Ячейка однородной среды
Ячейка однородной среды, предназначенная для построения двухканальных линейных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы 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, относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована в системах обработки информации, в контурах управления микротомографов и адаптивных промышленных роботов, в системах контроля знаний обучаемых, при проектировании БИС и СБИС. В аналоге и прототипе осуществляется вычисление ограниченного подклассов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов, так и без них Техническим результатом является расширение функциональных возможностей ячейки. Указанный результат достигается за счет того, что в ячейке, содержащей семь входов, пять элементов ИЛИ, десять элементов И, два выхода, путем настройки ее предусмотрены различные комбинационные варианты соединения входов с выходами ячеек, чем обеспечивается вычисление, произвольных нормальных формул из h букв, а также 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 двухканальных линейных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы 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 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 из подклассов бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов, так и без них (Патент РФ на полезную модель 58739 от 05.06.2006, кл. G06F /00, бюл. 33 от 27.11.2006).
Недостатком данной ячейки является то, что ячейка предназначена для построения двухканальных линейных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы из ограниченных подклассов булевых формул бесповторных упорядоченных, неупорядоченных, повторных формул, как с пропусками аргументов, так и без них, 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 хi, 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 реализации систем 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 четыре элемента ИЛИ и пять 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, второй вход которого соединен с первым настроечным входом ячейки, вторым входом третьего элемента ИЛИ, инверсным входом третьего элемента И, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, 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 первым входом пятого элемента И, с вторым информационным входом ячейки, первый выход которой соединен с выходом первого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом пятого элемента И, второй вход которого соединен с четвертым настроечным входом ячейки, второй настроечный вход которой соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, первым входом третьего элемента И, с первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, второй настроечный вход ячейки также соединен с первым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с третьим информационным входом ячейки, вторым прямым входом третьего элемента И, третьем входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, содержит дополнительно один элемент ИЛИ и пять элементов И, причем третий инверсный вход шестого элемента И, инверсный вход седьмого элемента И, второй вход восьмого элемента И, второй инверсный вход девятого элемента И, второй инверсный вход десятого элемента И, третий прямой вход пятого элемента ИЛИ соединены с первым настроечным входом ячейки, второй настроечный вход которой соединен с вторым инверсным входом шестого элемента И, с четвертым прямым входом седьмого элемента И, с вторым прямым входом пятого элемента ИЛИ, инверсный вход которого соединен с первым инверсным входом десятого элемента И, с третьим прямым входом седьмого элемента И, с вторым прямым входом шестого элемента И и с третьим настроечным входом ячейки, четвертый настроечный вход которой соединен с первым инверсным входом шестого элемента И, с вторым прямым входом седьмого элемента И, с первым инверсным входом девятого элемента И, выход которого соединен с третьим входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом десятого элемента И, четвертый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с выходом восьмого элемента И, первый прямой вход которого соединен с третьим информационным входом ячейки, с первым прямым входом седьмого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом второго элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом шестого элемента И, первый вход которого соединен с вторым информационным входом ячейки, третий информационный вход ячейки также соединен с первым прямым входом пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом пятого элемента И.
Введенные новые элементы и связи в совокупности с известными признаками приводят к достижению положительного эффекта -построению двухканальных линейных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы 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. 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, элементы И 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, выходы 23, 24; 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, элементам И - от 1 до 10, для более удобного описания и синтеза ячейки; на фиг.3 - коммутационные и функциональные схемы, реализуемые ячейкой путем настройки; на фиг.4-10 - 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, седьмого элементов И. Выходы первого и второго элементов ИЛИ являются первым и вторым выходами ячейки соответственно. Инверсный вход четвертого элемента И, второй прямой вход шестого элемента И, третий прямой вход седьмого элемента И, первый инверсный вход десятого элемента И, инверсный вход пятого элемента ИЛИ соединены с третьим входом ячейки (третьим настроечным). Первые прямые входа третьего, четвертого элементов ИЛИ, первые прямые входа второго и третьего элементов И, второй инверсный вход шестого элемента И, четвертый прямой вход седьмого элемента И, второй прямой вход пятого элемента ИЛИ объединены и являются вторым входом ячейки (второй настроечный). Второй вход третьего элемента ИЛИ, инверсный вход третьего элемента И, третий инверсный вход шестого элемента И, инверсный вход седьмого элемента И, второй прямой вход восьмого элемента И, второй инверсный вход девятого элемента И, второй инверсный вход десятого элемента И, второй прямой вход второго элемента И, третий прямой вход пятого элемента ИЛИ объединены и являются первым входом ячейки (первый настроечный). Первые прямые входа четвертого и пятого элементов И, первый прямой вход шестого элемента И объединены и являются пятым входом ячейки (второй информационный). Второй прямой вход третьего элемента И, третий вход второго элемента И, третий вход третьего элемента ИЛИ, первые прямые входа седьмого и восьмого элементов И, первый прямой вход пятого элемента ИЛИ объединены и являются шестым входом ячейки (третий информационный). Первый вход первого элемента И является седьмым входом ячейки (первый информационный). Второй вход пятого элемента И, первый инверсный вход шестого элемента И, второй прямой вход седьмого элемента И, первый инверсный вход девятого элемента И объединены и являются четвертым входом ячейки (четвертый настроечный).
| Структура предлагаемой ячейки | описывается следующей системой формул: |
.
