Ячейка однородной структуры

)4:С 7 00 ОСУДАРСТВЕНО ИЗОБРЕТЕНРИ ГКНТ СССР И КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У 30ехнический В. Волченина ая тельство СССР Р 7/00, 1986. ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ЯЧЕЙКА ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения плоскостныходнородных структур для вычисленияпроизвольных нормальных формул, дляупорядоченного хранения и выдачи информации, а также для выполнения операций логического анализа и структурного преобразования данных. Цельизобретения - расширение функциональ10354два элемепта 11 ЛИ 11, 12, два элемента И 13, 14, триггер 15, шесть элементов ЗАПРЕТ 16-21, элемент ИЛИ-НЕ 22. Ячейка обеспечивает преобразование поступающих на ее вход двоичных сигналов в соответствии со следующей системой булевых Функций; г(гЧ гг)а У г, (г гагУ гаг)а,Уг,г гз(а,Ч аг) г,ггпу а ЧЕ = (гзУг г )агЧгг г а; Ч = (г/г г )а; г = г где г г , гз - сигналы управления, поступающие на настроечные входы а5 а г - инфоРмационные сигналы; Ч- знаи предназначено для построения плоскостных однородных структур для вычисления произвольных нормальных формул, для упорядоченного хранения и выдачи информации, а также для выполнения операций логического анализа и структурного преобразования данных.Цель изобретения - расширение функ 30 циональних возможностей устройства за счет обеспечения выполнения операций логического анализа данных и их структурного преобразования.На фиг. 1 приведена функциональная 35 схема многофункциональной ячейки однородной структуры; на фиг, 2 - организация однородной структуры из предлагаемых ячеек; на фиг. 3. - пример функционирования однородной структуры 40 г )а У г,(г,г а багга )а,г )а М гг,гза;г )а," г = г,1 = г(гз У3 соответственно сигналы где гфггфгЗ Ч3 150 ных возможностей за счет обеспечения выполнения операций логического анализа данных и их структурного преобразования. Ячеика содержит два инФормационных входа 1, 2, три настроечных входа 3-5, три информационных выхода 7-8, два мультиплексора 9, 10,Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техники управления, поступающие на настроечные вхо" ды ячейки 5, 4 и 3; информационные сигналы, поступающие соответственно на 1 и 2 входы ячейки;значение прямого выхода триггера 15 ячейки; сигналы, формируемые соответственно на 7,6 и 8 выходах ячейки,чение,прямого выхода триггера;г - сигналы на выходах ячейки.3 ил. при выполнении операции дешифрации3-разрядного двоичного кода. Многофункциональная ячейка однородной структуры (фиг. 1) содержит информационные входы 1 и 2, настроечные входы 3-5, информационные выходы 6-8, мультиплексор 9 с одним настроечным входом и двумя информационными входами мультиплексор 10 с двумя настроечными и четырьмя информационными входами, элементы ИЛИ 11 и 12, элементы И 13 и 14, триггер 15, элементы ЗАПРЕТ 16- 21, элемент ИЛИ-НЕ 22, шину логического нуля 23.Многофункциональная ячейка однородной структуры обеспечивает преобразование поступающих на ее вход двоичных сигналов в соответствии со следующей системой булевых 1 функций;(1) Однородная структура, организованная из предлагаемых ячеек 24, показана на фиг. 2.Входы 3 ячеек первого столбца однородной структуры подключены к управляюшему входу 25 однородной структуры, входы 1 ячеек первого столбца являются группой горизонтальных информационных входов 26 однородной структуры. Входы 2 ячеек последней строки являются группой информационных вертикальных входов 27 однородной структуры, выходы 7 ячеек последнего5 15010 столбца однородной структуры являются группой информационных выходов 28 однородной структуры,а выходы 6 ячеек первой строки являются группой вертикальных информационных выходов 29 од 5 породной структуры. Остальные ячейки однородной структуры соединены по входам и выходам следующим образом; входы 1 и 3 подключены соответственно к выходам 7 и 8 соседней слева ячейки, вход 2 подключен к выходу 6 соседней ячейки снизу. Входы 4 и 5 всех ячеек однородной, структуры являются входами индивидуальной настройки ячейки.Ячейка работает следующим образом.В зависимости от значения общегодля всех ячеек однородной структурысигнала г однородная структура мо 3жет работать в двух различных режимах.