ЭЛЕМЕНТ КРИОТРОННОИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ Советский патент 1973 года по МПК H03K19/195 

1

Предложение откосится к автоматике и вычислительной технике.

Известен элемент криотронной вычислительной среды, содержащий логические контуры со схемами связи и ячейками памяти.

Для повышения быстродействия в предлагаемом элементе т вертикальных контуров иересекаются и горизонтальными контурами, каждый из которых содержит две основные и две вспомогательные шины и две схемы связи с соответствуюш,ими контурами соседних элементов; на иересечениях контуров вспомогательные шины горизонтального и вертикального контуров соединены ветвью, содержащей в горизонтальном контуре вентили первого и второго криотронов и соответственно в вертикальном контуре вентили третьего и четвертого криотронов и параллельное соединение вентилей пятого и шестого и соответственно седьмого и восьмого криотронов; каждая первая основная шина горизонтального и вертикального контуров связана с вентилями девятого и десятого и соответственно одиннадцатого и двенадцатого криотронов и с параллельным соединением из трех ветвей, одна из которых содержит вентиль тринадцатого и соответстветню четырнадцатого криотрона и сетку одиннадцатого и соответственно девятого криотрона, другая - вентиль пятнадцатого и соответственно шестнадцатого

криотрона, а третья - вентиль семнадцатого и соответственно восемнадцатого криотрона и сетку третьего и соответственно первого криотроиа; вторая основная шина горизонтального и вертикального контура связана с параллельными соединениями трех ветвей, одна из которых содержит вентиль девятнадцатого и соответственно двадцатого криотрона и сетку двенадцатого и соответственно десятого криотрона, другая - вентиль двадцать первого и соответственно двадцать второго криотрона, а третья - вентиль двадцать третьего и соответственно двадцать четвертого криотрона и сетку четвертого и соответственно второго

криотрона, сетки иятого - восьмого и тринадцатого - двадцать четвертого криотронов соединены с выходами ячеек памяти.

На фиг. 1 показана принципиальная схема пересечения контуров и схемы связи; на фиг.

2 - принципиальная схема пересечения контуров при наличии только цепей передачи от вертикального контура на горизонтальный и со сверхпроводящими ветвями с.хем связи, настроенных на отсутствие связи между контурами; на фиг. 3 - пример реализации конъюнкции от больщого числа неременных.

Ячейки памяти на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны, поскольку их и число не влияют на приицип работы элемента )i преднолагается, что каждая не включенная в какую-либо

цепь сетка криотроиа соединена с выходом ячейки памяти.

Каждый элемент среды состоит из т вертикальных и п пересекающих их горизонтальных контуров, которые с помощью схслг связи соединены с соответствующими контурами соседних элементов.

Каждый горизонтальный контур (фиг. 1) содержит первую основную 1, вторую основную 2 и две вспомогательные 3, 4 щины (для вертикального контура - соответственно 5, 6, 7, 8) первую 9 и вторую 10 схемы связи. Схемы связи вертикального контура построены так же, как и горизонтального (на фиг. 1 пе показаны).

На каждом пересечении контуров вспомогательные шины горизонтального (вертикального) контура соединены ветвью, содержащей вентили криотронов П, 12 (13, 14) и параллельное соединение вентилей двух крнотронов 15, 16 (17, 18); в разрыв первой щины горизонтального (вертикального) контура включены вентили криотронов 19, 20 (21, 22) и параллельное соединение трех ветвеГ, одна из которых содержит вентиль криотрона 23 (24) и сетку криотрона 21 (19), другая - вентиль криотрона 25( 26), третья - вентиль криотрона 27( 28) и сетку криотрона 13 (П), в разрыв второй шины горизонтального (вертикального) контура включено параллельное соединение трех ветвей, одна из которых содержит вентиль криотрона 29 (30) и сетку криотрона 22(20) другая - вентиль криотрона 31(32) третья - вентиль криотрона 33 (34) и сетку криотрона 14 (12); сетки криотронов 15-18 и 23-34 соединены с выходами ячеек памяти (на чертеже не показаны).

