Устройство ранжирования экстремальных значений

ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ ическоеехник му вый вход ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О(54)(57) 1,УстроЙство РАнжиРоВАниЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ, содержащее . основной и буферный регистры, блок управления, счетчик рангов, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок, сравнения, первый вход которого соединен с выходом буферного регистра, шина начала работы устройства подключена к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов,первый выход блока управления соединен с первым входом элемента И, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширенйя функциональных возможностей за счет отбора экстремальных значений из ряда чисел, в него введен переключатель, первый вход которого соединен с шиной входных данных устройства и первым входом блока сравнения, второй вход - с выходом буферного регист-, ра и вторым входом блока сравнения, третий вход подключен к выходу основного регистра и информационному входу буферного регистра, а выход - к информационному входу основного регист-ра, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом счетчика рангов и со вторым входом элемента И,выход которого подключен к управляющим входам основного и буферного регистров, выход блока сравнения соединен с .третьим входом блока управления, вход установки в ноль счетчика рангов соединен с шиной начала работы устройства, выход переполнения счетчика рангов соединен с выходом конца цикла сравнения устройства и с четвер.тым входом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам переключателя, выходы основного регистра и счетчика рангов соединены с выходными шинами устройства.2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, чтоблок управления содержит первый.и второй В 5- триггеры, счетный триггер, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, причем первый вход блока управления соединен с первыми вхо-, дами первого и второго элементов ИЛИ и 5-входом второго Ю-триггера, второй вход блока управления подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с К-входом первого РЬ-триггера, третий вход блока управления подключен к первому .входу первого элемента И втооой вход которого соединен с первым входом второго элемента И и инверсным выходом счетного триггера, а выход подключен к 5-входу первого триггера, прямой ,)в выход которого соединен с третьим выходом блока управления, а инверсныйсо счетным входом сцетного триггера и вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к второ ходу блока управления , четверты109899блока управления соединен со вторым управления и третьему входу второго входом второго элемента ИЛИ и К-вхо- элемента И, четвергый выход блока упдом второго ЙЬ-триггера, выход которо- равления соединен с прямым выходом го подключен к первому выходу блока счетного триггера. 2 Изобретение относится к вычислительнои технике иможет быть использованов устройствах обработки сигналов радио и гидролокаторов, системах связии др.Устройства ранжирования являютсячастью систем непараметрической обработки сигналов, которые обеспечиваютпостоянство характеристик обнаружения независимо от величины и закона распределения помехи, Разновидно Остью таких систем являются системы, производящие обработку экстремальных значений входного процесса.Известно устройство ранжирования,содержащее линию задержки с отводами, набор схем сравнения, счетчикинверсий, запоминающее устройство исумматор 11,Недостатком этого устройства является аппаратурная сложность,так как 2 Ов нем имеется большое количество схемсравнения.Наиболее близкой к изобретению является аппаратура для ранжирования чисел, содержащая первый (основной) 25сдвиговый регистр, второй (буферный) сдвиговый регистр, первый блоксравнения, счетчики рангов, блок управления, генератор тактовых импульсов, блок индикации результата, счетчик циклов сравнения, счетчик числавеличин, второй блок сравнения, логические элементы И, ИЛИ, причем шина входных величин соединена с первым входом первой схемы ИЛИ, выходкоторой соединен с информационнымвходом основного регистра, а второйвход соединен с выходом основного ре.гистра, первым входом первого блокасравнения и первым входом первого1элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элементаИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединвн .