Многофункциональная ячейка однородной структуры

СКОМУ С ТЕЛЬС К А ическии В,Вопч нститу ска льство СССР7/00, Н 03 К 17/О ство СС О, 1985 ЛЬНАЯ ЯЧЕИКА ия к автоматике и технике и может строении решаювных параллель- и данных. Целью лнения операер построения мы вычисления(Ье инфорхода 5-8, двадцать емых лоре мульрегистра ъ мент (фиг,, три элеи мультищим о ле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 1(54) МНОГОФУНКЦИОН ОДНОРОДНОЙ СТРУКТУ (57) Изобретение относит цифровой вычислительно быть использовано при и щих полей для ассоциат ных процессоров обработ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения однородных вычислительных структур.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ячейки однородной структуры за счет выполнения логических операций И, ИЛИ. НЕ над входными переменными, а также коммутации входных переменных или результатов их логического преобразования на любой из выходов ячейки,На фиг. 1 приведена структурная схема ячейки; на фиг, 2 - функциональная схема управляемого логического элемента; на фиг, 3 - графическая интерпретация функциональных возможностей ячейки; на фиг. 4 - пример построения коммутационной схеизобретения является расширение функциональных возможностей ячейки однородной среды за счет выполнения логических операций И, ИЛИ, НЕ над входными переменными, а также коммутации входных переменных или результатов их логического преобразования на любой из выходов ячейки. Ячейка содержит четыре информационных входа 1-4, четыре выхода 5-8, четыре настроечных входа 9-12, двадцать элементов И 13-32, четыре управляемых логических элемента 33-36, четыре мультиплексора 37- 40 и два сдвиговых регистра 41 и 42. В однородной структуре обеспечивается выполнение операций разбиения, групповой перестановки, сдвига; слияния, одновременного разбиения и перестановки, выполняются логические операции, вычисление булевых функций и коммутация данных, б ил 2 табл. мы; на фиг, 5 - пример выпоции сдвига; на фиг, б - примв однородной структуре схефункции.Ячейка (фиг, 1) содержит четырмационных входа 1-4, четыре вычетыре настроечных входа 9-12,элементов И 13-32, четыре управлгических элемента (УЛ Э) 33-36, четтиплексора 37-40 и два сдвиговых41 и 42.Управляемый логический эле2) содержит три элемента И 43-45мента ИЛИ 46-48, элемент НЕ 49плексор 50.. Данный режим работы однородной структуры заключается в обеспечении настройки ячеек на выполнение требуемых функций путем записи управляющих слов в сдвиговые регистры 41 и 42 ячеек. В результате на управляющих входах р 1-рз УЛЭ 33-36 и управляющих входах а 1 и а мультиплексоров 37-40 ячеек однородной структуры формируются управляющие сигналы, коммутирующие входные потоки данных в соответствующих комбинациях на выходы 5-8 ячейки,Операции, выполняемые над данными в УЛЭ и выходных мультиплексорах в зависимости от комбинации сигналов управления, приведены соответственно в табл. 1 и 2.Запись управляющих слов в сдвиговые регистры 41 и 42 ячеек однородной структуры выполняется следующим образом.На управляющие входы 12 ячеек однородной струкгуры подается сигнал Е 4 = О. В результате на выходах элементов И 13-32 .ячеек формируются сигналы управления: р 1-рг=рз= а 1= а 2 =О.Таким образом, в каждой ячейке однородной структуры обеспечивается выполнение следующих операций над данными; причем одновременно информация с информационного входа 1 (Х 1) в каждой ячейке поступает на информационные входы сдвиговых регистров 41 и 42, что позволяет обеспечить поразрядную запись в сдвиговые регистры 41 и 42 требуемых управляющих слов следующим образом, На группу входов однородной структуры подается двоичное слово о о о ойф,: а л, а 2 л, аз л, ал и,где ац- значение нулевого разряда двенадцатиразрядного управляющего слова для УЛЭ (1, 1)-й ячейки. Затем на первый настроечный вход 9 каждой ячейки подается сигнал записи Е 1 = 1, который поступает на входы управления записью сдвиговых регистров 41 всех ячеек п-столбца, чем обеспечивается запись данных с информационных входов 1 ячеек в нулевой разряд сдигового резистра 41. Далее на группу входов однородной структуры подается двоичное слово В = Ь 1,л Ь 2,л 1 ЬЗ,П Ь Гп,л 5 10 15 20 25 30 35 где Ьц - значение нулевого разряда управляющего слова для