Ячейка путем настройки реализует следующие системы формул:
| 1) при z4=0, z3=0, z2=0, z1=0, | 7) при z4 =0, z3=1, z2=1, z1=0, |
| 2) при z4=0, z3=0, z2=0, z 1=1, | 8) при z4=0, z3=1, z2=1, z1 =1, |
\tab
3) при z4=0, z3=0, z2=1, z1=0, 9) при z4=1, z 3=0, z2=0, z1=0,
\tab
4) при z4=0, z3=0, z2=1, z1=1, 10) при z4=1, z 3=0, z2=0, z1=1,
5) при z4=0, z3=1, z2=0, z1=0, 11) при z4=1, z 3=0, z2=1, z1=0,
6) при z4=0, z3=1, z2=0, z1=1, 12) при z4=1, z 3=0, z2=1, z1=1,
13) при z4=1, z3=1, z2=0, z1=0, 15) при z4=1, z 3=1, z2=1, z1=0,
14) при z4=1, z3=1, z2=0, z1=1, 16) при z4=1, z 3=1, z2=1, z1=1,
Проиллюстрируем работу однородных сред, построенных из предлагаемых ячеек на следующих примерах.
Пример 1. На фиг.4 показаны настроечные коды каждой ячейки однородной среды, реализующей бесповторную упорядоченную формулу
.
Пример 2. Для реализации бесповторной упорядоченной формулы с пропуском аргумента х4
,
строиться однородная среда с настроечными кодами, представленная на фиг.5.
Пример 3. Для реализации бесповторной неупорядоченной формулы вида
строиться однородная среда с настроечными кодами, представленная на фиг.6.
Пример 4. На фиг.7 показаны настроечные коды каждой ячейки однородной среды, реализующей бесповторную неупорядоченную формулу с пропуском аргументов х5 и x7
.
Пример 5. Для реализации повторной упорядоченной формулы вида
,
строиться однородная среда с настроечными кодами, представленная на фиг.8.
Пример 6. Для реализации повторной упорядоченной формулы с пропуском аргумента х4
,
строиться однородная среда с настроечными кодами, представленная на фиг.9.
Пример 7. Для реализации системы булевых формулы вида:
,
строиться однородная среда с настроечными кодами, представленная на фиг.10.
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 двухканальных линейных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы 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, содержащая четыре элемента ИЛИ и пять 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, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, 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 первым входом пятого элемента И, с вторым информационным входом ячейки, первый выход которой соединен с выходом первого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом пятого элемента И, второй вход которого соединен с четвертым настроечным входом ячейки, второй настроечный вход которой соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, первым входом третьего элемента И, с первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, второй настроечный вход ячейки также соединен с первым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с третьим информационным входом ячейки, вторым прямым входом третьего элемента И, третьем входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, отличающаяся тем, что в нее введены один элемент ИЛИ и пять элементов И, причем третий инверсный вход шестого элемента И, инверсный вход седьмого элемента И, второй вход восьмого элемента И, второй инверсный вход девятого элемента И, второй инверсный вход десятого элемента И, третий прямой вход пятого элемента ИЛИ соединены с первым настроечным входом ячейки, второй настроечный вход которой соединен с вторым инверсным входом шестого элемента И, с четвертым прямым входом седьмого элемента И, с вторым прямым входом пятого элемента ИЛИ, инверсный вход которого соединен с первым инверсным входом десятого элемента И, с третьим прямым входом седьмого элемента И, с вторым прямым входом шестого элемента И и с третьим настроечным входом ячейки, четвертый настроечный вход которой соединен с первым инверсным входом шестого элемента И, с вторым прямым входом седьмого элемента И, с первым инверсным входом девятого элемента И, выход которого соединен с третьим входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом десятого элемента И, четвертый вход четвертого элемента ИЛИ соединен с выходом восьмого элемента И, первый прямой вход которого соединен с третьим информационным входом ячейки, с первым прямым входом седьмого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом второго элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом шестого элемента И, первый вход которого соединен с вторым информационным входом ячейки, третий информационный вход ячейки также соединен с первым прямым входом пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом пятого элемента И.