с входом буферного регистра,первый выход которощ соединен совторыми входами втобй схемы ИЛИ исхемы вычитания, первый выход первого блока сравнения подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с входом первого сцетчика рангов и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу второго счетчика рангов, второй выход первого блока сравнения соединен с первым входом третьего элемента И, первый выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен со входами установки в ноль счетчиков рангов, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу пятого элемента И, третий выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с шиной начала работы устройства и входом счетчика циклов сравнения, первый выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом счетчика числа величин,а выход - с третьим входом блока управ ления, первый выход блока управления соединен с управляющим входом основного регистра и вторыми входами четвертого и пятого элементов И, второй выход блока управления подключен к управляющему входу счетчйка циклов сравнения, а третий выход соединен с управляющими входами шестого,седьмого, восьмого и девятого элементов И, первые входы которых подключены соответственно к выходам буферного регистра, счетчика циклов сравнения, первого и второго счетчиков рангов, а выходы - к входам блока индикации результата 121.В основной регистр записывается набор из 11 чисел, для которых необходимо определить ранги. Основной регистр замкнут в кольцо и с помощью тактовых импульсов с блока управления набор из б чисел перемещается3 10498 по колыб, причем расположение чисел в этом регистре произвольное. По сиг- налу из блока управления одно из чисел из основного регистра записывается в буферный регистр и в тече"5 ние циклов .цисло в буферном регистре сравнивается со всеми числами основного регистра с помощью схемы вычита- . ния. Если число в буферном регистре превышает число в основном реги стре на выходе схемы вычитания появляется импульс который поступает на счетчик числа превышений. Через й циклов этот счетчик подсчитает то ко". лицество чисел в основном регистре, которое меньше числа в буферном регистре, т.е. подсчитает ранг числа в буферном регистре, Эта опера-ция может быть проведена для всех чисел основного регистра. 20Однако в известном устройстве объем чисел, подвергающихся ранжированию, ограничен числом й, кроме того, не производится отбор экстремальных значений из набора чисел.25 Блок управления содержит первый ивторой Р 5-триггеры, счетный триггер,первый и второй элементы И, первыйи второй элементы ИЛИ, причем первый вход блока управления соединен спервыми входами первого и второгоэлементов ИЛИ и 5-входом второгоР 5-триггера, второй вход блока управления подключен ко второму входупервого элемента ИЛИ, выход которого соединен с Р-входом первого В 5 триггера, третий вход блока управления подключен к первому входупервого элемента И, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И. и инверсным выходомсчетного триггера, а выход подключен к 5-входу первого триггера,прямой выход которого соединен с третьим выходом блока управления, а инверсный - со счетным входом счетного триггера и вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к второму выходу блокауправления, четвертый вход блока управления соединен со вторым входомвторого элемента ИЛИ и Р-входом второго В 5-триггера, выход которогоодключен к первому выходу блокауправления и третьему входу второгоэлемента. И, четвертый выход блокауправления соединен с прямым выходомсчетного трИггера,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для ранжированияэкстремальных значений; на фиг.2 -диаграммы напряжений блока управления; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления,Устройство ранжирования экстремальных значений содержит шину 1входных данных, основной регистр 2,буферный регистр 3, блок 4,сравнения,переключатель 5, блок 6 управления,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства ранжирования.30Для достижения этой цели в устройство ранжирования экстремальных значвний, содержащее основной и буферный регистры, блок управления, счетчик рангов, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок сравнения, первыи вход которого соединен с выч35 ходом буферного регистра, шйна начала работы устройства подключена к первому входу блока управления,второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов,пер 40 . вый выход блока управления соединен с первым входом элемента И, введен переключатель, первый вход которого соединен с шиной входных данных устроиства и первым входом блока сравм45 нения второй вход .- с выходом бу-, ферного регистра и вторым входом блока сравнения, третий вход подключен к выходу основного регистра и информационному входу буферного регистра, а вчход - к информационному входу ос- новного регистра, выход генератора,а тактовых импульсов соединен с вхо-. дом счетчика рангов и со вторым входом элемента И , выход которого подключен к управляющим входам основного и бЩ.