Элемент криотроннои вычислительной среды

39:4941 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 29.17.1971 ( 1650493/18-24)с присоединением заявкиПриоритег Н 031 с 1900 ооударственныи комитетСовета 1 йиниатрав СССРоо делам изобретенийи открытий САДК 681 32,- 0- (088.8) оччетень Ъо 3 публиковано 22 Х 11.1973. а опубликования описания 8 Х 11,1974 Авторизобретени Н азаро Сибирское отделение Института математики АН СС явител ЛЕМЕНТ КРИОТРОННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЬ Предложение относится к автоматике и вычислительной технике,Известен элемент крио 1 ронной вычислительной среды, содержащий логические контуры со схемами связи и ячейками памяти.Для повышения быстродействия в предлагаемом элементе )и вертикальных контуров пересекаются и горизонтальными контурами, каждый из которых содержит две основные и две вспомогательные шины и две схемы связи с соответствующими контурами соседних элементов; па пересечениях 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 соответствепно четырнадцатого криотрона и сетку одиннадцатого и соответственно девятого криотронг, другая - вентиль пятнадцатого и соответственно шестнадцатого криотрона, а третья - вентиль семнадцатого и соответственно восемнадцатого криотропа и сетку третьего и соответственно первого криотрона; вторая основная шина горизонтально го и вертикального контура связана с параллельными соединенпями трех ветвей, одна из которых содержит вентиль девятнадцатого и соответственно двадцатого криотрона и сетку двенадцатого и соответственно десятого крио трона, другая - вентиль двадцать первого исоответственно двадцать второго криотрона, а третья - вентиль двадцать третьего и соответственно двадцать четвертого криотрона и сетку четвертого и соответственно второго 15 криотрона, сетки пятого - восьмого и тринадцатого - двадцать четвертого криотронов соединены с выходами ячеек памяти.На фиг. 1 показана принципиальная схемапересечения контуров и схемы связи; на фиг, 20 2 - принципиальная схема пересечения контуров при наличии только цепей передачи от вертикального контура на горизонтальный и со сверхпроводящими ветвями схем связи, настроенных на отсутствие связи между конту рами; на фиг. 3 - пример реализации коньюнкции от большого числа переменных.Ячейки памяти на фиг. 1 и фпг. 2 не показаны, поскольку их схемы и число не влияют на принцип работы элемента и предполагает ся, что каждая не включенная в какао-либоцепь сетка ккрордса соединена с Выходом ячейки памяти.Каждый элемент среды состоит из т вертикальных и п пересекающих их горизонтальных контуров, которые с помощью схем связи соединены с соответствующими контурами соседних элементов,Каждый горизонтальный контур (фг. 1) содержит первую основную 1, вторую основную 2 и две вспомогательные 3, 4 шины (для вертикального контура - соответствешо 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 11; 12 (13, 14) и параллельное соединение вентилей двух криотронов 15, 16 (17, 18); в разрыв первой шины горизонтального (вертикального) контура включены вентили криотроцов 19, 20 (21, 22) и параллельное соединение трех ветвей, одна из которых содержит вентиль криотроц 23 (24) и сетку криотрона 21 (19), другая вентиль криотроца 25( 26), третья - вецтцл, криотрона 27( 28) и сетку криотрона 13 (11), в разрыв второй шины горизонтального (вертикального) контура включено параллельное соединение трех ветвей, одна из которых содержит вентиль криотрона 29 (30) ц сетку криотрона 22(20) другая - вентиль криотрона 31(32) третья - вентиль криотроца ЗЗ (34) и сетку криотрона 14 (12); сетки криотронов 15 - 18 и 23 - 34 соединены с выходмц ячеек памяти (ца 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 параллельному соединению, одна из ветвей которого содержит вентиль криотрона 43 (44), другая - вентиль криотрона 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 вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ходом, соответствующим выходной секе 4 (42), а сетка криотрона 53 (54) - с выходом, соответствующим выходной сетке 47 (48), Входы источников питания 35, Зб содключаются к полюсам источника тока,Обозначим первые шины 1, 5 контуров единичными, вторые 2, 6 - нулевыми; нулевое илц единичное состояние контура различается в зависимости от того, по нулевой илц единичной шине течет ток источника.