Ячейка однородной среды

Ячейка однородной среды, предназначенная для реализации систем булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул, относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована в системах обработки информации, в контурах управления адаптивных промышленных роботов, в системах контроля знаний обучаемых, при проектировании БИС и СБИС. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей ячейки. Указанный результат достигается за счет того, что в ячейке, содержащей семь входов, восемь элементов ИЛИ, десять элементов И, три выхода, путем настройки ее предусмотрены различные комбинационные варианты соединения входов с выходами ячеек, чем обеспечивается вычисление систем булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул. 6 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения линейных и плоскостных однородных структур, реализующих системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул, заданных в базисе И, ИЛИ, НЕ при равной доступности прямых и инверсных выходов источников информации.

Известна ячейка однородной среды, содержащая элементы И, ИЛИ, ЗАПРЕТ (Авторское свидетельство СССР №798804, кл. G 06 F 7/00, 1978).

Недостатком известной ячейки является, ограниченный класс реализации бесповторных упорядоченных булевых формул, где под упорядоченной булевой формулой понимается следующее.

Пусть ячейки соединены так, что образуют однородную линейную структуру. Пронумеруем входы ячеек однородной среды (исключая настроечные входы) и каждому из них поставим в соответствие логический аргумент вида х_i, где i - номер входа однородной структуры. Если в записи бесповторной булевой формулы индекс i при логических аргументах возрастает слева направо, то будем считать, что это формула упорядочена. Упорядоченной будем считать формулу и в том случае, если существуют тождественные преобразования, в результате которых получается запись формулы с возрастающими слева направо индексами аргументов. Во всех остальных случаях формула являются неупорядоченной. Если в записи упорядоченной бесповторной булевой формулы аргументы с теми или иными индексами отсутствуют, то будем считать, что эта формула содержит пропуски соответствующих аргументов.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является ячейка, содержащая элементы И, ИЛИ, причем шесть входов ячейки подключены к соответствующим входам логических элементов, а на двух выходах данной ячейки обеспечивается формирование заданных функциональных зависимостей. Данная ячейка предназначена для построения линейных однородных структур, реализующих произвольные дизъюнктивные и конъюнктивные нормальные формы (ДНФ и КНФ) из h букв, большой класс скобочных форм, а также класс бесповторных упорядоченных булевых формул с пропусками аргументов, при равной доступности прямых и инверсных выходов источников информации (Авторское свидетельство СССР №1448344 от 01.09.1988, кл. G 06 F 7/00, бюл. №48 от 30.12.1988).

Недостатком данной ячейки является то, что однородная структура, построенная на ее основе, не универсальна в рассматриваемом классе формул и не может реализовывать системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул, т.е. данная ячейка обладает ограниченными функциональными возможностями.

Формулу будем считать бесповторной, если каждый аргумент входит в нее не более одного раза. Бесповторной будем считать формулу и в том случае, если существуют тождественные преобразования, в результате которых формула, содержащая повторные аргументы, приводится к виду, не содержащему повторных аргументов. Во всех остальных случаях формула является повторной.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет реализации систем булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул.

