Ячейка однородной среды

Ячейка однородной среды, предназначенная для построения трехканальных линейных и плоскостных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы и системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов так и без них, 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.

В аналоге и прототипе осуществляется вычисление ограниченного подкласса бесповторных упорядоченных булевых формул

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей ячейки. Указанный результат достигается за счет того, что в ячейке, содержащей восемь входов пять, элемента ИЛИ, семнадцать элементов И, три выхода, путем настройки ее предусмотрены различные комбинационные варианты соединения входов с выходами ячеек, чем обеспечивается построение трехканальных линейных и плоскостных однородных сред реализующих вычисление, произвольных нормальных формул из h букв, а также булевых формул и систем булевых формул из классов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов так и без них.

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения трехканальных линейных и плоскостных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы и системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов, так и без них заданных в базисе И, ИЛИ, НЕ при равной доступности прямых и инверсных выходов источников информации.

Известна ячейка однородной среды, содержащая элементы И, ИЛИ. (Авторское свидетельство СССР 1448344 от 01.09.1988, кл. G06F 7/00, бюл. 48 от 30.12.1988).

Недостатком данной ячейки является то, что она вычисляет только бесповторные упорядоченные булевы формулы т.е. данная ячейка обладает ограниченными функциональными возможностями.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является ячейка, содержащая элементы И, ИЛИ, причем семь входов ячейки подключены к соответствующим входам логических элементов, а на двух выходах данной ячейки обеспечивается формирование заданных функциональных зависимостей. Данная ячейка предназначена для построения двухканальных линейных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы и системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов, так и без них (Патент РФ на полезную модель 58240 от 13.06.2006, кл. G06F 7/00, бюл. 31 от 10.11.2006).

Недостатком данной ячейки является то, что она реализует только двухканальные линейные однородные среды 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.

Под упорядоченной булевой формулой понимается следующее.

Пусть ячейки соединены так, что образуют однородную линейную среду. 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 среды. 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.

Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей за счет построения трехканальных линейных и плоскостных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы и системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов, так и без них.

Поставленная цель достигается тем, что ячейка однородной среды, содержащая шесть элемента И и четыре элемента 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, второй вход которого соединен с первым настроечным входом ячейки, вторым входом третьего элемента ИЛИ, инверсным входом третьего элемента И, инверсным входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, первый прямой вход четвертого элемента ИЛИ соединен с вторым настроечным входом ячейки, первым прямым входом третьего элемента ИЛИ, первым входом третьего элемента И, первым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с вторым прямым входом четвертого элемента ИЛИ, с третьим информационным входом ячейки, с вторым прямым входом третьего элемента И, с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым прямым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым выходом ячейки, третий настроечный вход которой соединен с инверсным входом четвертого элемента И, первый прямой вход которого соединен с вторым информационным входом ячейки, первый выход которой соединен с выходом первого элемента ИЛИ, четвертый настроечный вход ячейки соединен с третьим входом шестого элемента И, с третьим входом пятого элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, второй вход пятого элемента И соединен с вторым информационным входом ячейки, первый вход пятого элемента И соединен с первым входом шестого элемента И, с первым информационным входом ячейки, выход шестого элемента И соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый вход шестого элемента И соединен с первым информационным входом ячейки, содержит одиннадцать дополнительных элемент И и один элемент ИЛИ, причем второй вход седьмого элемента И, второй вход восьмого элемента И, второй вход девятого элемента И, третий вход десятого элемента И, второй вход одиннадцатого элемента И, второй вход двенадцатого элемента И, прямой вход тринадцатого элемента И, третий вход четырнадцатого элемента И объединены и являются четвертым информационным входом ячейки, третий выход которой соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, первый вход которого соединен с четвертым инверсным входом пятнадцатого элемента И, с вторым инверсным входом шестнадцатого элемента И, с четвертым настроечным входом ячейки, с вторым прямым входом семнадцатого элемента И, выход которого соединен с одиннадцатым входом пятого элемента ИЛИ, десятый вход которого соединен с выходом шестнадцатого элемента И, первый прямой вход которого соединен с инверсным входом семнадцатого элемента И, с первым инверсным входом пятнадцатого элемента И, с инверсным входом четырнадцатого элемента И, с первым прямым входом двенадцатого элемента И, с первым прямым входом одиннадцатого элемента И, с первым настроечным входом ячейки, с первым входом десятого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом пятого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом девятого элемента И, инверсный, вход которого соединен с четвертым прямым входом семнадцатого элемента И, с первым инверсным входом шестнадцатого элемента И, с вторым инверсным входом пятнадцатого элемента И, с первым прямым входом четырнадцатого элемента И, с первым инверсным входом тринадцатого элемента И, с вторым настроечным входом ячейки, с инверсным входом одиннадцатого элемента И, выход которого соединен с пятым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, инверсный вход которого соединен с третьим входом семнадцатого элемента И, с вторым прямым входом шестнадцатого элемента И, с третьим инверсным входом пятнадцатого элемента И, с вторым прямым входом четырнадцатого элемента И, с вторым инверсным входом тринадцатого элемента И, с третьим настроечным входом ячейки, с инверсным входом двенадцатого элемента И, выход которого соединен с шестым входом пятого элемента ИЛИ, седьмой вход которого соединен с выходом тринадцатого элемента И, восьмой вход пятого элемента ИЛИ соединен с выходом четырнадцатого элемента И, девятый вход пятого элемента ИЛИ соединен с выходом пятнадцатого элемента И, прямой вход которого соединен с первым прямым входом восьмого элемента И, с вторым информационным входом ячейки, третий информационный вход которой соединен с первым прямым входом девятого элемента И, с первым прямым входом семнадцатого элемента И.