Взаимодействие вертикального и горизонтального контуров может быть различным в зависимости от состояния вентилей криотроцов, сетки которых соединены с выходами ячеек памяти, и поясняется фиг, 2. Возможны три вида управления состоянием горцзоц.тального контура с помощью вертикального:прямая передача; вентили криотроцов 24, 26, 32, 34 находятся в резистивном состоянии; ток в вертикальном контуре может течь по ветвям с сетками криотроцов 11, 20; горизонтальный контур перейдет в состояние, соответствующее состоянию вертикального (единичное - единичному, нулевое - нулевому);инверсная передача; венили крцо;рсппв 26, 28, 30, 32 находятся в резистцвцом ссстояции; ток в вертикальном контуре может течь по ветвям с сетками криотроцов 12, 19; горизонтальный контур перейдет в состояние, со. отвстствуои 1 ее инверсному состоянию вертикального (едицичцоенулевому, нулевое единичному);отсутствие передачи; ветили криотроцов 15, 16, 24, 28, 30, 34 находятся в резисвцсв состоянии; ток в вертикальном контуре мс- жет течь по ветвям, це содержащим сеток; состояние горизонтального контура цс зависит от состояния вертикального.Для управления состоянием горизонтального контура достаточно трех ячеек памяти, одна из которых содержит сетки криотросюв 15, 24, 34, другая - 16, 28, 30, третья - 26, 32. Управление состоянием вертикального контура с помощью горизонтального производится аналогично.Каждая схема связи 9 может выполцсс 1 ь следующие функции (фиг. 1):передача; если вентили криотронов 37, 43, 55 находятся в резистивцом состоянии, то ток источника питания может течь по одной из ветвей с выходными сетками 41, 47, воздействующими на ветили входных криотроцов соседнего элемента;прием функционалыый; вентили криотронов 39, 45 находятся в резистивном состоянии; выходные сетки соседнего элемента, воздействуя на вентили криотронов 51, 53, 56 (первый из которых шунтирован сверхпроводящей ветвью), оказывают такое же влияние ца 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 ца отсутствие передачи ца данный контур, то его состояниеб стане аким же, как и состояцге соседнего контура, но переходный процесс про;екзе, быстрее, чем при приеме функциональном;отсутствие связи; если вентили криотронов 39, 45, 55 находятся в резистивцом состоянии и схема соседнего контура настроена тзк же, го с 51 зь между ними отсутствует.Дл 5 управления вентилями схемы связи достзто 1 О еть 1 рех яческ пам 5 тп, О,Е,цз цз которых содержит сетки криотроцов 37, 43, другая - 39, 45, третья - 55, четвертая - 49, Схема свзи 10 работает аналогично.Каждый контур в своей елиничной шине реализует коп 1 юницеЕо)" .=: (:х)Р;Е,йее,й Йу,й (15 , г),)г=т для горизонтальных и Й=,п для вертикальных контуров; х, г - 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 противцом случае. Персмецпыс дЕ(1=1)г) характеризуют влияние пересекающих контуров. Если У; -- состояние -го пересекающего кои ур; то ее,=У, если имеется пряма псрслзчз; д;= У;, если имеется ицверсца 51 передача, р;= 1, если передача отсутствует.В своей нулевой ветви каждый ко:пур рез- ЛЕЕЗУЕТ фУЕЕКЦИЕОР=) =.(я/ х)йу, Й),Й МЕ)1,Й, Ег) т, с. уцивсрсальную логическую функцио.Для реализации коцыонкций от большого числа переменных используется несколько контуров соседних элементов. В качестве примера ца фиг. 3 используется три контура. Если направление передачи информации таково, как это указано стрелками, то результат рсализации коп 5 ьюнкции находится г последцсм контуре, з состояние первых могуе ему цс соответствовать (быь единичными. когда как у последних - нулевое); результат можно получиь в любом контуре, если передавать к цсму ипформацшо от остальных.