мультиплексоров 37-40 (1, -й ячейки,При подаче на второй настроечный вход 10 ячеек сигнала записи 22 = 1 в сдвиговые регистры 42 ячеек будут занесены соответствующие разряды слова В, после чего на третий настроечный вход 11 однородной структуры подается импульсный сигнал Ез = =1, который поступает на входы управления сдвигом сдвиговых регистров 41 и 42. В результате обеспечивается сдвиг информации, записанной в этих регистрах, на один разряд. Аналогично происходит запись в сдвиговые регистры 41 и 42 ячеек п-столбца следующих разрядов управляющего слова: а, Ь, ац, Ь, аи, ., ая, Ьц1 1 2 г 11 11Функциональные возможности ячейки как коммутационного элемента позволяют выполнять операции преобразования данных. Особенность выполнения этих операций заключается в том, что в результате преобразований значения элементов обрабатываемых операндов не изменяются, Изменяется только структурная (позиционная) организация элементов операнда.Таким образом, при выполнении операций данного типа в соответствии с функциональными возможностями ячейки на настроечные входы УЛЭ 33-36 ячеек требуется подать сигналы р 1 = рг = рз = О. В результате этого на выходах Г 1-Р 4 УЛ Э 33-36 всех ячеек структуры будут формироваться сигналы:Р 1= Х 1;Гг= Х 2;РЗ=ХзЕ 4 = Х 4.Таким образом, в зависимости от сигналов а 1, аг, поступающих с соответствующих выходов сдвигового регистра 42 через элементы И 25-32 на настроечные входы мультиплексоров 37-40, в ячейке будут реализовываться различные операции коммутации данных с выходов УЛЭ 33-36 на выходы 5-8 ячейки.Возможные варианты коммутации данных с информационных входов 1-4 на выходы 5-8 ячейки при условии идентичности сигналов управления, поступающих на настроечные входы мультиплексоров 37-40, приведены на фиг. 3. Среди операций коммутации данных можно выделить три класса операций: бинарное слияние, разбиение и групповая перестановка. Эти операции выполняются в однородной структуре следующим образом.50 55 Бинарное слияние,Задача, решаемая устройством в данном случае, заключается в формированиина группе выходов однородной структурыдвоичного р-разрядного вектора О, элементами которого являются элементы векторовА = Х 1, Х 2 Х и В = У 1, У 2, "., У, причемр = 2 гпах (К з), а структура О имеет видО = Х 1, У 1, Х 2, У 2,ХК, Уз,при 1= з.О = Х 1, У 1, Х 2, У 2, ХУз, Х 1+1, О, , ХЬ О,при 1 з,О=Х 1,У 1,Х 2,У 2, ,Х, У 1,0, У+1, ,О, 3.при 1з.После формирования коммутационной схемы для выполнения операций достаточно на соответствующие входы групп однородной структуры подать соответствующие значения первого вектора А) и второго вектора (В),Пример организации в однородной структуре коммутационной схемы при А = = Х 1, Х 2 Хз Х 4 и В = У 1 У 2 Уз У 4 при выполнении операции бинарного слияния приведен на фиг, 4.Разбиение.Задача, решаемая устройством при выполнении операций этого типа, заключается в формировании на ортогональных группах выходов однородной структуры двоичных векторов А= Х 1, Х 2, Х и В = У 1, У 2, , У, элементами которых являются элементы вектора О,Операция разбиения выполняется аналогично предыдущей.Групповая перестановка.Задача, решаемая устройством при выполнении операции этого типа, заключается в формировании на выходах однородной структуры двоичного вектора О, элементами которого являются элементы вектора О, причем позиционное расположение элементов в О отлично от их позиционного расположения в О, Данные операции выполняются аналогично предыдущим: для реализации требуется задать в однородной структуре соответствующую схему коммутации информационных каналов,Среди операций групповой перестановки широкое применение имеют операции сдвига, Пример реализации таких операций в однородной структуре приведен на фиг, 5, где графически показана коммутационная схема информационных каналов, формируемая соответствующей настройкой ячеек однородной структуры, В результате при поступлении на входы структуры вектора А= = Х 1 Х 2 Хз Х 4 Х 5 Х 6 на выходах будет сфор 5 10 15 20 25 30 35 40 45 мирован вектор А = Х 2 Хз Х 4 Х Х 6 Х 1, который является результатом циклического сдвига на один разряд вектора А,Функциональные воэможности ячеек позволяют реализовать в однородной структуре составные операции преобразования структур данных, т.