В первой 9 (второй 10) схеме связи вход источника питания 35 (36) подключен к первому параллельному соединению, одна из ветвей которого содержит вентиль криотрона 37 (38), другая - вентиль криотрона 39 (40) и выходную сетку 41 (42), и ко второму нараллельному соединению, одна из ветвей которого содержит вентиль криотрона 43 (44), другая - вентиль криотроиа 45 (46) и выходную сетку 47 (48), к концу второй основной шины 2 подключено третье параллельное соединение, одна из ветвей которого содержит вентиль криотрона 49 (50), другая- вентиль криотрона 51 (52); свободный конец первого соединения через вентиль криотрона 53 (54) подключен к концу первой основной шины 1, свободные концы второго и третьего параллельных соединений в первой 9 (второй 10) схеме связи подключены к концам вспомогательных шин 3, 4 (соединены между собой), концы вспомогательных шин 3, 4 соединены ветвью, содержащей вентили криотронов 55, 56 (57, 58); сетки криотронов 37-40, 43-46, 49-50, 55, 57 соединены с выходами ячеек памяти; сетки криотронов 51-54; 56, 58 соединены с выходами соответствующего контура соседнего элемента, причем сетки криотронов 51 (52), 56 (58) соединены с выходом, соответствующим выходной ceiKe 41 (42), а сетка криотрона 53 (54) - с выходом, соответствующим выходной сетке 47 (48). Входы источников питания 35, 36 иод5 ключаются к полюсам источника тока.

Обозначим первые щины 1, 5 контуров единичными, вторые 2, 6 - пулевыми; пулевое или единичное состояние контура различается в зависимости от того, по нулевой или сди0 ничной шине течет ток источника.

Взаимодействие вертикального и горизонтального контуров может быть различным в зависимости от состояния вентилей криотронов, сетки которых соединены с выходами

5 ячеек памяти, и поясняется фиг. 2. Возможны три вида управления состоянием горизонтального контура с помощью вертикального: прямая передача; вентили криотронов 24, 26, 32, 34 находятся в резистивном состоянии;

0 ток в вертикальном контуре может течь по ветвям с сетками криотронов 11, 20; горизонтальный контур перейдет в состояние, соответствуюн1,ее состоянию вертикал1 ного (единичное - единичному, нулевое - нулевому);

5 инверсная передача; венчили криотронов 26, 28, 30, 32 находятся в резистивном состоянии; ток в вертикальном контуре может течь по ветвям с сетками криотронов 12, 19; горизонтальный контур перейдет в состояние, соответствующее инверсному состоянию вертикального (единичное - нулевому, нулевое единичному);

отсутствие передачи; вентили криотронов 15, 16, 24, 28, 30, 34 находятся в резистивном

5 состоянии; ток в вертикальном контуре может течь по ветвям, не содержащим сеток; состояние горизонтального контура не зависит от состояния вертикального. Для управления состоянием горизонтального контура достаточно трех ячеек памяти, одна из которых содержит сетки криотропов 15, 24, 34, другая - 16, 28, 30, третья - 26, 32. Управление состоянием вертикального контура с помощью горизонтального производит5 ся аналогично.

Каждая схема связи 9 может выполнять следующие фупкции (фиг. 1):

передача; если вентили криотронов 37, 43, 55 находятся в резистивном состоянии, то ток

0 источника питания может течь по одной из ветвей с выходными сетками 41, 47, воздействующими на вентили входных криотронов соседнего элемента; прием функциональный; вентили криотро5 нов 39, 45 находятся в резистивном состоянии; выходные сетки соседнего элемента, воздействуя на вентили криотронов 51, 53, 56 (первый из которых шунтирован сверхпроводяп1.ей ветвью), оказывают такое же влияние

0 на состояние контура, как и контуры, пересекающие данный, в режиме прямой передачи; прием дублирующий; вентили 39, 45, 49 находятся в резистивном состоянии; если каждое пересечение настроено на отсутствие

5 передачи на данный контур, то его состояние

ciaiiei таким же, как п состояние соседнего контура, но переходный процесс протекает быстрее, чем при приеме функциональном;

отсутствие связи; если вентили криотронов 39, 45, 55 находятся в резистивном состоянии и схема соседнего контура настроена так же, то связь между ннми отсутствует.

Дли управления вентилями схемы связи достаточно четырех ячеек памяти, одна из которых содержит сетки криотронов 37, 43, другая - 39, 45, третья - 55, четвертая - 49. Схема связи 10 работает аналогично.

Каждый контур в своей единичной шине реалнзует конъюнкцию

/ г:- (а V -)&//,&//г&&//ft& (р V 2),

k m для горизонтальных и для вертикальных контуров; X, Z - состояние связанных с данным контуром соседних элементов: а, р - коэффициенты, каждый из которых равен нулю, если имеется прием сигнала от соседнего контура, и единице в противном случае. Переменные iji(i...k) характеризуют влияние пересекающих контуров. Если У,- - состояние /-го нересекаюнхего контура то , если имеется прямая передача; //г У,-, если имеется инверсная передача, , если передача отсутствует.

