Устройство ранжирования экстремальных значений

 

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 ичающееся тем, что, с целью расширения функциональных возмоухностей 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 регистра , 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 четвертым 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. (О 2, Устройство по п. 1, о т л и (Л чающееся тем, чтоблок управления содержит первый.и второй RSтриггеры , 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 S-входом второго RS-триггера, вто рой вход блока управления подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ, с выход которого соединен с К входом эо первого RS-триггера, третий вход бло;О ка управления подключен к первому вхоСО ду первого элемента И, ВТОРОЙвход которого соединен с первым входом второго элемента И и инверсным выходом счетного триггера, а выход подключен к S-входу первого триггера, прямой выход которого соединен с третьим выходом блока управления, а инверсныйсо счетным входом счетного триггера и вторым входом второго элемента И, выход которого к второму выходу блока управления , четвертый вход

.СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (50 6 06 F 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3454285/18-24 (22) 18.06.82 (46) 23.10.83. Бюл. g 39 (72) О. H. Партала (53) 681.325.3(088.8) (56) 1. Акимов П.С. Непараметрическое обнаружение сигналов. — "Радиотехника", 1977, т.32, N 11, с. 17-30.

2. Патент США М 3829664, кл. G 06 F 7/02, 1974 (прототип). (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 соеди нен 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, что блок управления содержит первый.и второй RSтриггеры, 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 S-входом второго RS-триггера, второй вход блока управления подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен c R-входом первого RS-триггера, третий вход блока.управления подключен к первому .вхо-. ду первого элемента И„ второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И и инверсным выходом счетного триггера, а выход подключен к S-входу первого триггера, прямой выход которого соединен с третьим выходом блока управления, а инверсныйсо счетным входом счетного триггера и вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к второму выходу блока управления, четвертый вход

1049899 блока управления соединен со вторым управления и третьему входу второго входом второго элемента ИЛИ и R-вхо- элемента И, четвергый выход блока упдом второго RS-триггера, выход которо- равления соединен с прямым выходом го подключен к первому выходу блока счетного триггера.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки сигналов радио и гидролокаторов, системах связи и др.

Устройства ранжирования являются частью систем непараметрической обработки сигналов, которые обеспечивают постоянство характеристик обнаружения независимо от величины и закона распределения помехи. Разновидно- 10 стью таких систем являются системы, производящие обработку экстремальных значений входного процесса.

Известно устройство ранжирования, содержащее линию задержки с отвода- t5 ми, набор схем сравнения, счетчик инверсий, запоминающее устройство и сумматор (1) .

Недостатком этого устройства является аппаратурная сложность,так как 20 в нем имеется большое количество схем сравнения.

Наиболее близкой к изобретению является аппаратура для ранжирования чисел, содержащая первый (основной) 25 сдвиговый регистр, второй (буферный) сдвиговый регистр, первый блок сравнения, счетчики рангов, блок управления, генератор тактовых импульсов, блок индикации результата, счетчик циклов сравнения, счетчик числа величин, второй блок сравнения, логические элементы И, ИЛИ, причем шина входных величин соединена с первым входом первой схемы ИЛИ, выход которой соединен с информационным входом основного регистра, а второй вход соединен с выходом основного ре гистра, первым входом первого блока сравнения и первым входом первого

1 элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента

ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединвн .с входом буферного регистра, первый выход которощ соединен со вторыми входами вто бй схемы ИЛИ и схемы вычитания, первый выход первого блока сравнения подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с входом первого счетчика 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 (2) .

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 Ь чисел перемещается

3 10498 по кольцову, 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 .число в буферном регистре сравнивается со всеми числами основного регистра с помощью схемы вычита-:. ния. Если число в буферном регистре превышает число в основном реги- t0 стре„ на выходе схемы вычитания появляется импульс„ который поступает

1 на счетчик числа превышений. Через t1 циклов этот счетчик подсчитает то ко-. личество чисел в основном регистре, 15 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. 20

Однако в известном устройстве объем чисел, подвергающихся ранжированию, ограничен числом 1т, кроме того, не производится отбор экстремальных значений из набора чисел. 25

Блок управления содержит первый и второй RS-триггеры, счетный триггер, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, причем первый вход блока управления соединен с первыми входами первого и второго . элементов ИЛИ и S-входом второго

RS -триггера, второй вход блока управления подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с R-входом первого RSтриггера, третий вход блока управления подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И и инверсным выходом счетного триггера, а выход подключен к S-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 блока управления, четвертый вход блока управления соединен со вторым входом

:второго элемента ИЛИ и R-входом второго RS-триггера, вь ход которого одключен к первому выходу блока управления и третьему входу второго элемента. И, четвертый выход блока управления соединен с прямым выходом счетного трИггера.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для ранжирования экстремальных значений; на фиг.2 -диаграммы напряжений блока управления; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления.

Устройство ранжирования экстремальных значений содержит шину 1 входных данных, основной регистр 2, буферный регистр 3, блок 4,сравнения, переключатель 5, блок 6 управления, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства ранжирования.

Для 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 вы 35 ходом буферного регистра, шйна начала работы устройства подключена к первому входу блока управления,второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов,пер40 . 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 срав 45 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 основного регистра, выход генератора

a., тактовых импульсов соединен с вхо- дом счетчика рангов и со вторым входом элемента И, выход которого подключен к управляющим входам основного и буферного ре гистров, выход блока сравнения соеди-

99 4 нен 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 четвертым входом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему управ i ляющим входам переключателя, выходы основного регистра и счетчика рангов соединены с выходными шинами устройства.

