Однородная коммутирующая среда

Однородная коммутирующая среда относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована в системах управления с распределенными параметрами, 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 ограниченный набор функций преобразования массивов. Однородная коммутирующая среда содержит идентичные каскады К, расположенные в узлах двумерной решетки и идентично соединенные между собой. Каждый каскад содержит четыре ячейки, образующие матрицу с идентичными соединенными между собой ячейками. Каждая ячейка содержит входы 1, 2, 3, 4, 5, 6, элементы ИЛИ 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, элементы И 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, выходы 27, 28. Однородная коммутирующая среда выполняет широкий набор функций преобразования структур. Возможность разделения однородной среды на независимые подматрицы различных размеров и конфигураций позволяет организовать параллельную работу всех подматриц, причем в отдельных подматрицах могут одновременно выполнятся различные операции. Это обеспечивает хорошую загрузку полезной модели при одновременном решении набора задач с массивами различных размеров.

Простота ячеек и соединение внутри матриц только с соседними ячейками обеспечивает высокую технологичность и надежность при производстве на основании интегральной технологии. Настройка и перестройка однородной коммутирующей среды осуществляются подачей на соответствующие настроечные входы управляющих двоичных векторов. Такая настройка осуществляется с очень высокой скоростью.

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и предназначена для построения плоских самонастраивающихся коммутирующих структур и логической обработки массивов информации.

Известна однородная коммутирующая сеть, содержащая Н коммутирующих блоков (Авторское свидетельство СССР №1309033, кл. G 06 F 15/16, 1987).

Недостатком известной однородной коммутирующей сети является ограниченная область применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является коммутатор, содержащий матрицу ячеек из двух треугольных матриц (Авторское свидетельство СССР №1120313 от 15.04.83, G 06 F 7/00, бюл. №39 от 23.10.84).

Недостатком данного коммутатора является то, что он выполняет ограниченный набор функций преобразования массивов.

Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей за счет реализации операций преобразования структур данных.

Поставленная цель достигается тем, что однородная коммутирующая среда, содержащая идентичные каскады ячеек, расположенные в узлах двумерной решетки и идентично соединенные между собой, содержит дополнительные каскады, причем каждый каскад по четыре ячейки, два

горизонтальных входа каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя выходами каскада с координатами i, j-1, два горизонтальных выхода каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя входами каскада с координатами i, j+1, два вертикальных входа каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя выходами каскада с координатами i+1, j, два вертикальных выхода каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя входами каскада i-1, j, каждый i, j-каскад состоит из четырех ячеек, образующих матрицу с идентично соединенными между собой ячейками, первый и второй входы каскада являются третьим и первым информационными входами первой ячейки соответственно, первый выход которой соединен с третьим информационным входом второй ячейки, второй выход первой ячейки соединен с первым информационным входом четвертой ячейки, третий информационный вход которой соединен с четвертым входом каскада, четвертый выход которого соединен с первым выходом четвертой ячейки, второй выход которой соединен с третьим информационным входом третьей ячейки, первый информационный вход которой соединен с первым выходом второй ячейки, первый информационный вход которой соединен с третьим входом каскада, первый выход которого соединен со вторым выходом второй ячейки, второй выход каскада соединен со вторым выходом третьей ячейки, третий выход каскада соединен с первым выходом третьей ячейки, каждая из четырех ячеек содержит

шесть элементов ИЛИ и восемь элементов И, входы шестого элемента ИЛИ соединены с выходами седьмого, восьмого элементов И, входы пятого элемента ИЛИ соединены с выходами пятого, шестого элементов И, выходы шестого и пятого элементов ИЛИ соединены с первым и вторым выходами ячейки соответственно, первые входы шестого, седьмого, инверсные входа пятого, восьмого элементов И объединены и соединены с первым входом ячейки (четвертым настроечным), прямой вход пятого, второй вход седьмого элементов И объединены и соединены с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход шестого, прямой вход восьмого элементов И объединены и соединены с выходом первого элемента ИЛИ, входы первого элемента ИЛИ соединены с выходами первого, второго элементов И, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами третьего, четвертого элементов И, инверсный вход четвертого элемента И соединен со вторым входом ячейки (третьим настроечным), первые прямые входы третьего, четвертого элементов ИЛИ, первый прямой вход третьего, второй вход второго элементов И объединены и соединены с третьим входом ячейки (второй настроечный), инверсный вход третьего, первый вход второго элементов И, третий вход третьего, инверсный вход четвертого элементов ИЛИ объединены и соединены с четвертым входом ячейки (первый настроечный), первый прямой вход четвертого элемента И соединен с пятым входом ячейки (второй информационный), вторые прямые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ, третий вход второго, второй прямой вход третьего

элементов И объединены и соединены с шестым входом ячейки (третий информационный), первый вход первого элемента И соединен с седьмым входом ячейки (первый информационный).

