Устройство для сбора и кодирования информации с годоскопических детекторов и многопроволочных пропорциональных камер

 

Область использования: системы сбора данных в Исследованиях по ядерной физике элементарных частиц. Сущность изобретения: в устройстве для сбора и кодирования информации с многопроволочтных пропорциональных камер и годоскопических детекторов, содержащем усилителиформирбвэтели, выходной регистр, блок кодирования и входной регистр, подключенный входами к соответствующим выходам N автономных усилителей - формирователей и выходами - к соответствующим входам блока кодирования, введены два сумматора , подключенных входами к соответствующим выходам блока кодирования и выходами к соответствующим входам выходного регистра, а блок кодирования выполнен многозвенным с количеством кодирующих элементов, уменьшающимся от входа к выходу в геометрической прогрессии в п раз. 3 ил..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 Т 5/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4883800/25 (22) 20.11.90 (46) 23.08.93. Бюл. М 31 (71) Институт ядерных исследований АН СССР (72) Л.Г.Геворков и В.Д.Лаптев (56) Авторское свидетельство СССР

N. 951967, кл. G 01 Т 5/12, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1281014, кл. G 01 Т 5/12, 1989.

Proportional chamber Operating System (РСО$) разработанная фирмой JIF. ГРОЙ, США (Le Groy, USA). (54) УСТРОЙСТВОДЛЯ СБОРАИ КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ГОДОСКОПИЧЕСКИХ

ДЕТЕКТОРОВ И МНОГОПРОВОЛОЧНЫХ

ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫХКАМЕР (57) Область использования: системы сбора данных в исследованиях по ядерной физике

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, а именно к системам сбора данных в исследованиях по ядерной физике и физике элементарных частцц, может быть использовано для быстрого сбора и кодирования информации с многопроволочных пропорциональных камер и годоскопических детекторов.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства с двухз вен ной схемой блока кодирования; на фиг.2 — функциональная схема кодирующего элемента первого типа; Ы, 1835529 А1 элементарных частиц, Сущность изобретения: в устройстве для сбора и кодирования информации с многопроволочйых пропорциональных камер и годоскопических детекторов, содержащем усилителиформирователи, выходной регистр, блок кодирования и входной регистр, подключенный входами к соответствующим выходам N автономных усилителей — формирователей и выходами — к соответствующим входам блока кодирования, введены два суммато,ра, подключенных входами к соответствующим выходам блока кодирования и выходами к соответствующим входам выходного регистра, а блок кодирования выполнен многозвенным с количеством кодирующих элементов, уменьшающимся от входа к выходу а геометрической прогрессии в и раз. 3 ил.. на фиг,3 — функциональная схема кодирующего элемента второго типа, Устройство (фиг.1) состоит из N параллельных усилителей — формирователей 1, входы 2 которых являются входами устройства, а выходы усилителей — формирователей 1 соединены со входами 3 входного регистра 4, ко входу синхронизации записи

5 которого подключена шина "Пуск". Выходы входного регистра 4 разбиты на N/n параллельных секций, по (и+1) разрлдое в каждой, следующим образом:

1 секция — разряды от нулевого до п-ого, 1835529

16 КЭВЗ 9.

2 секция - разряды от и-ого до 2n-oro, 3 секция — разряды от 2п-ого до Зп-ого.

1-.вая секция — разряды от (I-1) и-oro до

Ь-ого.

Каждый In-ый разряд входного регистра

4 входит в качестве "младшего" в (1+1)-ую секцию и в качестве старшего в I-ую. Выходы входного регистра 4 подключены llo секциям ко входам кодирующих элементов первого типа (КЭПТ) 6 блока кодирования, причем (ln+k)-ый выход входного регистра 4 подключен к k-ому разряду входа -ого КЭПТ

6. Первые выходы 7 КЭПТ 6 подключены к первым входам 8 кодирующих элементов второго типа (КЭВТ) 9, а вторые выходы 10

КЭПТ 6 подключены ко вторым входам 11

КЭВТ 9. Третьи выходы 12 КЭПТ 6 подключены к третьим входам 13 КЭВТ 9, а четвертые выходы 14 КЭПТ 6 подключены к четвертым входам 15 КЭВТ 9. К пятому входу 16 КЭПТ 6 In+k-oA секции подключен kовый разряд пятого выхода 17-ого КЭВТ 9, а k-ый разряд пятого выхода 1.7 I-oro КЭПТ 6 подключен к R-входу In+k-oro разрядного входного регистра 4.