рного ре. гистров, выход блока сравнения соеди 99 4нен с третьим входом блока управления, вход установки в ноль счетчикарангов соединен с шиной начала работы;устройства, выход переполнения счетчика рангов соединен с выходом конца цикла сравнения устройства и счетвертым входом блока управления,второй, третий и четвертый выходыкоторого подключены соответственнок первому, второму и третьему управляющим входам переключателя, выходыосновного регистра и сцетчика ранговсоединены с выходными шинами устройства.99 3 10498 генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8 рангов, элемент И 9, выходные шины 10, выход 11 конца цикла сравнения устройства, шину 12 начала работы устройства. 5блок управления содержит элементыИ 13 и 14, первый .Вб-триггер 15, счетный триггер 16, второй й 5-триггер 17, элементы ИЛИ 18 и 19, входы 20-23, выходы 24-27. ОУстройство работает следующим образом.В основном регистре 2 хранится набор из й чисел В 4 ( =1, й), расположенных строго по порядку их величи ны, т.е. в самой последней (правой, если числа смещаются слева направо) ячейке хранится самое большое число, в предпоследней - второе по величине ,и т.д, 20 На шину 1 входных данных поступает анализируемое число Л. При подаче пускового импульса на шину 12 блок 6 . управления по четвертому выходу вклю чает элемент И 9, который разрешает прохождение тактовых импульсов от генератора 7 тактовых. импульсов на тактовые входы основного регистра 2 и буферного регистра 3, При каждом тактовом импульсе число В" с выхода регистра 2 записывается в регистр 3 и с выхода регистра 3 поступает на блок 4 сравнения, где производится операция вычитания Д =В,- Л . Если Ь 0, то на выходе блока 4 будет потенци 35 ал логического "0". При этом блок 6 управления выдает потенциал логической "1" по первому выходу на четвертый вход переключателя 5, который в40 этом случае пропускает на свой:выход информацию с третьего входа (верхнего на фиг,1). Таким образом, основной регистр 2 получается замкнутым в кольцо и числа В 1 с выхода регистра45 2 перезаписываются на его вход.Если на 1-м такте разность Д = В- Л окажется меньшей или равной нулю (б ( 0 т.е. число Л 1 превысит очередное число В , то на время Е-го тактового интервала на втором входе блока 6 управления появляется потенциал логической "1", который разрешает прохождение через переключатель 5 информации с входа (нижнего на фиг. 1) числа Ц . Таким образом, на вход основного регистра 2 записывается число Л вместо очередного числа В. После этого на (+1)-м такто,вом интервале и далее появляется потенциал логичеакой "1" на выходе блока 6 управления, который разрешает прохождение через переключатель 5 информации с буферного регистра 3. Тогда в основной регистр 2 вслед за числом Л записывается очередное число В и далее все остальные, При этом оказываются замкнутыми в кольцо и основной регистр 2 и буферйый регистр 3.Пусковой импульс с шины 12 обнуляет счетчик 8 рангов, имеющий объем й. После этого счетчик отсчитывает й импульсов и после й-го импульса на его выходе переполнения появляется импульс переполнения, поступающий на четвертый вход блока 6 управления. При поступлении этого импульса блок 6 управления прекращает выдачу разрешения на элемент И 9, сдвиг информации в регистре 2 прек-. ращается , а, логическая "1" появляется снова на первом выходе блока 6 управления и при этом регистр 2 снова замыкается в кольцо, Если в регистре 2 хранилось й чисел В и среди них "вклинилось" число Л, то чисел оказалось й+1. Последнее й+1-е число В оказалось при этом в буферном регистре 3. Так как это число шло последним, оно самое маленькое по величине и поэтому отбрасывается, ибо после й-го тактового импульса буферный регистр 3 исключается иэ кольца.В результате число Л., если оно больше хотя бы одного из чисел В;, "вклинивается" в последовательность этих чисел по порядку величины, а самое маленькое число Ви- отбрасывается, Если число Л оказалось меньше любого из В, то в течение всего времени анализа (й тактовых импульсов) регистр 2 остается замкнутым в кольцо и к концу времени анализа содержимое регистра 2- последовательность чисел В - оста 1ется таким же, как было и до анализа, В конце анализа импульс переполнения подается на выход 11, свидетельствуя о готовности устройства к анализу следующего числа Л. Рассмотрим теперь процесс заполнения регистра 2 после включения устройства ранжирования Полагаем, что в начале работы регистр 2 обнулен (например, в момент включения7 104питания), Тогда любое анализируемое число А 1 на первом тактовомимпульсе запишется в регистр 2 ипосле М тактовых .