Введенные новые элементы и связи в совокупности с известными признаками приводят к достижению положительного эффекта - построению трехканальных линейных и плоскостных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы и системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов, так и без них. 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, 8, элементы ИЛИ 9, 10, 11, 12, 13, элементы И 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, выходы 31, 32, 33: 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 ИЛИ присвоены номера от 1 до 5, элемента И - от 1 до 17, для более удобного описания и синтеза ячейки; на фиг.3 - коммутационные и функциональные схемы, реализуемые ячейкой путем настройки; на фиг.4 - общий вид расположения входов и выходов ячейки в координатной системе, для построения плоскостных однородных сред; на фиг 5-8 - возможные соединения ячеек в среде. Входами первого элемента ИЛИ (фиг.2) являются выходы первого, второго, пятого элементов И, входами второго элемента ИЛИ являются выходы третьего, четвертого, шестого элементов И. Выходы первого и второго элементов ИЛИ являются первым и вторым выходами ячейки соответственно. Второй вход третьего элемента ИЛИ, инверсный вход третьего элемента И, инверсный вход четвертого элемента ИЛИ, второй вход второго элемента И объединены и являются первым входом ячейки (первый настроечный). Первый вход третьего элемента ИЛИ, первый прямой вход третьего элемента И, первый прямой вход четвертого элемента ИЛИ, первый вход второго элемента И объединены и являются вторым входом ячейки (второй настроечный). Инверсный вход четвертого элемента И является третьим входом ячейки (третий настроечный). Третьи входы пятого и шестого элементов И объединены и являются четвертым входом ячейки (четвертый настроечный). Первый прямой вход четвертого элемента ИЛИ, второй вход пятого элемента И объединены и являются пятым входом ячейки (второй информационный). Третий вход четвертого элемента ИЛИ, второй прямой вход третьего элемента И, второй вход шестого элемента И, второй прямой вход четвертого элемента ИЛИ, третий вход второго элемента И объединены и являются шестым входом ячейки (третий информационный). Первые входы первого, пятого и шестого элементов И объединены и являются седьмым входом ячейки (первый информационный). Входами пятого элемента ИЛИ являются выходы седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого элементов И. Выход пятого элемента ИЛИ является третьим выходом ячейки. Второй вход седьмого элемента И, второй вход восьмого элемента И, второй вход девятого элемента И, третий вход десятого элемента И, второй вход одиннадцатого элемента И, второй вход двенадцатого элемента И, прямой вход тринадцатого элемента И, третий вход четырнадцатого элемента И объединены и является восьмым входом ячейки (четвертый информационный).

Структура предлагаемой ячейки описывается следующей системой формул:

Ячейка путем настройки реализует следующие системы формул:

1) при z₄=0, z ₃=0, z₂=0, z₁=0, 5) при z₄ =0, z₃=1, z₂=0, z₁=0,

(фиг.3а) (фиг.3д)

2) при z₄=0, z ₃=0, z₂=0, z₁=1, 6) при z₄ =0, z₃=1, z₂=0, z₁=1,

(фиг.3б) (фиг.3е)

3) при z₄=0, z ₃,=0, z₂=1, z₁=0, 7) при z₄ =0, z₃=1, z₂=1, z₁=0,

(фиг.3в) (фиг.3ж)

4) при z₄=0, z ₃=0, z₂=1, z₁=1, 8) при z₄ =0, z₃=1, z₂=1, z₁=1,

(фиг.3г) (фиг.3з)

9) при z₄=1, z ₃=0, z₂=0, z₁=0, 13) при z₄ =1, z₃=1, z₂=0, z₁=0,

(фиг.3и) (фиг.3н)

10) пpи z₄=1, z ₃=0, z₂=0, z₁=1, 14) при z₄ =1, z₃=1, z₂=0, z₁=1,

(фиг.3к) (фиг.3п)

11) при z₄=1, z ₃=0, z₂=1, z₁=0, 15) при z₄ =1, z₃=1, z₂=1, z₁=0,

(фиг.3л) (фиг.3р)

12) при z₄=1, z ₃=0, z₂=1, z₁=1, 16) при z₄ =1, z₃=1, z₂=1, z₁=1,

(фиг.3м) (фиг.3с)

Проиллюстрируем работу однородных сред, построенных из предлагаемых ячеек на следующих примерах, с учетом общего вида расположения входов и выходов ячейки в координатной системе, для построения плоскостных однородных сред (фиг.4).