Первый выход 7 КЭВТ 9, стоящего в

j-вом звене O-2,3...!оцпй) на n+k-ом месте, подключен к k-ому разряду первого входа 8

КЭВТ 9, стоящего в j+1-ом звене íà I-ом месте. а первый выход 7 К383 9, lognN-ого звена является шиной "конец обработки".

Второй выход 10 КЭВТ 9, стоящего в

)-овом звене на In+k-ом месте, подключен к

k-ому разряду второго входа 11 КЭВТ 9, стоящего в О+1)ом звене íà I-ом месте.

Третьим — ((J logan)-разрядные выходы

12 К3ВТ 9, стоящего в J-ом звене íà In+k-ом месте подключены к разрядам k-ого канала третьего входа 13,состоящего из j каналов

no (j logan) разрядов в каждом канале КЭВТ

9, стоящего в j+1-ом звене на 1-ом месте.

Четвертые (J logan)-разрядные выходы 14

КЭВТ 9, стоящего в j-ом звене íà In+k-ом месте, подключены к разрядам k-ого канала четвертого входа 15,состоящего из п каналов по (j 1одгп)-разрядов в каждом канале

КЭВТ 9, стоящего в J+1-ом звене на 1-ом месте, подключен к пятому входу 16 КЭВЗ

9, стоящего в J-ом звене Hà tn+k-ом месте, а к пятому входу 16 КЭВЗ 9 iognN-ого звена подключена шина "Принял " 18, которая также подключена к R-входу 18 триггера 19

"Готов".!о9гй разрядные третьи выходы 12

КЭВТ 9 Iog N-oro звена подключены ко входам первого слагаемого 20 первого loggN- 5 разрядного, сумматора 21 и к инверсным входам 22 вычитаемого второго сумматора

23. 1о9гй-разрядныe четвертые выходы 14

КЭВТ9 log

Каждый КЭПТ 6 (фиг.2) состоит из и-разрядной схемы кодирования с приоритетом (СКП) 30 и и+1-разрядной схемы кодирования конца кластера (СККК) 31, входы которых объединены поразрядно от первого до

15 n-oro (а и+1-ый разряд поступает только на

СККК 31) и являются входами 8 КЭПТ 6.

Старшие разряды выходов СКП 30 и СККК31 являются первыми 7 и вторыми 10 одноразрядными выходами КЭПТ 6, остальные раз20 ряды выходов СКП 30 являются третьими 12. а выходы 32 СККК 31 — четвертыми выходами 14 КЭПТ 6 и подключены внутри КЭПТ 6 ко входам log2n — входовой схемы декодирования приоритета (СДП) 33, выходы которых являются пятыми выходами 17 КЭПЗ 6, . а пятый вход 16 КЭПЗ 6 подключен к стробирующему входу 34 СДП 33.

Каждый К3ВТ 9 (фиг.3) состоит из первой 35 и второй 36 схем кодирования с при30 оритетом (СКП), идентичных СКП 30. Входы

СКП 35 и 36 являются первыми 8 и вторыми

11 входами КЭВТ 9, соответственно. а выходы 37 СКП 35 и 38 СКП 36 являются старшими Iog2n разрядами третьих 12 и четвертых