Поставленная цель достигается тем, что ячейка однородной среды, содержащая элементы И и ИЛИ, причем первый информационный вход ячейки соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с первым настроечным входом ячейки, третьим входом третьего элемента ИЛИ, инверсным входом третьего элемента И и инверсным входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым прямым входом первого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторым прямым входом четвертого элемента И, инверсный вход которого соединен с третьим настроечным входом ячейки, первый выход которой соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй выход которой соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, первый прямой вход которого соединен со вторым информационным входом ячейки, третий информационный вход которой соединен со вторым прямым входом третьего элемента ИЛИ, со вторым прямым входом третьего элемента И, со вторым прямым входом четвертого элемента ИЛИ и с третьим прямым входом второго элемента И, второй прямой вход которого соединен с первым прямым входом четвертого элемента ИЛИ, первым прямым входом третьего элемента И, первым прямым входом третьего элемента ИЛИ и вторым настроечным входом ячейки, содержит дополнительные элементы И, ИЛИ, причем третий настроечный вход ячейки соединен с первым прямым входом пятого элемента И, с инверсным входом первого элемента И, с инверсным входом второго элемента И, с первым прямым входом шестого элемента И, со вторым прямым входом седьмого элемента И, с первым прямым входом девятого элемента И, с инверсным входом десятого элемента И и с первым прямым входом восьмого элемента И, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом десятого элемента И, прямой вход которого соединен с четвертым информационным входом ячейки и вторым входом восьмого элемента И, третий вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, первый инверсный вход которого соединен со вторым прямым входом девятого элемента И, вторым настроечным входом ячейки, вторым входом шестого элемента ИЛИ и инверсным входом шестого элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, четвертый вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, первый вход которого соединен с выходом шестого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с первым настроечным входом ячейки, со вторым прямым входом шестого элемента И, вторым инверсным входом седьмого элемента ИЛИ и инверсным входом девятого элемента И, выход которого соединен со вторым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом ячейки, первый информационный вход которой соединен с третьим входом шестого элемента И, третьим входом шестого элемента ИЛИ, прямым входом седьмого элемента ИЛИ, третьим входом девятого элемента И, второй информационный вход которой соединен с третьим входом седьмого элемента И, третий информационный вход которой соединен со вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И и выход пятого элемента ИЛИ соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ.

Введенные новые элементы и связи в совокупности с известными признаками приводят к достижению положительного эффекта -реализации систем булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул. Достижение такого положительного эффекта заявляемой совокупности признаков не вытекает из известных нам технических решений. С учетом изложенного следует считать заявляемое решение соответствующим критерию “существенные отличия”.

На фиг.1 показана общая схема ячейки, содержащей входы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, элементы ИЛИ 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, элементы И 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, выходы 26, 27, 28; на фиг.2 представлена детализированная схема этой же ячейки с указанием номеров входов на каждый элемент ячейки, показаны номера информационных и настроечных входов, а также номера выходов ячейки, элементам И присвоены номера от 1 до 10, элементам ИЛИ - от 1 до 8 для более удобного описания и синтеза ячейки; на фиг.3 - коммутационные и функциональные схемы, реализуемые ячейкой путем настройки.

Входами первого элемента ИЛИ (фиг.2) являются выходы первого, второго, шестого, седьмого элементов И, входами второго элемента ИЛИ являются выходы четвертого элемента И и пятого элемента ИЛИ, входами восьмого элемента ИЛИ являются выходы восьмого, девятого, десятого элементов И. Выходы первого, второго и восьмого элементов ИЛИ являются первым, вторым и третьим выходами ячейки соответственно. Инверсные входы первого, второго, четвертого, десятого, прямые первые входы пятого, шестого, восьмого, девятого и второй вход седьмого элементов И объединены и являются первым входом ячейки (третьим настроечным). Первые входы третьего элемента ИЛИ, третьего элемента И, четвертого элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И, инверсный вход шестого элемента И, второй вход шестого элемента ИЛИ, первый инверсный вход седьмого элемента ИЛИ и второй вход девятого элемента И объединены и являются вторым входом ячейки (второй настроечный). Третий вход третьего элемента ИЛИ, инверсный вход третьего элемента И, инверсный вход четвертого элемента ИЛИ, первый вход второго элемента И, второй вход шестого элемента И, первый вход шестого элемента ИЛИ, второй инверсный вход седьмого элемента ИЛИ и инверсный вход девятого элемента И объединены и являются третьим входом ячейки (первый настроечный). Первый вход четвертого элемента И и третий вход седьмого элемента И объединены и являются четвертым входом ячейки (второй информационный). Второй вход третьего элемента ИЛИ, второй вход пятого элемента И, второй вход четвертого элемента ИЛИ и третий вход второго элемента И объединены и являются пятым входом ячейки (третий информационный). Первый вход первого элемента И, третий вход шестого элемента И, третий вход шестого элемента ИЛИ, прямой вход седьмого элемента ИЛИ и третий вход девятого элемента И объединены и являются шестым входом ячейки (первый информационный). Второй вход восьмого элемента И и прямой вход десятого элемента И объединены и являются седьмым входом ячейки (четвертый информационный).