Первый режим работы устройства ,обеспечивается при поступлении на вход 25 однородной структуры сигнала 25 гз = О. В соответствии с тем, что г = г на входах 3 всех ячеек З Зфоднородной структуры будет сформирован сцгнал г = О. В результате в каждой ячейке на выходах элементов 14 30 и 18 формируется сигнал "О", на выходах элементов 17 и 11 - значение сигнала на входе 2 (аг) ячейки, на выходах элементов 19 и 20 - соответственно значения сигналов на настроечных входах ячейки 4 (г ) и 5 (г,). В результате каждая ячейка однородной структуры в соответствии с ее функциональными возможностями (система 1) обеспечит реализации следующих преоб разований входных сигналов а 1 и а в зависимости от управляющих сигналов Е = г г а М гга агМ гг (аНаг)Ч7 г га ц,Й = г,г агЧгг а,; (2) 1 С =аВ этом случае в однородной структуре можпо выполнить следующие опера ции обработки данных.Последовательная запись информации. Задача, которую решает устройство в этом случае, заключается в записи и-разрядного двоичного вектора, поступающего на входы 26 однородной структуры, в триггеры 15 ячеек -го столбца. Для выполнения данной операции, как известно из (1), достаточно 35 6н входы 27 однсроднойтруктуры11оть сиалы Острое 1.е входы 4 и 5 всех ячеек 1-го столбц подать сиГаы г = г = Оа н на строечные входы 4 и 5 остальных ячеек - сигналы г, = 1 и г = 1. В результате информация с входов 26 однродной структуры будет занесена в соответствующие триггеры 15 ячеек 1-го столбца однородной структуры.Параллельная запись информации. Задача, которую решает устройство в этом случае, заключается в одновременной записи п-разрядного двоичного вектора, поступающего на входы 26 однородной структуры, в триггеры 15 нескольких столбцов однородной структуры. Эта операция выполняеТся полностью аналогично предыдущей с той лишь разницей, что сигналы настройки г = гг = О в этом случае подаются одновременно на входы 4 и 5 ячеек нескольких столбцов однородной структуры.Запись информации с маскированием. Задача, решаемая в данном случае, заключается в записи в триггеры 15 ячеек -го столбца только тех разрядов и-разрядного двоичного вектора, кэторым соответствуют единиць в соответствующих разрядах вектора-маски, подаваемого на входы 26 однородной структуры. ,ля выполнения этой операции, ка; известно из (1), требуется в триггеры 15 ячеек крайнего левого столбца однородной структуры предварительно в режиме последовательной записи информации занести и-разрядный двоичный вектор. Затем во втором такте работы на входы 26 однородной структуры подается вектор-маска, содержащий единицы в тех разрядах,вес которых на единицу больше веса соответствуюших разрядов записанного в ячейках первого столбца двоичного вектора. Одновременно с этим на входы 27 однородной структуры подаются сигналы "О", кроме входа 27, на которьп подается старший разряд вектора маски. Также на входы 4 и 5 ячеек первого столбца подаются сигналы г, = О, г = 1, на входы 4 и 5 ячеек 1-го столбца подаются сигналы г, =гг = О, на входы 4 и 5 остальных ячеек подаются сигналы г = гг = 1.Поразрядное считывание инФормации. Задача, решаемая в этом случае, заключается в формировании на 28; выходеоднородной структуры значения состояния триггера 15 (х, 1)-й ячейки однородной структуры. Как известно иэ (1), для выполнения этой операции достаточно на 26 , вход однородной структуры подать сигнал "1", на входы 4 и 5 ячеек 1 - го столбца подать сигналы х, = О, к = 1, на входы 4 и 5 остальных ячеек однородной структуры подать сигналы г = г = О.Считывание п-разрядное информации. Задача, решаемая в данном случае, заключается в формировании на выходах 28 однородной структуры и-разрядного двоичного вектора, записанного в триггерах 15 ячеек 1-го столбца однородной структуры. Операция выполняется аналогично предыдущей с той лишь разницей, что сигналы "1" подаются на все входы 26 однородной структуры.Считывание информации с маскированием. Задача, решаемая в этом случае, заключается в формировании на входах 28 однородной структуры групп 25 разрядов п-разрядного двоичного вектора, записанного в -м столбце однородной структуры, причем считываемые разряды определяются вектором-маской, в котором требуемые для считывания разряды заданы единицами в разрядах с весом на единицу больше, Как известно из (1), эта операция выполняется в устройстве аналогично операции и-разрядного считывания.35Вычисление булевой Функции от К переменных: Задача, решаемая устройством в этом случае, заключается в формировании на одном из выходов 28 однородной структуры значения буле вой функции от К переменных, заданной в базисе И, ИЛИ, НЕ при равной доступности прямых и инверсных источников информации. Как известно из (1), для выполнения этой операции доста точно путем подачи на входы 4 и 5 ,ячеек однородной структуры соответствующих сигналов управления г 1 и к сформировать в однородной структуре требуемую древовидную схему вычисления заданной Функции и подать на входы 26 и 27 соответствующие переменные. В результате по окончании переходных процессов в однородной структуре на заданном древовидной схемой55 вычисления. Функции выходе 28 будет сформирован итог вычислении.При поступлении на вход 25 однородной структуры сигнала г = 1 этот сигнал поступает в соответствии сорганиэацией структуры и ячеек структуры на входы 3 всех ячеек однородной структуры. В результате нд выходах элементов 19 и 20 всех ячеек будетсФормирован сигнал 0, на выходеэлемента 14 - значение сигнала на входе 4 (г ), на выходе элемента 11 Фор- омируется значение выражения г а Чя а,.В результате этого в ячейке реализуются следующие Функции: Е, = г,а, М як,а аМг,к а,а- а1В этом случае в однородной структуре можно выполнить следующие операции над данными.Дешифрация и-разрядного двоичногочисла. Решаемая в этом случае задача заключается в Формировании на соответствующем выходе 28 однороднойструктуры сигнала "1" при поступлении на ее вертикальные входы 27 значений разрядов анализируемого двоичного вектора числа. При этом каждомуиз 2 возможных значений п-разрядныхдвоичных чисел соответствует сигналтолько на одном из 2 выходов 28 однородной структуры.Для решения этой задачи достаточно на входы 26 однородной структурыподать сигналы "1", на входы 27анализируемое двоичное и-разрядноечисло, а на выходы 4 и 5 ячеек однородной структуры сигналы настройкик и я, которые обеспечивают функциональную настройку ячеек однородной среды в соответствии со схемойдешифрирования и-разрядного двоичного кода.1Схема дешифрирования составляетсяследующим образом. Как видно из (1),при поступлении на входы 27 разрядовдвоичного кода их значения поступаютодновременно и без изменений на входы 2 ячеек соответствующих столбцоводнородной структуры. Это обстоятельство позволяет выполнить в соответствии с (1) в строке олнородной структуры операцию последовательного логического умножения данных, поступающих на входы 2, причем в этом случаена выходе 7 крайней правой ячейкистроки будет сформировано значениеэтого произведения. Кроме того, всоответствии с (1) за счет управляющих сигналов г, и х обеспечиваетсявозможность на каждом шаге вычислений в качестве множителя (значениесигнала на входе 2) использовать егоинверсное значение, Таким образом,для обеспечения выполнения операциидешифрации п-разрядного двоичногокода потребуется использовать 2"стро,однородной структуры, каждая из которых обеспечивает вычисление соответст 1 Овующей импликанты и-разрядного кода.Пример построения схемы дешифрациитрехразрядного двоичного кода приведен на фиг. 3, на которой приведенызначения сигналов на входах ячейки 15и операции преобразования данных вячейке. Как видно для рассматриваемого случая, сигнал "1" формируетсятолько на выходе 7 последней ячейкипятой строки сверху, что и требуется 2 Одля решения поставленной задачи,Инверсия п-разрядного двоичногочисла. Задача, решаемая устройствомв этом случае, заключается в формировании на выходах 28 однородной структуры двоичного и-разрядного числа,значения разрядов которого являютсяинверсными относительно значений разрядов и-разрядного двоичного числа,подаваемого на входы 27 однородной 3 Оструктуры. Для решения этой задачидостаточно подать на входы 27 однородной структуры п-разрядное число;на входы 26 - значения "1"; на входы4 и 5 (1, 1) ячеек однородной структуры, у которых= 1, подать сигналыг = г = 1; на 4 и 5 входы остальныхгячеек структуры подать сигнал г = О.В результате такой настройки в тех(, 1) ячейках, для которых 11, 4 Обудет обеспечено выполнение следующих операций: Г = аГ = а,В (1, 1) ячейках, для которых1 = 1, будут выполняться операции:г 45В результате на выходе 7 (1,1)ячейки будет сформирован сигнал,значение которого равно инверсии сигнала, поступающего на вход 2 ячейки,т.е. инверсия значения старшего разряда числа, который поступает на 2750вход однородной структуры. Далее сигнал с выхода 7 (1,1)-ячейкибез изменения будет передан на выход 7(1,п)ячейки. Аналогично ца выходах28, 28, 28428 однородной55структуры будут сформированы инверсные значения остальных разрядов исходного двоичного числа, что и тре- . буется для решения постввлеццой задачи.Инверсия и-разрядного двоичного числа с маскированием. Зада а, решаемая устройством в этом случае, заключается в формировании ца выходах 28 однородной структуры тех инверсных зцачеций разрядов двоичного числа, поступающего на ее входы 27, вес которых задан единицами в соответствующих по весу разрядах поступающего на входы 26 управляющего вектора, остальные разряды исходного двоичного числа сбрасываются в "0". Данная операция полностью аналогична предыцущей операции инверсии с той разницей, что на входы 26 в этом случае подаются не "1", а значения разрядов двоичного вектора.Перестановка. Задача, решаемая устройством в этом случае, заключается в формировании на выходах 28 , 28 28 значений двоичного числа, поступающего поразрядно на входы 27 , 27 2, причемЪзначение сигнала на входе 271 формируется на выходе 28 , ца входе 27 - на выходе 28 ца входе 27 пн-формируется на выходе 281, Для решения этой задачи достаточно: на входы 26 однородной структуры подать значения "1"; на входы 27 - исходное двоичное число; на входы 4 и 5 (и - К+1,К)-ячеек (К = 1,2п) подать сигналы настройки г = О, гг = О; на входы 4 и 5 остальных ячеек - сигналы настройки г = О,1 В результате на выходе 7 (1,п)-ячейки будет сформировано логическое произведение "1" на значение сигнала на выходе 27, на выходе 7 (2,п)-ячейки - "1 ц на значение сигнала на входе 27 на выходеячейки первой строки - "1" на значение сигнала на входе 27 . Прц этом сигналы с выходов 7 перечисленных ячеек будут перЕданы далее без изменений на соответствующие выходы 28однородной структуры, что и требуется для решения поставленной задачиПерестановка с маскированием. Задача, решаемая устройством, заключается в формировании (аналогичном при выполнении предыдущей операции "Перестановка") ца выходах 28 однородной структуры всех значений разрядов двоичного числа, поступающего на ее входы 27, вес которых равен весу соцер 1501035 12жащих единицы управляющего вектора- маски, поступающего на входы 26, остальные разряды исходного вектора обнуляются.Эта операция выполняется полностью аналогично предыдущей операции "Перестановкап с той лишь разницей, что на входы 26 в этом случае поступает соответственно сформированный вектор-маска, содержаЩий как "1", так и "О".Перестановка с инверсией. Решаемая 15задача аналогична задаче Перестановка с той лишь разницей, что на выходах 28 однородной структуры формируются инверсные значения разрядовдвоичного числа, поступающего на ее 20входы 27. Для решения этой задачи вотличие от описанного решения задачи"Перестановка" на входы 4 и 5 (и-К+1,1К)-ячеек (К=1п) необходимо по, дать сигналы настройки к, = к = 1, 25чем достигается формирование. йа выходах 7 этих ячеек инверсных значений сигналов, поступающих в ячейкипо входам 2, Следует отметить также,что в случае полачи на вхопы 26 однородной структуры с такой настройкойячеек вектора-маски, содержащего как"1", так и "О", будет обеспечено выполнение операции перестановки с инверсией и маскированием, сущность.которой аналогична описанной операцииперестановки с маскированием. Разница заключается только в формированиина выходах 28 соответствующих инверсий значении разрядов двоичного числа, поступающего на входы 27,Формула изобретения Ячейка однородной структуры по авт.св, уф 1335975, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения операций логического анализа данных и их структурного преобразования, она содержит второй элемент И, второй элемент ИЛИ, с третьего по шестой элементы ЗАПРЕТ, причем первый настроечный вход ячейки соединен с прямым входом третьего элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, инверсный вход третьего элемента ЗАПРЕТ соединен с третьим настроечным входом ячейки, с инверсным входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, с первым входом второго элемента И и является третьим выходом ячейки, второй вход второго элемента И соединен с вторым настроечным входом ячейки и с прямым входом четвертого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с вторым настроечным входом второго мультиплексора, выход второго элемента И соединен с прямым входом пятого элемента ЗАПРЕТ и с инверсным входом шестого элемента ЗАПРЕТ, прямой вход которого соединен с первым информационным входом первого мультиплексора, вторым информационным входом ячейки и с инверсным входом пятого элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента ЗАПРЕТ, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.