1гг (схема 30, а) и модуль (30, б) перемениой, а также схемы 31 нрис1 оения пере„меииой значеиия действительной части веса. Схема .Jf-, а содержит (к+1) входной канал 58-62, 63-66 и 67-69, л2 схем совпадения «П, к схем разделения «ПЛП и к выходИ1 1х каналов 70-74. Входные каналы схемы 58, 62 соединеиы со в.хода.ми элемоитов «И, иричем каждый входной канал соедииен со входа.ми к эле,мситов «И. На другие входы этих к элементов «И (а также другие входь к элементов, входян1их в каждую из оставщихся (к-I) групп элементов «И) ноступают сигналы, представляющие константы (;, s, -, , причем каждая шина входного канала 63 еоедииеиа с одним элементом. В схеме 30, а каждому сиглалу-коистаито npiHCBoeiio значение .мии.мон части веса, излге.ияющей аргумент. Появление в с.хеме 30, а сигнала на выходе некоторо го эле.геита «И, на который постунает сипнал кода в ;и сигн,ал константы к , рассматр:нвается как присвоение значению переменной соответствуюп его значения .миимого веса. При этом сигналу на выходе указанного элемента «И прнсваивается значение произведения к -к по mod л- (т. е. к к ,,,,dA- ) На вход каж.дого из элелгентов «ПЛП подаются сигналы, прсдставляюЩИе .пере.мениые с одинаковь м модулем. Ситналы с выходов схем «ПЛИ поступают на соответствую ц.че вы.ходнгяс каН:аль схемы 30, а. С выходных каналов 70-74 этой схемы снгнал) поступают на в.ходы схемы 30, 6. Схема 30, б содержит /с + 3 входных каиала 70-7, 64, 65, 66; 18-л:, схем «П и 18-/с выходных каналов 75-88. Так же, как и в предыдущей, входные капалы в этой схеме, на .которыепоступаютсигналы с выходов схемы ,76, а, соедннены со входами элемеитов совпадения «И. Однако в схеме 30, б каждый входиой канал -соедииец со входами не к, а всего 9 элемснто) «II. Соответственно на другие входы этих 9 элемеитов «И (а также другие входы 9 элемеитов, входящих в каждую из оставп1ихся (к-1) груиц эле.ментов «П) по 9 шннам канала 64 поступают управляющие оигиалы 1, 2, ...9, открываюиАие схемы «П, причем каждая ипгна этого канала соединеиа с одним элементом. В схеме 30, б каждому управляющему сигналу ирисвоено значение мнимой части веса, оиределяющее изменение модуля входной переменной, и отпирание некоторого элемента «И, иа которь|й поступает сигпал кода буквы е., управляющим сигиалом, папример, :модулю соответствующего значения /. Поскольку мнимая часть веса в общем случае может быть как ноложительной, так и отрицательной, то с целью присвоения соответствуюн;его знака сигнал с выхода каледого из элементов «И, унравляемых сигналами с выходов схемы 30, а н снгналами-константамн 1, 2, ..., 9, ноступает на входы двух элементов «И. Прохожде1Н1е снгнала через один элемент «И соответствует тому случаю, когда / О, ирохожденне снгнала через другой элемент-случаю, :когда . Управление про,хождением сигналов через указа1И1ые элементы «И осуществляется с помонуло сигналов, ностунаюн нх но соответствуюни-1м входным каналам 65, 66. Выходы схемы 30 б обозна чены 75-88. Реализация схемы Л/, выиолняющей онерацню ирисвоения неременной значения действителыной части веса, аналогична -схеме 30, б. -Выходы Схемы 31 обозначены 89-102. Заметнм, что в том случае, когда /, s - многоразрядные числа, в устройстве нрисвое1И-1Я веса будет соответствующее число схем 30, б и 31. Однако, для структурной организации рассматриваемого устройства число этих схем ириициииального значения не имеет и ПО одной схеме 30, б и 31 в устройстве на фиг. 7 нриведе 10 только с той целью, чтобы не загромождать чертеж. Блок 6 вычнслеиня взвещенной (.суммы. Узлы 40, выиолняющ.ие суммировалие весовых коэффициентов, могут быть реализоваиы, например, на основе матричных устройств сложення, нснользующих HpocTpaiiCTвенно-нмнульсиое нредставление слагаемых. Принцин ностроения матричных устройств такого тина известен. Бло.к 7 пычислеиля значения а р г у м е н т а в з в с HJ е и и о и с у м м bt. При поко.мпоиоитном вычислении взвешенной суммы отбор только тех комионеит, которые соответствуют значениям аргумента суммы нринадлежащем f, Е , -, , и таким образом, уд,овлетворяющн:м оиределен ио м ногозначиой пороговой функции, может быть выполпет с номощью дешифратора. но. строения дешифраторов, н; частности, нри / страиствеггно-лмпульсиом представлении иер-еменных, известен. Преобразование пространствеино-лмиульсного нредставления значен 1й аргумента взвеHjeiiJiok суммы в фазо-имнульсное может быть выполнено, лаиример, ца основе схемы 103 (фиг. 10), содержащей (к+) входной канал (:В случае /с-значного структурного алфавита), к запоминающих элементов «П, схему раэделення элементов «ИЛП и выходной канал 110. Каждый .входной калал сое:ДИ(неи с обмоткой заинси одного элемента «П. На считывания этих элементов констант на элемент, на обмотку залиси которого иодается е°, подается сигнал ван|ия, на элемент, на котором записало к, иодаетея считываюн;ий ситлал g и т. д. Сигиалы с выходов всех заноминающлх элементов поступают ла в.ходы схемы «НЛП, выход которой соедт1нен с вы.ходным каналом 110 блока. Этот канал соедниеи с выходным каиалом 8 многозначного порогового элемента. П р е д м е т изобретения Эле.мент мно.гозиачной HoporoBoii логики, содержащий последовательно соединеииые блок присвоения .веса л блок вычисленля -взвешенной суммы, отличающийся тем, что, с целью раснмгреиия функциональных возможностей, он дололнлтельно содержит блок возведения в стелень, множительн, блок и блок вычисления аргумента взвегнеиной сум.мы, причем в.ход блока вычислення аргу,мента взвен1е11ной сум.мы нодсоедннен к выходу блока вычислеиия взвешенной суммы, а выход его -- к ВЫХО.ДУ элемента; иервая грунна .в.чодов блока нрисвоения веса подключена ко в.ходам, вторая - к выхода м блока возведения в степень и третья - к вькходам МЕюжлтельного блока, одни входы которого подсоединены к ыходам блока возведеи-ия в степень, а друне объединены со входами блока возведе;ия в стеиень и иодсоедииеиы к соответствуюлм входам эле.меита. (,,)

13

Фиг J

Фиг. 5

,Xffl)

В78Риг /

Фиг 3

иг Ю

W3

ч/оазв-имп.

110