е, выполнять операции бинарного слияния, разбиения и групповой перестановки в комплексе,Функциональные возможности ячейки как логического элемента обеспечивают реализацию операций логического умножения, сложения и инверсии над данными, поступающими на ее информационные входы 1-4,Логическое сложение, умножение и инверсия двоичных векторов.Задача, решаемая в устройстве, заключается в формировании на выходах однородной структуры двоичнога вектора О, который является результатом логического сложения (умножения, инверсии) векторов А и В, поступающих в структуруДля выполнения данных операций достаточно выполнить настройку диагональных ячеек однородной структуры на выполнение соответствующей логической операции и задать требуемую коммутацию информационных каналов в однородной структуре,В структуре возможно одновременное выполнение двух различных логических операций.Используя ресурсы структуры для выполнения коммутационных операций одновременна с логической обработкой, возможны и операции бинарного слияния, разбиения и групповой перестановки. Последнее позволяет формировать на выходах структуры вектор-результат с желаемой структурной организацией.Вычисление булевых функций от К-переменных,Задача, решаемая в устройстве, заключается в формировании на одном из выходов структуры значения булевой функции, переменные которой поступают на информационные входы структуры,Для выполнения в однородной структуре данной операции требуется предварительно сформировать алгоритм вычисления функции путем задания соответствующих логических и коммутационных функций ячеек, На инфромационные входы структуры подают значения переменных. Пример построения в однороднойструктуре схемы вычисления функции0 = (Х 1Х 2) В (Х 1 Х 4 " ХЗХ 5) ч У 6приведен на фиг. б.Формула изобретения Многофункциональная ячейка однородной структуры, содержащая первый и второй мультиплексоры, первый и второй 5 элементы И, причем выход первого мультиплексора соединен с выходом ячейки, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения логических операций И, 10 ИЛИ, НЕ над входными переменными, а также коммутации входных переменных или результатов их логического преобразования на любой из выходов ячейки, она содержит третий и четвертый мультиплексоры, с 15 третьего по двадцатый элементы И, четыре управляемых логических элемента и два сдвиговых регистра, причем первые информационные входы 1-го управляемого логического элемента соединены с 1-м 20 информационным входом ячейки, информационные входы сдвиговых регистров соединены с первым информационным входом ячейки и 1-м входом 1-го управляемого логического элемента ( = 1, 4), первый и второй 25 настроечные входы ячейки соединены с входом разрешения записи соответственно первого и второго сдвиговых регистров, вход разрешения сдвига которых соединенс третьим настроечным входом ячейки, чет вертый настроечный вход которой соединен с первым входом 1-го элемента И (1 = 1, 20), второй вход а-го элемента И соединен с щ-м выходом (щ = 1, 12) первого сдвигового регистра, 1-й настроечный вход (т = 1, 3) 1-го управляемого логического элемента соединен с (31-(3-т) )-м элементом И, 1-й информационный вход ячейки соединен с 1-м входом первого управляемого логического элемента, второй информационный вход ячейки соединен с вторыми информационными входами третьего и четвертого управляемых логических элементов, третий информационный вход последнего из которых соединен с третьим информационным входом второго управляемого логического элемента и третьим информационным входом ячейки, четвертый информационный вход которой соединен с четвертым информационным входом второго и третьь о управляемых логических элементов, выход 1-го управляемого логического элемента соединен с 1-ми информационными входами мультиплексоров с первого по четвертый, выход(1+1)-го из которых соединен с (1+1)-и выходм ячейки, з-й вход второго сдвигового регистра соединен с вторыми входами (а+12)-го элемента И. (э = 1, 8), (1-1)-й настроечный вход 1-го мультиплексора соединен с выходом 12+ (2 -(2 - т, - 1-го элемента И,Таблица 11663609 Составитель В,Сорокиктор А.Лежнина Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 2266 Тираж 397 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5