ЯЧЕЙКА ОДНОРОДНОЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для построения трехканальных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевых формул и системы булевых формул включая булевы формулы представленные в виде полиномов Жегалгина из классов бесповторных упорядоченных 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
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.
i
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, 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.
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 предназначенная для построения двухканальных линейных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевы формулы и системы булевых формул включая булевы формулы представленные в виде полиномов Жегалгина из классов бесповторных упорядоченных формул, как с пропусками аргументов так и без них. (Патент на полезную модель №58239 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.
Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей за счет реализации трехканальных однородных сред, обеспечивающих вычисление булевых формул и систем булевых формул включая булевы формулы представленные в виде полиномов Жегалгина из классов бесповторных упорядоченных формул, как с пропусками аргументов, так и без них
Поставленная цель достигается тем, что ячейка однородной среды, содержащая тринадцать элементов 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, содержит дополнительные элементы И, причем инверсный вход третьего элемента И соединен с вторым инверсным входом пятого элемента И, с третьим прямым входом шестого элемента И, с третьим прямым входом седьмого элемента И, с четвертым входом восьмого элемента И, с вторым инверсным входом девятого элемента И, с третьим прямым входом десятого элемента И, с инверсным входом одиннадцатого элемента И, с четверым прямым входом двенадцатого элемента И, с четвертым прямым входом тринадцатого элемента И, выход которого соединен с седьмым входом первого элемента ИЛИ, шестой вход которого соединен с выходом двенадцатого элемента И, третий прямой вход которого соединен с третьим прямым входом тринадцатого элемента И, с третьим прямым входом одиннадцатого элемента И, с инверсным входом десятого элемента И, с первым инверсным входом девятого элемента И, с третьим входом восьмого элемента И, с вторым инверсным входом седьмого элемента И, с вторым инверсным входом шестого элемента И, с первым прямым входом третьего элемента И, с первым инверсным входом пятого элемента И, выход которого соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, четвертый вход которого соединен с выходом шестого элемента И, второй прямой вход которого соединен с инверсным входом четвертого элемента И, со вторым прямым входом пятого элемента И, со вторым прямым входом седьмого элемента И, со вторым входом восьмого элемента И, с инверсным входом первого элемента И, с инверсным входом второго элемента И, со вторым прямым входом тринадцатого элемента И, с вторы прямым входом двенадцатого элемента И, со вторым прямым входом одиннадцатого элемента И, со вторым прямым входом девятого элемента И, со вторым прямым входом десятого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента ИЛИ, пятый вход которого соединен с выходом одиннадцатого элемента И, третий вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом девятого элемента И, первый прямой вход которого соединен с инверсным входом тринадцатого элемента И, с первым прямым входом двенадцатого элемента И, со вторым прямым входом третьего элемента И, с первым прямым входом шестого элемента И, с первым инверсным входом седьмого элемента И, выход которого соединен с пятым входом второго элемента ИЛИ, шестой вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый вход которого соединен с первым прямым входом седьмого элемента И, с первым инверсным входом шестого элемента И, с четвертым входом ячейки, шестой вход которой соединен с первым прямым входом тринадцатого элемента И, с инверсным входом двенадцатого элемента И, с первым прямым входом одиннадцатого элемента И, с первым прямым входом десятого элемента И, с первым прямым входом пятого элемента И, содержит четыре дополнительных элементов И и один элемент ИЛИ, причем инверсный вход четырнадцатого элемента И, четвертый вход шестнадцатого элемента И, третий вход семнадцатого элемента И соединены с первым настроечным входом ячейки, четвертый информационный вход которой соединен с прямым входом пятнадцатого элемента И, прямым входом четырнадцатого элемента И, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятнадцатого элемента И, инверсный вход которого соединен с вторым прямым входом семнадцатого элемента И, вторым входом шестнадцатого элемента И и с третьим настроечным входом ячейки, второй настроечный вход которой соединен с третьим входом шестнадцатого элемента И, с инверсным входом семнадцатого элемента И, выход которого соединен с четвертым входом пятого элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом шестнадцатого элемента И, первый вход которого соединен с третьим информационным входом ячейки, первый информационный вход которой соединен с первым входом семнадцатого элемента И, выход пятого элемента ИЛИ является третьим выходом ячейки.