35 14 выходов КЭВТ 9, соответственно, и подключены также внутри КЭВТ 9 к адресным входам первого 39 и второго 40 и-канальных фод2п)-разрядных мультиплексоров, выходы каналов которых являются соответствен40 но третьими 13 и четвертыми 15 входами . КЭВТ 9, а выходы мультиплексоров 39 и 40 являются младшими (J-1)log2n разрядами соответственно третьих 12 и четвертых 14 выходов КЭВТ 9. Выходы 38 второй CKll 36 подключены также ко входам схемы декодирования с приоритетом (СДП) 41, идентичной СДП 33, выходы СДП 41 являются пятыми выходами 17 КЭВТ 9. а стробируюищй вход 42 СДП 41 является пятым входом

СКП 30, 35 и 36, СКК 31, и СДП 33 и 41 представляют иэ себя логические элементы, реализующие приведенные ниже (в качестве примера для и-В) таблицы истинности и могут быть выполнены в виде комбинационных схем или постоянных запоминающих устройств. Состояния входов и выходов, не укаэанные в таблицах. не имеют значения для работы устройства.

1835529

Продолжение табл. 3

Таблица 1

Таблица истинности СКП 30, 35 и 36 для п=8

Таблица 2

Таблица истинности СКК 31 для n=8

Входы

Выходы

012 Вы

001

011

011

101

101

101

111

111

111

111

Таблица 9

Таблица истинности СДП 33 и 41 для и-8

Разряды 012345678

000000000

10 а 0 10

00 10

1110

0001 0

01110

0000 1 0.00 1110

111110

00000 10

000 1110

0 111110

11111110

000000 10

0000 1110

00 111110

11111110

0000000 1

0000.0 111

000 11111

0 1111111

111111111 ход 10

11

1

1

1.

111.

1

1

0

0 0

15 Йз табл.1 видно, что СКП 30, 35 и 36 кодируют номер разряда,в котором впер° вые, если считать от младшего входного разряда, появилась единица после серии нулей (комбинация 01).

20 Если определить термином "кластер" группу рядом стоящих единиц, или одну единицу с нулями по бокам, то СКП 30 и 35 на выходе 12 КЭПТ 6 и 37 КЭВТ 7 говорит о том, что "начало кластера" в поступивших на

25 вход СКП 30 и 35 разрядах есть. При этом

"1" в нулевой позиции также считается началом кластера.

Иэ табл.2 видно, что СККК 31 кодирует номер разряда, в котором впервые, считая

30 от младшего разряда, появилась комбинация "10", т.е. СККК 31 на выходах 32 выдает адрес конца младшего кластера, Единичное состояние выхода 10 говорит о том, что "конец кластера" на входе СККК 31 имеется.

35 При этом состояние "Все нули" на входе

СККК 31 не считается эа конец кластера, а другие состояния, не имеющие в своем составе комбинацию "10" считаются состоянием, не имеющими "конца кластера".

40 Из табл.3 видно, что СДП 33 и 41 код "А" поданный на ее входы, при наличии строба на входе "Ч" 34 и 42 декодирует в последо, вательность "А" единиц, начиная от нулевой до А-1-ой позиции. сохраняя при этом нули

45 на позициях от "А"-ой до п-ой.

Устройство для сбора и кодирования информации с годоскопических детекторов и многопроволочных пропорциональных камер работает следующим образом. Иниции50 рует работу устройства сигнал "Пуск", поступающий извне по шине 5 и запйсывающий во входной регистр 4 напряжение проволок пропорциональной камеры, поступающее no "N" входам 2, усиленное и формированное в уровни логических сигалов усилителями-формирователями 1.

Допустим, что исходное слово X содерит Q кластеров длиной 1я каждый с начальыми адресами Ая и конечными адресами

q. Другими словами, в исходном N-разряд1835529

А1<В1<А2<В2...

А1> и аяin =nc<, =2 (3) В» и 3bqin =nd>, =2 (4) то на выходе 12 того же КЭПТ 6 образуется двоичное число, представляющее из себя номер позиции; йа которой начинается кластер, т,е. число ац.