S 10498 генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8 рангов, элемент И 9, выходные шины 10, выход 1) конца цикла сравнения устройства, шину 12 начала работы устройства. 5

Блок управления содержит элементы

° И 13 и 14, первый .RS-триггер 15, счетный триггер 16, второй RS-триггер 17, элементы ИЛИ 18 и 19, входы 20-23, выходы 24-27. 1О

Устройство работает следующим образом.

В основном регистре 2 хранится набор из и чисел В (i =1, N), расположенных строго по порядку их величины, 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- 5 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 6 =В, - Л . Если Ь >О, то на выходе блока 4 будет потенци35 ал логического "0". При этом блок 6 управления выдает потенциал логической "1" по первому выходу на четвертый вход переключателя 5, который в

40 этом случае пропускает на свой :выход информацию с третьего входа (верхнего на фиг.l). Таким образом, основной регистр 2 получается замкнутым в кольцо и числа В1 с выхода регистра

2 перезаписываются на его вход.

Если на k-м такте разность Д

= В„ - Aj окажется меньшей или равной нулю (б «< 0) т. е. число Л1 превысит очередное число В<, то на время k-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 чис1 ла В1. После этого íà (k+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

N. После этого счетчик отсчитывает

М импульсов и после N-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 N чисел В и среди них "вклинилось" число Л, то чисел оказалось N+1. Последнее N+1-е число

Вм оказалось при этом в буферном регистре 3. Так как это число шло последним, оно самое маленькое по величине и поэтому отбрасывается, ибо после N-го тактового„ импульса буферный регистр 3 исключается иэ кольца.

В результате число Aj., 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 А оказалось меньше любого из В1, то в течение всего времени анализа (N тактовых импульсов) регистр 2 остается замкнутым в кольцо и к концу времени анализа содержимое регистра 2последовательность чисел В - оста1 ется 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 включения

7 104 питания) . Тогда любое анализируемое число А1 на первом тактовом импульсе запишется в регистр 2 и после М тактовых .импульсов окажется в самой последней (правой) ячейке регистра 2. На следующем цикле анализа, если новое анализируемое число

А2>А1, то на первом тактовом импульсе оно запишется в регистр

2, а эа ним на втором тактовом им- 1л пульсе с буферного регистра 3 следом запишется Аg . Если А сЛ4, то на первом тактовом импульсе в регистр

2 запишется А 1, а следом за ним (со входной шины 1) число А . В результате такого процесса за N циклованализа (каждый по М тактовых импульсов) произойдет сортировка по величине чисел А1,..., Аь и в регистре 2 они окажутся расположенными по порядку величины и будут иметь обозначения В;. При работе устройства на выходных шинах 10 каждому числу

В будет соответствовать его порядковый номер (ранг) R, - с выходов 25 счетчика 8 ранга.

В результате на первых М циклах анализа предлагаемое устройство выполняет ту же операцию, что и известное. Но работу данного устройства можно продолжить и дальше, чего нель зя 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 с40 шины 12 поступает на вход 22, устанавливает RS-триггер 17 в состояние "l по прямому выходу, à RS-триггер 15 и счетный триггер 16 через элементы

ИЛИ 18 и 19 устанавливает в состоя- 4> . ние "0" но входам R. Прямой выход .

RS-триггера 17 является выходом 27 блока 6 и поступает затем на элементы И 9. На.инверсных выходах RS-триггера 15 и счетного триггера 16 устанав- 50 ливается потенциал логической "P .Та-. ким образом, на всех входах элемента

И 14 имеются логические "1", и на выходе 24 блока 6 также появляется логическая "1" {фиr.2е). Это соответ- 55 ствует режиму работы устройства ран.жирования-с замкнутым в кольцо регистром 2.

Если блок Ч сравнения выдает на

k-м тактовом импульсе потенциал логической "1" (А >Вк, фиг.2в), то этот потенциал через вход 20 блока 6 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 RS-триггер

15 в состояние "1" по прямому выходу. Эта "1" поступает на выход 25 (блока 6, фиг.2г). На вход 21 блока 6 поступают тактовые импульсы с генератора 7 (фиг.2а) . Первый же импульс, после срабатывания триггера 15 (т.е.

k+1-й по счету) через элемент ИЛИ 18 по R-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 "l no прямому выходу, который является выходом 26 блока 6 управления (фиг.2д). 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.

Выход 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 генерато ра 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 N 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,В, и количеством чисел N. Так, для N

9 1049899 10 256 и числе а

56 числе разрядов 8 регистр 2 гов - на двух микросхемах 155ИЕ7. Ос еыполнюется на в х мик о д у росхемах тальные узлы - блок 6 управления, ге505ИР6, б ый еги уферн " р гистр 3- на од- нератор 7 тактовых импульсов и схема ной микросхеме 155ИР13,блок 4 срав- 9 совпадения выполняются на 4-5 микнению " на двух микросхемах 155ИПЗ, g росхемах (триггеры и логика). Устройэлектронный переключатель - .на 8 микросхемах 1 ЛРЗ счетчик ство имеет порядка 20 микросхем т.е. оно весьма компактно и экономично.

° ° °

1049899

24 25 26

Ф аЗ

ВНИИПИ Заказ 8427/46 Тираж 706 Подписное

Филиал ППП "Патент", .r, Ужгород, ул. Проектная, 4,