В своей пулевой ветви каждый контур реализует функцию

(7.VA-)&(/,&//,&. . . . (

т. с. универсальную логическую функцию.

Для реализации конъюнкций от большого числа переменных используется несколько контуров соседних элементов. В качестве примера на фиг. 3 используется три контура. Если направление передачи информации таково, как это указано стрелками, то результат реализации конъюнкции находнтся в последнем контуре, а состояние нерв)1х могуг ему ПС соответствовать (быть единичными, когда как у последних - нулевое); результат можно получить в любом контуре, если передавать к нему информацию от остальных.

Для реализации функции ДНФ (дизъюнктивная форма)

f г, V гД/ V 2,,

где Zi(i....l - конъюнктивные члены, используется ко)1тур, который пересекает контуры с результатами реализации конъюнкций. Исходя из равенства

/ - 2j Y 23 V V 2, - 2, & гз & .. . & г,

нередача на этот контур должна быть инверспой и при этом в нел в единичной ветви находится /, а в нулевой /).

Tai как конъюнкции могут быть реализованы и в строках, и в столбцах, то элемент обладает несколько более высокими логическими возможностями, чем 4 mn эле.ментов известной среды, и при этом имеет не намного более ВЫСОКУЮ сложность.

Более высокое быстродействие в предложени Г. среде -остигается благодаря тому, что как при реализации логических функций, так и при передаче сигнала контуры нереключаются последовательно, причем влияние одних контуров на переходные процессы в других отсутствуют. Вследствие этого время реализации логических функций зависит линейно от числа переменных и числа коиъюмкций в ДИФ, а время передачи переменпой становится пропорциональным длине используемой для этого цепочки контуров.

Для повышения быстродействия отдельных контуров в шннах, в зависимости от настройки пересечений, включается минимально необходимое число управляющих сеток, обладающих больн1ими нндуктивностями. Схемы связи построены таким образом, чтобы в контурах, используемых для передачи сигпала,

пути переключения тока были минимальными, а сопротивления, переводящие ток из одних ветвей в другие - ма1ксимальными.

При определении числа т и п логических контуров в элементе следует учитывать технологические услов 1И, а также то, что при увеличении числа контуров повыщается быстродействие, но повьпнается л избыточность при реализации устройств в среде. Кроме более высокого быстродействия,

предложенный элег-лент имеет также некоторые преимущества при соединении отдельных плат среды между собой и при соединении с Бнещним обрамлением среды.

35

Предмет изобретения

Элемент криотронной вычислительной ере ды, содержащий логические контуры со схс

.мами связи п яче1 1кам11 памяти. отлпча1С. HI и и с я тем, что, с 11.елью н(Ш1 инеппя бысч ролейстипя, в пс т пе ггпкальных контуров пересечены п горизоитальнымн контурами, каж.т.ы;1 из которых содержит две основные и

две вспомогательные шины и две схемы cuij зи с соответствующими контурами соседних элементов; на пересеченнях контуров вспомогательные шины горизонтального и верт 1кальиого контуров соединены ветвью, содержап1ей в горизоптальпо: контуре вентнлп первого и второго криотронов и соответственно в вертикальном контуре вентили третьего и четвертого криотронов и параллельное соединение вентилей пятого и щестого и соответственного седьмого и восьмого криотронов; каждая первая основная шипа горизонтального и вертикального контуров связана с вептилямн девятого и десятого и соответственно одиннадцатого и двенадцатого криотронов н с

параллельным соединением из трех BCTBeii. одна из которых содержит вентиль тринадцатого и соответственно четырнадцатого криотрона и сетку од.иннадцатого и соответственно девятого криотрона, другая - вентиль пятнадцатого и соответственно шестнадцатого

криотрона, а третья -.вентиль семнадцатого и соответственно восемнадцатого криотрона и сетку третьего и соответственно первого криотрона; вторая основная шина горизонтального и вертикального контуров связана с параллельным соединением трех ветвей, одпа из которых содержит вентиль девятнадцатого и соответственно двадцатого криотрона и сетку двенадцатого и соответственно десятого криотрона, другая - вентиль двадцать первого и соответственно двадцать второго криотрона, а третья - вентиль двадцать третьего и соответственно двадцать четвертого криотрона и сетку четвертого и соответственно второго криотрона, сетки иятого-восьмого и тринадцатого-двадцать четвертого криотронов соединены с выходами ячеек памяти.

1

(и