РАНГОВЫЙ СЕЛЕКТОР
RANK SELECTOR

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.
1
6
2
1
6
3
1
6
4
1
6
5
1
6
1
6
k
1
6
1
6
1
6
Известны ранговые селекторы (см., например, фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2676422, кл. G06G 7/52, 2018 г.), которые выполняют любую из операций min(x, …, x), ор(x, …, x), ор(x, …, x), op(x, …, x), ор(x, …, x), max(x, …, x), где op(x, …, x),  есть операция выбора из шести входных аналоговых сигналов х, …, х сигнала, который является k-ым по величине после минимального среди сигналов х, …, х.
1
6
2
1
6
3
1
6
4
1
6
5
1
6
1
6
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых селекторов, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается параллельное выполнение операций min(x, …, x), ор(x, …, x), ор(x, …, x), op(x, …, x), ор(x, …, x), max(x, …, x).
1
6
2
1
6
3
1
6
4
1
6
5
1
6
1
6
1
6
1
6
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип ранговый селектор (фиг. 1 в описании изобретения к патенту РФ 2620199, кл. G06G 7/52, 2017 г.), который содержит два сортировщика, пять реляторов и выполняет любую из операций min(x, …, x), ор(x, …, x), ор(x, …, x), op(x, …, x), ор(x, …, x), max(x, …, x)  есть операция выбора из шести входных аналоговых сигналов х, …, х сигнала, являющегося k-ым по величине после минимального среди сигналов x, …, x.
1
6
2
1
6
3
1
6
4
1
6
5
1
6
1
6
1
2
3
4
1
2
3
4
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограниченные функциональные возможности и низкое быстродействие, обусловленные соответственно тем, что не допускается параллельное выполнение операций min(x, …, x), ор(x, …, x), ор(x, …, x), op(x, …, x), ор(x, …, x), max(x, …, x) и максимальное время задержки распространения сигнала в прототипе определяется выражением τ+3×(τ+τ+τ), где τ, τ, τ, τ есть длительности задержек, вносимых соответственно сортировщиком, компаратором, ключом, элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
1
6
2
1
6
3
1
6
4
1
6
5
1
6
1
6
k
l
6
1
6
1
6
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения параллельного выполнения операций min(x, …, x), ор(x, …, x), ор(x, …, x), op(x, …, x), ор(x, …, x), max(x, …, x), где op(x, …, x)  есть операция выбора из шести входных аналоговых сигналов х, …, х сигнала, который является k-ым по величине после минимального среди сигналов х, …, х, и повышение быстродействия.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом селекторе, содержащем два сортировщика и пять реляторов, каждый релятор содержит замыкающий и размыкающий ключи, выходы которых объединены и образуют выход релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора, присоединенные соответственно к входам замыкающего и размыкающего ключей, первый, второй входы четвертого релятора соединены соответственно с выходом «med» первого, выходом «max» второго сортировщиков, особенность заключается в том, что в него введен аналогичный вышеупомянутым шестой релятор, в каждый релятор введены дополнительные замыкающий и размыкающий ключи, выходы которых объединены и образуют дополнительный выход релятора, в каждом реляторе неинвертирующий, инвертирующий входы и выход компаратора соединены соответственно с входами дополнительных размыкающего, замыкающего ключей и управляющим входом всех ключей, j-й  вход первого и j-й вход второго сортировщиков соединены соответственно с выходом и дополнительным выходом j-го релятора, первый, второй входы пятого и первый, второй входы шестого реляторов подключены соответственно к выходу «min» первого, выходу «med» второго сортировщиков и дополнительному выходу четвертого, выходу пятого реляторов, а первый, второй входы j-го релятора и выход «min» второго, выход «max» первого сортировщиков соединены соответственно с (2×j-1)-ым, (2×j)-ым входами и первым, шестым выходами рангового селектора, второй, третий и четвертый, пятый выходы которого подключены соответственно к дополнительным выходам пятого, шестого реляторов и выходам шестого, четвертого реляторов.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены соответственно схема предлагаемого рангового селектора и схема релятора, использованного при построении указанного селектора.