Введенные новые элементы и связи в совокупности с известными признаками приводят к достижению положительного эффекта за счет реализации операций преобразования структур данных. 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 представлена общая схема однородной коммутирующей среды; на фиг.2 - схема каскада; на фиг.3 - коммутационные и функциональные схемы каскадов, реализуемые путем настройки; на фиг.4 - схема ячейки (заявка на патент №2006105835 от 26.02.2006 г., кл. G 06 F 7/00); на фиг.5 - автоматные отображения ячейки (фиг.4); на фиг.6-10 - возможные соединения каскадов в комутирующей среде.

Однородная коммутирующая среда содержит идентичные каскады К, расположенные в узлах двумерной решетки и идентично соединенные между собой. Каждый каскад содержит четыре ячейки, образующие матрицу с идентичными соединенными между собой ячейками. Каждая ячейка (фиг.4) содержит входы 1, 2, 3, 4, 5, 6, элементы ИЛИ 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, элементы И 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, выходы 27, 28.

Поставим в соответствие настроечным кодам ячейки однородной среды (фиг.4), реализующей определенные автоматные отображения (фиг.5, б, г), буквы английского алфавита, т.е. коду 001 соответствует буква b, коду 011-d. Тогда настроечный код каждого каскада (фиг.3) будет содержать четыре буквы английского алфавита, причем порядок расположения каждой будет соответствовать построчному расположению каждой ячейки в каскаде слева направо. Так, например, настроечный код каскада, приведенного на фиг.2, - dbbb.

Путем настройки каждый каскад реализует следующие системы булевых формул и автоматные отображения:

1) при коде bbbb	5) при коде bdbb
2) при коде bbbd	6) при коде bdbd
3) при коде bbdb	7) при коде bddb
4) при коде bbdd	8) при коде bddd

9) при коде dbbb	13) при коде ddbb
10) при коде dbbd	14) при коде ddbd
11) при коде dbdb	15) при коде dddb
12) при коде dbdd	16) при коде dddd

Здесь y₁ , y₂, y₃, y ₄ - выходы каскада; x₁, x ₂, x₃, x₄ - входы каскада.

Однородная коммутирующая среда выполняет широкий набор функций преобразования структур. Возможность разделения однородной среды на независимые подматрицы различных размеров и конфигураций позволяет организовать параллельную работу всех подматриц, причем в отдельных подматрицах могут одновременно выполняться различные операции. Это обеспечивает хорошую загрузку полезной модели при одновременном решении набора задач с массивами различных размеров.

Простота ячеек и соединение внутри матриц только с соседними ячейками обеспечивает высокую технологичность и надежность при производстве на основании интегральной технологии.

Настройка и перестройка однородной коммутирующей среды осуществляются подачей на соответствующие настроечные входы управляющих двоичных векторов. Такая настройка осуществляется с очень высокой скоростью.

Для выполнения операций преобразования структур данных (отражения, сортировки, перестановки, тасования, сжатия, расширения) в каждом конкретном случае однородная коммутирующая среда настраивается на выполнение одной или нескольких задач. В случае выполнения операций отражения, сортировки, перестановки и тасования однородную среду, состоящую из mn-каскадов (фиг.1), путем настройки можно разделить на требуемое количество треугольных подматриц. В общем случае количество каскадов для одной треугольной подматрицы равно:

L=H/4,

где H=С(С-1)+С-1 - количество ячеек в треугольной подматрице; С - число входов в каждой треугольной подматрице.

Работу однородной коммутирующей среды проиллюстрируем на следующих примерах:

Пример 1. Операции перестановк выполняются коммутирующей сетью Каутца [Фет Я.И. Параллельные процессоры для управляющих систем. - М.: Энергоиздат, 1981. - 160 с.], которая реализуется коммутирующей средой представленной на фиг.6. Входами первой сети Каутца являются y_i (i=1, 2, ..., 5), выходами - f_i, а x_i и _i - входы и выходы, соответственно, второй сети.

