Ячейка однородной структуры

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения плоскостныкоднородных структур для вычисленияпроизвольных нормальных формул (втом числе и скобочных), заданных в базисе И, ИЛИ, НЕ при равной доступностипрямык и инверсных выходов источников информации, ОЦелью изобретения является сокращение числа внешних выводов структу,ры, образованной из ячеек.На фиг.1 приведена функциональная схема ячейки однородной структуры; на фиг,2 - схема организации однородной структуры из предлагаемыхячеек для вычисления логических функций от и переменных, заданных в,базисе И, ИЛИ, НЕ; йа фиг,3 - схема 20долговременной настройки ячеек однородной структуры для выполнения требуемых функций; на фиг,4 - пример вычисления булевой функции в однородной(фиг,1) содержит два входа 1 и 2 настройки, два информационных входа 3и 4, два информационных выхода 5 и6, мультиплекс оры 7 и 8, три эл емента 30И 9-1), дга элемента ЗАПРЕТ 12 и 13,три элемента ИЛИ 14-16 и два триггера17 и 18,Однородная структура для вычисле, ния булевых функций от К-переменныкорганизована иэ ячеек однороднойструктуры следующим образом (фиг,2);информационные входы 20 20,20 з 20, однородной структурыподключены соответственно к информационным входам 3 ячеек первого столбца, информационные входы 3 остальныхячеек каждой строки структуры подключены соответственно к информационнымвыходам 6 ячеек, являющихся соседними ячейками в строке слева, информационные входы 19 19, 19 э19 иоднородной структуры подключены соответственно к информационным входам 4ячеек последней (и-й) строки струк 50туры, информационные входы 4 остальных ячеек каждого столбца соответственно подключены к информационнымвыходам 5 ячеек, являющихся соседнимиячейками в столбце снизу, информационные выходы однородной структуры5522, 2222 соответственно подключены к выходам 5 ячеек первойстроки структуры в информационные вы с = хЬчЬ (х г Ьч г 1 я а);с 1 = уеч у (х, г а ч г,г аЬ ч к, х (1) х г, (а Ч Ьг, = хЬ ч хг,; х =уач у 2 где х е - соответственно значения прямых выходовтриггеров 17 и 18 ячейкиоднородной структуры;соответственно значения г г прямых выходов триггеров 17 и 18 ячейки,формируемых при поступлении на их входы сигналов х и и у;соответственно значения информационнык сигналов, поступающих на информационные входы 3 и 4 ячейки;соответственно значения информационных выходов 5 и 6 ячейки однородной структуры, формируемые в результате вычисления булевых функций из системы . а, Ъ При поступлении на входы 1 и 2 ячейки однородной структуры сигналовходы 21, 21 21 однородной структуры подключены соответственно к выходам 6 ячеек последнего (и-го) столбца, первый управляющий вход 23 однородной структуры подключен к управляющим входам 2 всех ячеек первого столбца и управляющим входам 1 всех ячеек последней (и-й) строки структуры, второй управляющий вход 23 однородной структуры подключен к входам 2 всех ячеек второго столбца и вкодам 1 всех ячеек (и) строки структуры 1-й управляющий вход 23; однородной структуры подключен к входам 2 всех ячеек 1-го столбца и входам 1 всех ячеек (и+1) строки структуры,Ячейка однородной структуры в зависимости от сигналов х и у, посту- . пающих на ее входы 1 и 2, реализует вычисление следующих логических функций(8) й аЬ; г гЭ х1 и у1 в ячейке реализуетсясистема функций: Как видно из системы (2) в данном случае в ячейках однородной структуры реализуется функция коммутации 15 сигналов с выходов а и Ь на выходы с и Й. При этом одновременно в триггеры 17 и 18 каждой ячейки заносятся значения сигналов, поступающих на входы а и Ь ячейки. 20При поступлении на входы 1 и 2 ячейки однородной структуры сигналов хО и уО в этой ячейке реализуется система фукнций: с ггЬЧ гза;с 3 г, г, а ч г,г аЬ ч гг(ач Ь), (3)г, = г,;130 В этом случае триггеры 17 и 18 ячейки сохраняют свои предыдущие состояния, а на выходах с и д формируотся соответствующие значения булевых функций, переменными которых являются входные сигналы а и Ь и значения состояний триггеров 17 и 18 (г 40 и г,).При поступлении на входы 1 и 2 сигналов х = О, у = 1 в ячейке однородной структуры реализуется система функций 1г =а.В этом случае сигнал а с информационного входа 3 поступает без изменений на выход 6 ячейки, триггер 17 сохраняет свое значение, а триггер 18 принимает значение сигнала а, поступающего с входа 3 ячейки. На выходе 5 формируется значение фукнций г, (а чЬ), так как г - а.При поступлении на входы 1 и 2 ячейки однородной структуры сигналов х1, у = О в ней реализуется система функций; В этом случае сигнал Ь с входа 4 поступает без изменений на выход 5, триггер 17 сохраняет свое значение, триггер 18 устанавливается в состояние, соответствующее состоянию входа 3, а на выходе 6 формируется значение функции г, (а Ч Ь).