Аналогично, согласно таблице 2, во всех КЗПТ 6 с номерами 1<с1 и l=(dl+1) сигнал на выходе 10 равен п0", а в КЗПТ 6 с номерами с1 <1

КЭВТ 9 с номером dl=1 код ь11. Сигналы с выходов 7 собираются на выходе 8 КЭВТ 9 следующего звена и поскольку

А» и 2 aqi n =п c (=3 причем выходы 7 всех КЭПТ 6 с номерами

1<с2 обнулены, то на выходах 12 КЭВТ 9 второго звена с номером с2 образуется код а12.

Аналогично, сигналы с выхода 10 КЭПТ

6 "собираются" на входы 11 КЭВТ 9 второго звена и, поскольку

В»п 3 bq;n -п дп, -3 и (6) то на выходе 14 КЭВТ 9 второго звена с номером б2 образуется код Ь12, Аналогично во всех последующих звеньях образуются коды ап и Ь1ь поскольку мультиплексорами 39 и 40 so всех КЭВТ 9 управляют по адресному входу СКП 35 и 36

1 ном слове Х на позициях Bq

Очевидно, что соответственно, то через мультиплексоры

39 и 40 в t-ом звене проходят коды

i1, i 1

Z а1)п1 и Z Ьцп

1=1: 1=1 соответственно (ведь адрес на входе мультиплексоров 39 и 40 — это номера а1 и Ь и того

10 из предыдущего, 1-1-го звена, в котором обнаружены, соответственно, начало и конец кластера).

Таким образом, на выходе 12 КЭВТ 9 последнего, р-ого звена образуется двоичH6iA код числа А1, а на выходе 14 этого КЭВТ

9 код Âl. На выходе сумматора 21 образуется р+1-разрядный код 2С1:

2 С1=А1+ В1, (7) а на выходе сумматора-вычитателя 23 р-раэ20. Рядный код Ll: 1= — А, Поскольку младший разряд сумматора 21 к

D-входам регистра 26 не подключен, то на его входы поступают р-разрядные коды С1

25 (центр младшего кластера) и.Ll (ширина младшего кластера).

При появлении сигнала на шине синхронизации 28 эти коды записываются в выходной регистр 26. Тем же синхросигналом переключается триггер 19, единичное состояние которого говорит о готовностИ-информации в регистре 26 для считывания,, После окончания считывания из выходного регистра 26 внешнее принимающее ус35 тройство (на фиг.1 не показано) выдает сигнал "принято" на шину 18. Этот сигнал поступает на пятый вход 16 КЭПТ 9 последнего, р-ого звена, и поскольку (см.фиг.2) на адресный вход СДП 41 подан код Ьр, то

40 согласно таблице 3 единицы появляются на тех выходах 15 КЭВТ,9 последнего, р-ого звена, которые имеют номера 0,1,"...Ьр-1.

° Они в свою очередь поступают на вход

16 КЭ BT 9 (р — 1)-ого звена с теми же номера45 ми и, аналогично описанному выше, вызывают единичные сигналы на всех выходах 17

КЗВТ 9 (р-1)-oro звена с номерами 0.1„..(Ьр>-1); для младших (bp — 1) групп, в каждой по ппп КЗВТ 9, Таким образом, с выходов 17 КЭВТ 9 р-1-ого звена поступает nb)p+b1(p 1) младших единиц.Аналогично, на выхода (р-2)-ого звена обРазУетсЯ и Ь1(р-1)+b1(p — 2) младших единиц

В итоге. на выходах 17 КЭПМ 6 появляется В единиц в младших разрядах, которые поступают на В l младших R-входов регистра 4 и сбрасывают эти разряды в п0".

1835529

С этого момента младший кластер

{At,81) уничтожен, превращен в "0" и устройства принимает за младший кластер, следующий, с адресами на:(ала и конца А2 и .

В2 и работа устройства возобновляется, как описано выше, начина с момента записи исходной информации в регистр 4.

Работа устройства продолжается таким образом, что последовательно обрабатываются все кластеры до их исчерпания. После обработки и сброса последовательного кластера весь регистр 4 обнулен. Поэтому на выходах 7 КЗВТ 9 всех звеньев нули, в том числе и на выходе 7 КЭБОТ 9 последнего, р-ого звена, где нуль образуется в том и только в том случае (см,табл.1), когда обнулен весь регистр 4.