Пример 2. Путем настройки каскадов, соединенных в однородную среду, кодами, представленными на фиг.7, осуществляем реализацию операции отражения.

Пример 3. Однородная коммутирующая среда с кодами настройки каждого каскада, реализующая операцию тасования, представлена на фиг.8.

Пример 4. Сжатием произвольного вектора G называется операция ВR\G, где R - управляющий двоичный вектор, размерность которого совпадает с размерностью G. Результат операции - произвольный вектор В, который содержит те компоненты G_i исходного вектора, которые соответствуют R_i =1. Пусть

Однородная среда с кодами настройки каждого каскада, реализующая операцию сжатия вектора G, представлена на фиг.9.

Пример 5. Расширением произвольного вектора G называется операция ВR\G, где R - управляющий двоичный вектор, размерность которого не меньше размерности G. Результат операции - произвольный вектор В, в котором компоненты G, исходного вектора занимают позиции, соответствующие единицам вектора R. Размерность В совпадает с размерностью R. Компоненты G_i, соответствующие нулям вектора R, содержат нули. На фиг.10 представлена однородная среда с кодами настройки каждого каскада, реализующая операцию расширения для

Формула полезной модели

Однородная коммутирующая среда, содержащая идентичные каскады ячеек, расположенные в узлах двумерной решетки и идентично соединенные между собой, отличающаяся тем, что с целью расширения функциональных возможностей полезной модели введены в каждый каскад по четыре ячейки, причем два горизонтальных входа каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя выходами каскада с координатами i, j-1, два горизонтальных выхода каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя входами каскада с координатами i, j+1, два вертикальных входа каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя выходами каскада с координатами i+1, j, два вертикальных выхода каскада с координатами i, j соединены соответственно с двумя входами каскада i-1, j, каждый i, j - каскад состоит из четырех ячеек, образующих матрицу с идентично соединенными между собой ячейками, первый и второй входы каскада являются третьим и первым информационными входами первой ячейки соответственно, первый выход которой соединен с третьим информационным входом второй ячейки, второй выход первой ячейки соединен с первым информационным входом четвертой ячейки, третий информационный вход которой соединен с четвертым входом каскада, четвертый выход которого соединен с первым выходом четвертой ячейки, второй выход которой соединен с третьим информационным входом третьей ячейки, первый информационный вход которой соединен с первым выходом второй ячейки, первый информационный вход которой соединен с третьим входом каскада, первый выход которого соединен со вторым выходом второй ячейки, второй выход каскада соединен со вторым выходом третьей ячейки, третий выход каскада соединен с первым выходом третьей ячейки, каждая из четырех ячеек содержит шесть элементов ИЛИ и восемь элементов И, входы шестого элемента ИЛИ соединены с выходами седьмого, восьмого элементов И, входы пятого элемента ИЛИ соединены с выходами пятого, шестого элементов И, выходы шестого и пятого элементов ИЛИ соединены с первым и вторым выходами ячейки соответственно, первые входы шестого, седьмого, инверсные входы пятого, восьмого элементов И объединены и соединены с первым входом ячейки четвертым настроечным, прямой вход пятого, второй вход седьмого элементов И объединены и соединены с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход шестого, прямой вход восьмого элементов И объединены и соединены с выходом первого элемента ИЛИ, входы первого элемента ИЛИ соединены с выходами первого, второго элементов И, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами третьего, четвертого элементов И, инверсный вход четвертого элемента И соединен со вторым входом ячейки - третьим настроечным, первые прямые входы третьего, четвертого элементов ИЛИ, первый прямой вход третьего, второй вход второго элементов И объединены и соединены с третьим входом ячейки - второй настроечный, инверсный вход третьего, первый вход второго элементов И, третий вход третьего, инверсный вход четвертого элементов ИЛИ объединены и соединены с четвертым входом ячейки - первый настроечный, первый прямой вход четвертого элемента И соединен с пятым входом ячейки - второй информационный, вторые прямые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ, третий вход второго, второй прямой вход третьего элементов И объединены и соединены с шестым входом ячейки (третий информационный), первый вход первого элемента И соединен с седьмым входом ячейки - первый информационный.