В соответствии с системами (2) (5) фукнций в зависимости от значений состояний триггеров 17 и 18 ячейки однородной структуры и при подаче на ее входы 1 и 2 управляющих сиг-. налов хО, уО,в ячейке могут быть реализованы следующие системы функций: а) приз, О, гО б) прыг,О, г 1 в)приг, 1,г О(9) с 1=аЪ Ь; 10 40В режиме программирования функций ячеек однородной структуры решаемая задача заключается в,установке триггеров 17 и 18 ячеек однородной структуры в требуемые состоянияНа данном этапе в рднородной структуре по сути формируется комбинационная схема вычисления заданной булевой функции от К переменных из двухвходовых элементов И и ИЛИ и двухвходовых коммутационных элементов, организованных50 в виде древовидной структуры, Функциональные возможности ячейки однородной структуры позволяют разместить в каждом столбце структуры один двухвходовой элемент древовидной структуры, число элементов которой для общего случая равно (К), В каждой строке однородной структуры допуРассмотренные особенности ячейкиоднородной структуры при организации из этих ячеек однородной структуры позволяют выполнить долговременную настройку однородной структурына реализацию заданной булевой функции от и переменных, При этом настрой.20ка однородной структуры обеспечивается путем установки триггеров 17 и18 ячеек однородной структуры в требуемые состояния в режиме программирования функций ячеек, В результате такой настройки каждая ячейка однородной структуры выполняет одну изфункций (б) - (9). В режиме вычисления значения булевой функции на настроечные входы всех ячеек однородной структуры подается сигнал логического 0, В результате в однороднойструктуре реализуется пространственно развернутый интерационный процессвычисления запрограммированой в струк туре схемы вычисления булевой функции от К переменных,Устройство работает следующим образом,скается расположение одного каскададревовидной структуры, т.е. Одной линейной структуры из максимального ко"личества элементов И, элементов ИЛИи коммутационных элементов, причемодин и тот же элемент может входитьтолько в один каскад. В процессе программирования ячеек однородной структуры триггеры 17 и 18 тех ячеек, которые предназначаются для реализацииэлементов И древовидной структурыустанавливаются в состояние к, = 1,г = О, чем обеспечивается реализация в ячейке системы (8) функций,для Реализации элементов ИЛИ - системы (9) функций, для связи с последним элементом каждого каскада, за исключением каскада, соединенного с выходом схемы, - системы (7) функций,остальные ячейки настраиваются на ре-ализацию системы (6) функций. В результате в однородной структуре бу:дет сформирована комбинационная схемадля вычисления заданной булевой функции от К переменных, в которой информационные каналы сформированы изпоследовательностей ячеек, настроенных на выполнение коммутационныхфункций, а узлы преобразования информации - из ячеек, реализующихоперации логического умножения и сложения двух переменных,Установка триггеров 17 и 18 ячеек однородной структуры в устройствевыполняется следующим образом, Нагруппу входов 232323однородной структуры (фиг,2) подается управляющий вектор и = 1, 1, 1 1.Прн этом все ячейки однородной структуры настраиваются на выполнение1системы (2) функций. На группу входов однородной структуры 20 2020 и группу входов 19 1919соответственно подаются двоичныевектора а и Ь, значения элементовкоторых соответствуют тем значениямсостояний триггеров 18 ячеек и-гостолбца и триггеров 17 ячеек первойстроки, в которые требуется выполнитьих установку. При таком составе управляющих сигналов вектора и в соответствии с системой (2) функций выполнится установка триггеров 18 и 17в требуемые состояния, Далее на группу входов 23 23 23 однородной структуры подается вектор и = 1,1, 11, 1, О, В результате вячейках первой строки реализуютсяфункции системы (4), в ячейках и-го столбца - функции системы (5), при этом в ячейке первой строки и-го столбца реализуются функции системы (3)На группу входов 20 20 20 и группу входов 19 19 19 после подачи вектора подаются одновременно векторы а и Ь, значения элементов которых соответствуют значениям триггеров 18 и 17 ячеек (и)-го столбца и нторой Строки, в которые требуется их уста- новить. В соответствии со значениями управляющих сигналов, поступающих с группы входов 23, 2323 на входы 1 и 2 ячеек однородной структуры, в ячейках первой строки состояния триггеров 17 не изменятся (системы (3) и (4) функций), в ячейках и-го столбца состояния триггеров 18 не изменятся (системы (4) и (5) функций), в триггеры 17 ячеек второй строки соответственно будут занесены значения элементов вектора а, в триггеры 18 ячеек (и)-го столбца будут занесены значения элементов вектора Ъ.Далее на группу входов 23 2323однородной структуры подается вектор и = 1, 1, 11, 1, О, О. На входы 20 20 д20 и входы 19 19 19 соответственно подаются векторы а и Ь.В результате, аналогично описанному, в триггеры 17 третьей строки однородной структуры будут занесены значения элементов вектора а, а в триггеры 18 (и)-го столбца - элементы вектора Ь.