1
2
1
6
1
2
3
4
1
3
2
4
4
1
2
1
2
j
5
6
1
2
4
5
j
2
1
5
6
6
4
Ранговый селектор содержит сортировщики 1, 1 и реляторы 2, …, 2. Каждый релятор содержит компаратор 3, выход которого соединен с управляющим входом замыкающего, размыкающего ключей 4, 4, подсоединенных выходами к выходу релятора, и дополнительных размыкающего, замыкающего ключей 4, 4, подсоединенных выходами к дополнительному выходу релятора, первым и вторым входами которого являются соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора 3, присоединенные соответственно к входам ключей 4, 4 и 4, 4. Первый, второй входы релятора 2 и j-e  входы сортировщиков 1, 1 соединены соответственно с выходом «med» сортировщика 1, выходом «max» сортировщика 1 и выходом, дополнительным выходом релятора 2, первый, второй входы релятора 2 и первый, второй входы релятора 2 подключены соответственно к выходу «min» сортировщика 1, выходу «med» сортировщика 1 и дополнительному выходу релятора 2, выходу релятора 2, а первый, второй входы релятора 2 и выход «min» сортировщика 1, выход «max» сортировщика 1 соединены соответственно с (2×j-1)-ым, (2×j)-ым входами и первым, шестым выходами рангового селектора, второй, третий и четвертый, пятый выходы которого подключены соответственно к дополнительным выходам реляторов 2, 2 и выходам реляторов 2, 2.
1
6
i
Работа предлагаемого рангового селектора осуществляется следующим образом. На его первый, …, шестой входы подаются соответственно подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) x, …, x. На выходах «max», «med», «min» сортировщика 1 имеем
1
4
2
3
1
6
где  и ∨, ⋅ есть соответственно сигналы на его первом, втором, третьем входах и символы операций max, min. Если сигнал на первом входе релятора (фиг. 2) больше либо меньше сигнала на его втором входе, то ключи 4, 4 соответственно замкнуты либо разомкнуты, а ключи 4, 4 соответственно разомкнуты либо замкнуты. Следовательно, релятор (фиг. 2) будет выделять на своих выходе и дополнительном выходе соответственно наибольший и наименьший из сигналов, действующих на его первом, втором входах. Таким образом, выходные сигналы z,…, z предлагаемого селектора определяются выражениями
согласно которых можно записать
1
6
1
6
1
6
1
6
(r)
(1)
(6)
(1)
(6)
где  есть количество неповторяющихся фрагментов , определяемое как число сочетаний из 6 по 7-r. Выражение (1) совпадает с видом n-арной поисковой функции (функция (6.7) на стр. 117 в книге Левин В.И. Бесконечнозначная логика в задачах кибернетики. М.: Радио и связь, 1982 г.), которая при n=6 реализует алгоритм выделения из множества {х, …, х} элемента х заданного ранга r∈{1, …, 6} (х=min(x, …, x), …, x=max(х, …, x)). С учетом указанного, на первом, …, шестом выходах предлагаемого селектора получим z=x, …, z=х.
1
2
1
6
3
1
6
4
1
6
5
1
6
1
6
k
1
6
1
6
1
6
1
2
3
1
2
3
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый селектор обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями и более высоким быстродействием, так как обеспечивает параллельное выполнение операций min(x, …, x), op(x, …, x), ор(х, …, х), op(x, …, x), op(x, …, x), max(x, …, x), где op(x, …, x)  есть операция выбора из шести входных аналоговых сигналов x, …, х сигнала, который является k-ым по величине после минимального среди сигналов х, …, х, и максимальное время задержки распространения сигнала в предлагаемом селекторе равно τ+3×(τ+τ), где τ, τ, τ есть длительности задержек, вносимых соответственно сортировщиком, компаратором, ключом.