Введенные новые элементы и связи в совокупности с известными признаками приводят к достижению положительного эффекта -построению трехканальных однородных сред, реализующих произвольные нормальные формулы из h букв, а также булевых формул и системы булевых формул включая булевы формулы представленные в виде полиномов Жегалгина из классов бесповторных упорядоченных 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, 25, элементы И 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 27, 28, 29, выходы 30, 31, 32; 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 17, для более удобного описания и синтеза ячейки; на фиг.3 - коммутационные и функциональные схемы, реализуемые ячейкой путем настройки; на фиг.4-9 - возможные соединения ячеек в среде. Входами первого элемента ИЛИ (фиг.2) являются выходы первого, второго, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого элементов И, входами второго элемента ИЛИ являются выходы четвертого, третьего, пятого, шестого, седьмого, восьмого 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, второй инверсный вход пятого элемента И, третий прямой вход шестого элемента И, третий прямой вход седьмого элемента И, четвертый вход восьмого элемента И, инверсный вход четвертого элемента ИЛИ, второй прямой вход второго элемента И, второй инверсный вход девятого элемента И, третий прямой вход десятого элемента И, инверсный вход одиннадцатого элемента И, четвертый прямой вход двенадцатого элемента И, четвертый прямой вход тринадцатого элемента И объединены и являются первым входом ячейки (первый настроечный). Первый вход третьего элемента ИЛИ, первый прямой вход третьего элемента И, первый инверсный вход пятого элемента И, второй инверсный вход шестого элемента И, второй инверсный вход седьмого элемента И, третий вход восьмого элемента И, первый прямой вход четвертого элемента ИЛИ, первый прямой вход второго элемента И, первый инверсный вход девятого элемента И, инверсный вход десятого элемента И, третьи прямые входы одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого элементов И объединены и являются вторым входом ячейки (второй настроечный). Инверсный вход четвертого элемента И, вторые прямые входы пятого, шестого, седьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого элементов И, второй вход восьмого элемента И, инверсные входы первого и второго элементов И объединены и являются третьим входом ячейки (третий настроечный). Первый прямой вход четвертого элемента И, инверсный вход шестого элемента И, первый прямой вход седьмого элемента И, первый вход восьмого элемента И объединены и являются четвертым входом ячейки (второй информационный). Третий вход третьего элемента ИЛИ, второй прямой вход третьего элемента И, первый прямой вход шестого элемента И, первый инверсный вход седьмого элемента И, второй прямой вход четвертого элемента ИЛИ, третий прямой вход второго элемента И, первый прямой вход девятого элемента И, первый прямой вход двенадцатого элемента И, инверсный вход тринадцатого элемента И объединены и являются пятым входом ячейки (третий информационный). Первые прямые входы пятого, первого, десятого, одиннадцатого, тринадцатого элементов И, инверсный вход двенадцатого элемента И объединены и являются шестым входом ячейки (первый информационный). Третий прямой вход семнадцатого элемента И, четвертый вход шестнадцатого элемента И, инверсный вход четырнадцатого элемента И объеденены и соединены с первым настроечным входом ячейки. Третий вход шестнадцатого элемента И, инверсный вход семнадцатого элемента И соединены с вторым настроечным входом ячейки. Второй прямой вход семнадцатого элемента И, второй вход шестнадцатого элемента И, инверсный вход пятнадцатого элемента И соединены с третьим настроечным входом ячейки. Прямые входа четырнадцатого и пятнадцатого элементов И объединены и являются четвертым информационным входом ячейки. Первый вход шестнадцатого элемента И соединен с третьим информационным входом ячейки. Первый прямой вход семнадцатого элемента И соединен с первым информационным входом ячейки.
Структура предлагаемой ячейки описывается следующей системой формул:
Ячейка путем настройки реализует следующие системы формул:
1) при z<sub>3</sub>=0, z<sub>2</sub>=0, z<sub>1</sub>=0,
<img file="00000003.tif" he="19" wi="68" img-content="undefined" img-format="tif" />
3
2
1
5) при z=1, z=0, z=0,
2) при z<sub>3</sub>=0,z<sub>2</sub>=0,z<sub>1</sub>=1,
<img file="00000005.tif" he="19" wi="57" img-content="undefined" img-format="tif" />
3
2
1
6) при z=1, z=0, z=1,
3) при z<sub>3</sub>=0,z<sub>2</sub>=1, Z<sub>1</sub>=0,
<img file="00000007.tif" he="19" wi="67" img-content="undefined" img-format="tif" />
3
2
1
7) при z=1, z=1, z=0,
3
2
1
4) при z=0, z=1, z=1,
3
2
1
8)при z=1, z=1, z=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 системы булевых формул вида
строиться однородная структура с настроечными кодами, представленная на фиг.5.
Пример 3. На фиг.6 показаны настроечные коды каждой ячейки однородной среды, реализующей бесповторную неупорядоченную булеву формулу
Пример 4. Для реализации булевой формулы, представленной в виде полинома Жегалкина:
строиться однородная структура с настроечными кодами, представленная на фиг.7.
Пример 5. На фиг.8 показаны настроечные коды каждой ячейки однородной среды, реализующей систему булевых формул вида
Пример 6. Для реализации системы булевых формул вида
строится однородная среда с настроечными кодами, представленная на фиг.9.
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.).