Структура предлагаемой ячейки описывается следующей системой формул:

Ячейка путем настройки реализует следующие системы формул

Проиллюстрируем работу однородных сред, построенных из предлагаемых ячеек на следующих примерах.

Пример 1. Для реализации системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул вида:

строиться однородная среда с настроечными кодами, представленная на фиг.4.

Пример 2. Аналогично можно найти настроечные коды для системы формул вида:

Ее однородная среда и настроечные коды на фиг.5. Пример 3. На фиг.6 показаны настроечные коды каждой ячейки однородной среды, реализующей систему формул вида:

Таким образом, предлагаемая ячейка обладает по сравнению с прототипом значительно большими функциональными возможностями.

Ячейка может быть выполнена на микросхемах серии К555, элементы И 16, 17, 18, 19, 22, 23, 25 реализуются на двух микросхемах К555ЛИЗ и одной К555ЛИ5, элементы И 20, 21, 24 реализуются на двух микросхемах К555ЛИ6, элементы ИЛИ 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 реализуются на четырех микросхемах К555ЛЛ1, инверторы на входах элементов 10, 12, 16, 17, 19, 20, 21, 24, 25 реализуются двумя микросхемами К555ЛН1. (Цифровые интегральные микросхемы: Справ. /М.И.Богданович, И.Н.Грель, В.А.Прохоренко, В.В.Шалимо. - Мн.: Беларусь, 1991. - 493 с.)

Ячейка однородной среды, предназначенная для реализации систем булевых формул из классов бесповторных упорядоченных и неупорядоченных формул, содержащая четыре элемента ИЛИ и четыре элемента И, причем первый информационный вход ячейки соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с первым настроечным входом ячейки, третьим входом третьего элемента ИЛИ, инверсным входом третьего элемента И и инверсным входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым прямым входом первого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторым прямым входом четвертого элемента, инверсный вход которого соединен с третьим настроечным входом ячейки, первый выход которой соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй выход которой соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, первый прямой вход которого соединен со вторым информационным входом ячейки, третий информационный вход которой соединен со вторым прямым входом третьего элемента ИЛИ, со вторым прямым входом третьего элемента И, со вторым прямым входом четвертого элемента ИЛИ и с третьим прямым входом второго элемента И, второй прямой вход которого соединен с первым прямым входом четвертого элемента ИЛИ, первым прямым входом третьего элемента И, первым прямым входом третьего элемента ИЛИ и вторым настроечным входом ячейки, отличающаяся тем, что в нее введены четыре элемента ИЛИ и шесть элементов И, причем третий настроечный вход ячейки соединен с первым прямым входом пятого элемента И, с инверсным входом первого элемента И, с инверсным входом второго элемента И, с первым прямым входом шестого элемента И, со вторым прямым входом седьмого элемента И, с первым прямым входом девятого элемента И, с инверсным входом десятого элемента И и с первым прямым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом десятого элемента И, прямой вход которого соединен с четвертым информационным входом ячейки и вторым входом восьмого элемента И, третий вход которого соединен с выходом седьмого элемента ИЛИ, первый инверсный вход которого соединен со вторым прямым входом девятого элемента И, вторым настроечным входом ячейки, вторым входом шестого элемента ИЛИ и инверсным входом шестого элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, четвертый вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, первый вход которого соединен с выходом шестого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с первым настроечным входом ячейки, со вторым прямым входом шестого элемента И, вторым инверсным входом седьмого элемента ИЛИ и инверсным входом девятого элемента И, выход которого соединен со вторым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом ячейки, первый информационный вход которой соединен с третьим входом шестого элемента И, третьим входом шестого элемента ИЛИ, прямым входом седьмого элемента ИЛИ, третьим входом десятого элемента И, второй информационный вход которой соединен с третьим входом седьмого элемента И, третий информационный вход которой соединен со вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И и выход пятого элемента ИЛИ соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ.