ОДНОРОДНАЯ КОММУТИРУЮЩАЯ СРЕДА

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<img he="23" wi="50" file="00000002.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
5) при коде bdbb<img he="23" wi="50" file="00000003.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
2) при коде bbbd<img he="23" wi="50" file="00000004.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
6) при коде bdbd<img he="23" wi="50" file="00000005.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
3) при коде bbdb<img he="23" wi="50" file="00000006.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
7) при коде bddb<img he="23" wi="50" file="00000007.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
4) при коде bbdd<img he="23" wi="50" file="00000008.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
8) при коде bddd<img he="23" wi="50" file="00000009.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
9) при коде dbbb<img he="23" wi="49" file="00000010.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
13) при коде ddbb<img he="23" wi="49" file="00000011.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
10) при коде dbbd<img he="23" wi="49" file="00000012.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
14) при коде ddbd<img he="23" wi="49" file="00000013.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
11) при коде dbdb<img he="23" wi="49" file="00000014.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
15) при коде dddb<img he="23" wi="49" file="00000015.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
12) при коде dbdd<img he="23" wi="50" file="00000016.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
16) при коде dddd<img he="23" wi="49" file="00000017.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
1
2
3
4
1
2
3
4
Здесь y, y, y, y - выходы каскада; x, x, x, x - 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:
i
i
i
i
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=1, 2, ..., 5), выходами - f, а x и φ - 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.
i
i
Пример 4. Сжатием произвольного вектора G называется операция В←R\G, где R - управляющий двоичный вектор, размерность которого совпадает с размерностью G. Результат операции - произвольный вектор В, который содержит те компоненты G исходного вектора, которые соответствуют R=1. Пусть
Однородная среда с кодами настройки каждого каскада, реализующая операцию сжатия вектора G, представлена на фиг.9.
i
Пример 5. Расширением произвольного вектора G называется операция В←R\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, соответствующие нулям вектора R, содержат нули. На фиг.10 представлена однородная среда с кодами настройки каждого каскада, реализующая операцию расширения для