Для реализации функции ДНФ (дизыоцктивцая форма)): - г, /г, / г где г,(1=1 1) - коныонктивцые члены, используется контур, который пересекает контуры с результатами реализации конЕ.юеЕкций. Исходя пз равенстваl го // г - г, Й гр Й Й г передача ца этот контур должна быть инверсной и при этом в нем в единичной ветви находится , а в нулевой . Так кзк конаюцкции Огут быте. реализованы и в строках, и в столбцах, то элемент обладает несколько более высокими логическими возможностями, чем 4 тп элементов известной среды, и при этом имеет це намного более высокую сложность. 5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 60 65 Ьолее Высокое быстродействие в предложенп среде остигается благодаря тому, что как при реализации логических функций, так и прп передаче сигнала контуры переключаются последовательно, причем влияние одних контуров ца переходные процсссы В других отсутствуют. Вследствие этого время реализации логических функшш зависит линейно от числа переменных и числа коцьюцкций в ДНФ, а время передачи переменной становится пропорциональным длине используемой для этого цепочки контуров.Для повышения быстродействия отдельных контуров в шинах, в зависимости от настройки пересечений, включается минимально необходимое число управляющих сеток, обладающих большими пндуктцвцостями. Схемы связи построены таким образом, чтобы в контурах, используемых для передачи сигнала. пути переключения тока были минимальными, а сопротивления, переводящие то 1 из одних ветвей в другие - макснмальнымц.Прп определении числа п 1 и п логических контуров В элсмсцтс следует учитывать техцо- ЛОГИЧЕСКПС УСЛОВИ, 3 ТЗККЕ ТО, ЧТО ПРИ УВЕ- личеции числя контуров повышается быстродействие, цо повышается и избыточность прц реализации устройств в среде.Кроме более высокого быстродецствия, предложсцп 1111 элс ецт имеет также некоторые преимущества цри соедицеции отдельных плат среды между собой и при соединении с внешним обрамлением среды,Предмет изобретения Элемент криотроццой вычислительной сТе ды, содержащий логические контуры со схс мами сВзи и 5 Ес 1(зми пзяти, О т л и ч е с щийс тем, что, с цслью повышсцп быс родсс:И 51, В с и с 1 ке 1,1 ых И 15 ро цсрсссчецы и горизонтальными коцтурзмп, кееглыб Из кото 1)х содержит две осОвцыс ц лве вспомогательные шины и две схемы сш зи с соответствующими контурами соседних элементов; на пересечениях контуров вспомогательные шины горизонтального и вертикального контуров соединены ветвью, содержащей в горизонтальном контуре вецилп первого и второго криотронов и соответственно в вертикальном контуре вентили третьего и четвертого криотронов и параллельное соединение вентилей пятого и шестого и соответственного седьмого и восьмого криотроцов; каждая первая основная шина горизонтального и вертикального контуров связзца с вентилями девятого и десятого и соответственно одиннадцатого и двенадцатого криотроцов и с параллельным соединением из трех ветвей, одна из которых содержит вентиль тринадцатого и соответствеЕено четырцалцатого криотрона и сетку одиннадцатого и соответственно девятого криотрона, другая - вентиль пятнадцатого и соответственно шестнадцатогс394941 7 В г Составите, ь И. ГореловТехред А, Камышнико дактор Н. Перышков Корректор М, Лейзерма аказ 1874 Изд.1926 Т ИИПИ Государственного комитета Совпо делам изобретений и отк Москва, Ж, Раушская наб аж 768а Миниытий д. 45 Подписноеов СССР пография, пр. Сапунова, 2 криотрона, а третья в .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, 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 пятого в восьмо и тринадцатого в двадца четвертого криотронов соединены с выходами ячеек памяти.