Нуль на выходе 7 КЭВТ 9 р-ого звена и является сигналом "конец обработки".

На обработку каждого кластера требуется время, линейно зависящее от количества звеньев:

Т р-0 (ТКМ+П т+2ПКП)+ — (ТСКПРПТП) Р

N и я=1 (10)

15 Приняв tsM= тЧт= тки= тскп- гсдп= тВ t(11)

Получим: tnp=40 t + — 2. lq иИ (12)

nq — — 1 яС

1=40 г+ — Х lq

20 nq i

Очевидно, что t

Например, при моделировании методом Монте-карло распада р -е е е — для установки "МЕТР", разработанной Институтом ядерных исследований РАН были пол30 учены средние значения Q=4, (кластеров). Lg (проволок),т.о. из (12) при И=.)12, ".n=8"

1пр=4 1924 е

В то время, как 4 13 t.

Таким образом, среднее значение выиг35 рыша для установки "Метр" составит .

40 Таким образом, данное устройство позволяет обрабатывать информацию об одном "кандидате в искомое событие" в среднем в 148 раз быстрее (для установки

"МЕТР"), снизив мертвое время от41924тдо

45 413 .

Использование изобретения обеспечивает повышение быстродействия эа счет параллельного определения не только адреса начала, но и адреса конца младшего (имею50 щего минимальные адреса начала и конца) кластера, и последующего сброса младшего кластера для того, чтобы младшим стал следующий кластер, а также за счет параллельного вычисления координаты центра и

55 ширины кластеров.

+ тчт + ERG) . р

to =р(2 (кэвт+ гсдп+ tsM+ ERG+ (, (т+ rR). (8) где гкэвт — время срабатывания одного

КЭВТ 9 (СКП 35 и 36 параллельно и мультиплексоров 39 и 40 параллельно); хам — время параллельного срабатывания сумматоров 21 и 23"

ERG — время записи в выходной регистр

26; тЧт — время чтения внешним принимающим устройством (каналом связи, запоминающим устройством и т.д,) информации из регистра 26;

tR — время сброса входного регистра 4.

Коэффициент 2 перед членом р ткэвт появился потому, что время р ткэвт требуется как для появления КЭВТ информации на выходах сумматоров 21 и 23, так и для прохождения сигнала сброса на вход 6ходного регистра 4; тсдп -время дешифрации сброса одним СДП 33.

Таким образом, на обработку всего исходного массива из входного регистра 4 требуется время t

t=Q lognN(2 TK3BT+ тсДп)+О(гэм+

В прототипе для обработки всего массива из входного регистра 4 требуется время

tnp= Х(tsM + мачт + 2

Тпр=0 (ТБМ + МАЧТ + 2 ТКП) + (ГПКП + TP) Р Ip

q 1

Кроме того, система по прототипу имеет

32 разряда, при длине входного слова N>32 осуществляется последовательный опрос.

Если принять 32 эа "n" — базовую разрядность предлагаемого устройства, то tnp для

N разрядов придется увеличить в и раз: — — — 148 (раз).

tn, 1924

t 13

Формула изобретения

Устройстводля сбора и кодирования информации с годоскопических детекторов и

1835529.

12 многопроволочных пропорциональных камер. содержащеб N автономных усилителейформирователей, входы которых являются входами устройства, выходной регистр, выход которого является выходом устройства, блок кодирования и входной регистр, подключенный входами к. выходам N автономных усилителей-формирователей и выходами — к соответствующим входам блока кодирования. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности и быстродействия в него введены два сумматора, подключенных входами к соответствующим выходам блока кодирования и

5 выходами — к соответствующим входам выходного регистра, а блок кодирования выполнен многоэвенным с количеством кодирующих элементов, уменьшающимся в геометрической прогрессии в и раз.

1835529

Составитель B. Скоробогатова

Техред M.Mîðlåíòàë . Корректор А, Козориз

Редактор А. Kosnosa

Заказ 2982 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж 35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101