импульсов окажетсяв самой последней (правой) ячейкерегистра 2. На следующем цикле анализа, если новое анализируемое числоА 2 Л 1, то на первом тактовом импульсе оно запишется в регистр2, а эа ним на втором тактовом импульсе с буферного регистра 3 следом запишется А . Если ЛсЛ, тона первом тактовом импульсе в регистр2 запишется А 1, а следом за ним (совходной шины 1) число А. В результате такого процесса за М циклованализа (каждый по М тактовых импульсов) произойдет сортировка по величине чисел А 1 Ль и в регистре 2 они окажутся расположенными попорядку величины и будут иметь обозначения В;. При работе устройствана выходных шинах 10 каждому числуВ будет соответствовать его порядковый номер (ранг) Р,- с выходов 2счетчика 8 ранга,В результате на первых М циклаханализа предлагаемое устройство выполняет ту же операцию, что и известное. Но работу данного устройстваможно продолжить и дальше, чего нельзя сделать в известном. При дальнейшеи работе в регистре 2 будут накапливаться только самые большие по величине (экстремальные) числа, расположенные по порядку величины, причем работа устройства может продолжаться неограниченное время,9899 8 Работа блока 6 (Фиг.3) происходит следующим образом. Пусковой импульс с 4 О шины 12 поступает на вход 22, устанавливает Р 5-триггер 17 в состояние "1" по прямому выходу, а Р 5-триггер 15 и счетный триггер 16 через элементы ИЛИ 18 и 19 устанавливает в состоя . ние "0" по входам Р. Прямой выход Р 5-триггера 17 является выходом 27 блока 6 и поступает затем на элементы И 9, На.инверсных выходах Р 5-триггера 15 и счетного триггера 1 б устанав ливается потенциал логической "1 т,Та-. ким образом, на всех входах элемента И 14 имеются логические "1", и на выходе 24 блока 6 также появляется логическая "1" (фиг.2 е). Это соответ ствует режиму работы устройства ран.жирования.с замкнутым в кольцо регистром 2. Если блок Ч сравнения выдает на М-м тактовом импульсе потенциал логической "1" (Л 1 Вк, фиг,2 в), то этот потенциал через вход 20 блока б поступает на первый вход элемента И 13, на втором входе которого к этому времени находился потенциал логической "1" с инверсного выхода счетного триггера 16, поэтому на выходе элемента И 13 появляется потенциал логической "1" и устанавливает Р 5-триггер 15 в состояние "1" по прямому выходу. Эта "1" поступает на выход 25 (блока 6, фиг,2 г). На вход 21 блока б поступают тактовые импульсы с генератора 7 (фиг.2 а) . Первый же импульс, после срабатывания триггера 15 (т.е.1+1-й по счету) черезэлемент ИЛИ 18 по Р-входу возвращает триггер 15 снова в состояние "0" по прямому выходу, Положительный перепад напряжения с инверсного выхода триггера 15 при этом запускает по счетному входу триггер 16 и переводит его в состояние логической "1" по прямому выходу, который является выходом 26 блока 6 управления (фиг.2 д), В этом состоянии триггер 16 находится до поступления импульса переполнения счетчика 8 рангов по входу 23 блока 6 , которым устанавливается в нулевое состояние как триггер 16 (через элемент ИЛИ 19), так и триггер 17.Выхад конца цикла сравнения 11 (фиг. 1) и шина 12 начала работы могут быть перемкнуты между собой, В этом случае устройство ранжирования переходит в автономный непрерывный режим и его темп работы определяется только частотой импульсов генератора 7, Для этого режима представлены диаграммы на фиг.2.Таким образом, предлагаемое устройство выполняет те же функции, что и известное, т.е. ранжирует М чисел, но, кроме того, при продолжении работы накапливает М экстремальных значений, располагая их по рангам, т.е. его функциональные возможности шире, чем ы известного устройства. Следует отметить, что,несмотря на то, что наименования узлов в данном устройстве практически те же, что и в известном, но связи между узлами и алгоритм работы совершенно иные.Сложность схемной реализации определяется разрядностью чисел Л 1,В, и количеством чисел М. Так, для М9 1049899 .10 " 256 и числе а56 числе разрядов 8 регистр 2 гов - на двух микросхемах 155 ИЕ 7. Освыполняется на в х мик од у росхемах тальные узлы - блок 6 управления, ге 505 ИР 6, б ый егиуферн " р гистр 3- на од- нератор 7 тактовых импульсов и схема ной микросхеме 155 ИР 13,блок 4 срав совпадения выполняются на 4-5 мик" ненил " на двух микросхемах 155 ИПЗ,росхемах (триггеры и логика). Устрой. электронный переключатель - на 8микросхемах 1 ЛРЗ счетчикство имеет порядка 20 микросхем т.е.оно весьма компактно и экономично.