Процедура занесения информации в триггеры 17 и 18 остальных ячеек однородной структуры аналогична. Причем при каждом последующем этапе ввода данных значение старшего разряда вектора и изменяется с "1" на "0"В результате через и тактов триггеры 17 и 18 всех ячеек будут установлены в требуемое состояние (и- число столбцов в однородной структуре), что и требуется для решения поставленной задачи. Графическая схема процесса занесения элементов векторов а и Ь н соответствующие триггеры 18 и 17 ячеек однородной структуры показана на фиг.3, где ин" декс соответствует порядковому номеру вектора а и Ь, подаваемых на входы 20 и 19 структуры.Задача, которую решает устройство н режиме вычисления булевой функции от К переменных, заключается в формировании на одном из выходов 21 однородной структуры значения этой функции после подачи на входы 19 и 20 однородной структуры значений переменных, При этом вычисляемая функция должна быть задана н базисе И, ИЛИ, НЕ, Реализация данного режима 510 работы обеспечивается следующим образом,Предварительно выполняется программирование ячеек однородной структуры путем установки в требуемые состояния их триггеров 17 и 18. Тем самым ячейки однородной структуры настраиваются на выполнение заданной системы функций. В результате в однородной структуре формируется комбинационная схема для вычисления заданной булевой функции от К переменных, Режим программиронания ячеек однородной структуры на выполнение функций н соответствии со схемой ны" числения булевой функции описан. 15 20 25 древовидной схемы, вторые входы которых подключены к входным переменным. Результат вычисления значения функции от К переменных формируется по окончании переходных процессов в ячейках однородной структуры .на выходе последнего элемента первой строки структуры,55 Далее на входы 23 однородной струкЗ 0 туры подается вектор и = О, О, О0,0, В результате на входы 1 и 2 всехячеек структуры будут поданы управляющие сигналы х = 0 и у = О. В этомслучае каждая ячейка однородной 35 структуры реализует функции системы(3), т,е. в зависимости от значенийг, и г (состояний триггеров 17 и 18)в ячейках однородной структуры будут реализовываться функции из сис тем (6) - (9). Входные переменныевычисляемой булевой функции одновременно подаются на входы 19 и 20однородной структуры следующим образом. Переменная с первым входом на чального элемента х-го каскада древонидной схемы (1 1, 2К/2)подключается на вход -й строки однородной структуры, Остальные переаменные подаются на входы (К/2) столб цов структуры, в которых размещеныПример формирования в однородной структуре древовидной схемы вычисления логической функции( х х ч х х 4 ч ххЧ хх 4 чЧ ХУХРЫ Хх У ХХ У Х 4 к 1(Ххц ХХ Ч ХХЧ Хф Х Ч 10Чх хЧ х х, У х 4 х,ч х 4 х)приведен на фиг,4, где показаны информационные каналы, а в ячейках ука б заны реализуемые ими функции.формула изобретенияЯчейка. однородной структуры, содержащая два мультиплексора, элемент 20 И, элемент ИЛИ, элемент ЗАПРЕТ, причем ,первый информационный вход ячейки ;подключен к первым информационным входам первого и второго мультиплек,соров, первым входам первых элементов И и ИЛИ, вторыевходы первых элементов И и ИЛИ подключены к второму информационному входу ячейки и к второму информационному входу. первого мультиплексора, управляющий вход ко торого соединен с первым управляющим входом второго мультиплексора, второй, третий и четвертый информационные входы которого подключены соответственно к входу логического нуля устройства, выходам первых элементов И и ИЛИ, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью сокращения количества внешних выводов структуры, в него введены два элемента И, 40 два элемента ИЛИ, два триггера и элемент ЗАПРЕТ, причем информациойныйвход первого триггера подключен квторому информационному входу ячейки, а синхровход этого триггера подключен к первому входу настройкиячейки, первому входу второго элемента И, первому инверсному входу первого элемента ЗАПРЕТ, выход первоготриггера подключен к второму инверсному входу первого элемента ЗАПРЕТи второму управляющему входу второго мультиплексора, информационныйвход второго триггера подключен кпервому информационному входу ячейки,синхровход второго триггера подклю"чен к рторому входу настройки ячейки, к инверсному входу второго элемента ЗАПРЕТ, первому входу третьегоэлемента И, второй вход которого подключен к первому входу первого эле-мента И, а выход - к первому входувторого элемента ИЛИ, выход второготриггера подлкючен к управляющемувходу первого мультиплексора, выходкоторого подключен к прямому входупервого элемента ЗАПРЕТ, второй входвторого элемента И подключен к второму информационному входу ячейки,выход второго элемента И подключенк первому входу третьего элементаИЛИ, второй вход которого подключенк выходу первого элемента ЗАПРЕТ, авыход является первым информационнымвыходом ячейки, выход. второго мультиплексора подключен к прямому входувторого элемента ЗАПРЕТ, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ является вторым информаци"онным выходом ячейки.аказ 4153/45 Подписное ВНИИП и113035 4 5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 704 Государственного елам изобретений и сква, Ж, Раушс