Пример 1. На фиг.5 показаны настроечные коды каждой ячейки для плоскостной однородной среды, реализующей систему бесповторных упорядоченных формул вида

Пример 2. Для реализации системы состоящей из упорядоченных бесповторных и повторных формул вида

строиться плоскостная однородная среда с настроечными кодами (фиг.6).

Пример 3. На фиг.7 представлены настроечные коды каждой ячейки плоскостной однородной среды, реализующей систему из упорядоченных повторных и упорядоченных с пропуском аргумента формул вида

Пример 4. Система булевых формул вида:

реализована в однородной трехканальной среде представленной на фиг.8.

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

Ячейка может быть выполнена на микросхемах серии К555. 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 построения трехканальных линейных и плоскостных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы и системы булевых формул из классов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул как с пропусками аргументов, так и без них, содержащая четыре элемента ИЛИ и шесть элементов 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, второй вход которого соединен с первым настроечным входом ячейки, вторым входом третьего элемента ИЛИ, инверсным входом третьего элемента И, инверсным входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, первый прямой вход четвертого элемента ИЛИ соединен с вторым настроечным входом ячейки, первым прямым входом третьего элемента ИЛИ, первым входом третьего элемента И, первым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с вторым прямым входом четвертого элемента ИЛИ, с третьим информационным входом ячейки, с вторым прямым входом третьего элемента И, с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым прямым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым выходом ячейки, третий настроечный вход которой соединен с инверсным входом четвертого элемента И, первый прямой вход которого соединен с вторым информационным входом ячейки, первый выход которой соединен с выходом первого элемента ИЛИ, четвертый настроечный вход ячейки соединен с третьим входом шестого элемента И, с третьим входом пятого элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, второй вход пятого элемента И соединен с вторым информационным входом ячейки, первый вход пятого элемента И соединен с первым входом шестого элемента И, с первым информационным входом ячейки, выход шестого элемента И соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, первый вход шестого элемента И соединен с первым информационным входом ячейки, отличающаяся тем, что в нее введены одиннадцать элементов И и один элемент ИЛИ, причем второй вход седьмого элемента И, второй вход восьмого элемента И, второй вход девятого элемента И, третий вход десятого элемента И, второй вход одиннадцатого элемента И, второй вход двенадцатого элемента И, прямой вход тринадцатого элемента И, третий вход четырнадцатого элемента И объединены и являются четвертым информационным входом ячейки, третий выход которой соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, первый вход которого соединен с четвертым инверсным входом пятнадцатого элемента И, с вторым инверсным входом шестнадцатого элемента И, с четвертым настроечным входом ячейки, с вторым прямым входом семнадцатого элемента И, выход которого соединен с одиннадцатым входом пятого элемента ИЛИ, десятый вход которого соединен с выходом шестнадцатого элемента И, первый прямой вход которого соединен с инверсным входом семнадцатого элемента И, с первым инверсным входом пятнадцатого элемента И, с инверсным входом четырнадцатого элемента И, с первым прямым входом двенадцатого элемента И, с первым прямым входом одиннадцатого элемента И, с первым настроечным входом ячейки, с первым входом десятого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом пятого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом девятого элемента И, инверсный вход которого соединен с четвертым прямым входом семнадцатого элемента И, с первым инверсным входом шестнадцатого элемента И, с вторым инверсным входом пятнадцатого элемента И, с первым прямым входом четырнадцатого элемента И, с первым инверсным входом тринадцатого элемента И, с вторым настроечным входом ячейки, с инверсным входом одиннадцатого элемента И, выход которого соединен с пятым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, инверсный вход которого соединен с третьим входом семнадцатого элемента И, с вторым прямым входом шестнадцатого элемента И, с третьим инверсным входом пятнадцатого элемента И, с вторым прямым входом четырнадцатого элемента И, с вторым инверсным входом тринадцатого элемента И, с третьим настроечным входом ячейки, с инверсным входом двенадцатого элемента И, выход которого соединен с шестым входом пятого элемента ИЛИ, седьмой вход которого соединен с выходом тринадцатого элемента И, восьмой вход пятого элемента ИЛИ соединен с выходом четырнадцатого элемента И, девятый вход пятого элемента ИЛИ соединен с выходом пятнадцатого элемента И, прямой вход которого соединен с первым прямым входом восьмого элемента И, с вторым информационным входом ячейки, третий информационный вход которой соединен с первым прямым входом девятого элемента И, с первым прямым входом семнадцатого элемента И.