КОНСТРУКТИВНО РЕАЛИЗОВАННЫЙ ФРАГМЕНТ ОРДИНАРНОЙ СЕТИ ПЕТРИ, ВЫПОЛНЯЮЩИЙ ФУНКЦИЮ ДВОИЧНОГО ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА С ПАРАФАЗНЫМ ПРЕДСТАВЛЕНИЕМ ИНФОРМАЦИИ

Предлагаемая полезная модель относится к вычислительной технике дискретного моделирования и может быть использована для моделирования ординарными сетями Петри процессов функционирования элементов и узлов цифровой вычислительной техники, работающих в двоичной системе счисления с парафазным представлением информации, а также устройств обработки данных, представленных в символьной форме.
Под ординарной, как и обычно, понимается сеть Петри, в которой каждая позиция может содержать не более одной фишки.
В вычислительной технике для передачи значения двоичной переменной при парафазном представлении информации используются две линии связи - основная и дополнительная. Передаче значения двоичной переменной, равного 1, соответствует наличие сигнала в основной линии связи при отсутствии сигнала в дополнительной. Передаче значения переменной, равного 0, соответствует отсутствие сигнала в основной линии связи и наличие сигнала в дополнительной. Для хранения значения двоичной переменной при парафазном представлении информации используются бистабильные элементы типа триггер с двумя (парафазными) выходами.
При моделировании ординарными сетями Петри процессов обработки значений двоичных переменных с парафазным представлением информации линии связи представляются дугами, соединяющими позиции, моделирующие бистабильные элементы, предназначенные для хранения информации, причем альтернативные состояния бистабильных элементов различаются наличием или отсутствием фишки. Так для позиции сети Петри не могут моделироваться парафазные выходы, в сетях Петри для хранения значения каждой
двоичной переменной с парафазным представлением информации приходится использовать две позиции.
Известны модели средств аппаратного обеспечения ЭВМ, в том числе конечных автоматов, и других дискретных устройств, в частности, выполняющих конвейерную обработку данных [Дж. Питерсон. Теория сетей Петри и моделирование систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 264 с], однако описаний моделей двоичных логических элементов в существующих публикациях не содержится.
Известно устройство моделирования сети Петри (далее СП), наиболее близкое к совокупности существенных признаков описываемой полезной модели [Устройство для исследования сетей Петри, патент RU 2126171 С1]. Устройство состоит из бистабильных конструктивных элементов (далее БКЭ) типа триггер, моделирующих позиции СП, и элементов И, моделирующих переходы СП, и связей между элементами, моделирующих дуги СП. Каждый БКЭ имеет первый и второй входы, сигналы на которых моделируют соответственно поступление и изъятие фишки с переходом БКЭ в одно из двух устойчивых состояний, отражающих наличие или отсутствие фишки в позиции в виде наличия или отсутствия сигнала на выходе БКЭ.
Известное устройство, определенное в качестве прототипа, как и другие возможные аналоги не определяют конкретные связи элементов СП, реализующие моделирование функций двоичных логических элементов.
Задача, на решение которой направлено создание предлагаемой полезной модели, заключается в моделировании ординарной СП двоичных логических элементов цифровой вычислительной техники, в том числе универсальной системы логических элементов, что создает принципиальную возможность моделирования СП любых узлов и устройств дискретной обработки двоичных переменных. Указанные результаты достигаются модельным представлением в конструктивно реализованном фрагменте ординарной СП парафазного значения каждой двоичной переменной парой БКЭ.
Иллюстрируемый графически вариант конструктивно реализованного фрагмента ординарной СП, выполняющего функцию п-входового двоичного логического элемента с парафазным представлением информации, в частном случае, когда n=2, включает (фиг.1):
2×2 (а в общем случае 2×n) входных БКЭ Х1(1), БКЭ Х1(0), ..., БКЭ Хn(1), БКЭ Хn(0), моделирующих входные позиции фрагмента СП;
2
n
n
2 (а в общем случае 2) конъюнктивных элементов И1, И2, ... И2;
БКЭ Y( 1) и БКЭ Y(0), моделирующие входные позиции фрагмента;
коммутационные связи, включающие коммутационные элементы связи входных БКЭ с входами конъюнктивных элементов, и коммутационные элементы связи выходов конъюнктивных элементов с входами БКЭ Y(1) и БКЭ Y(0), обеспечивающие реализацию функции двоичного логического элемента с парафазным представлением информации.
БКЭ имеют первые входы 1, 3, 5, 7, 18, 20 и вторые входы 2, 4, 6, 8, 19, 21, с поступлением сигналов на которые моделируются соответственно поступление и изъятие фишки с переходом БКЭ в одно из двух устойчивых состояний, отражающих наличие или отсутствие фишки в позиции в виде наличия или отсутствия сигнала на выходах 9, 10, 11, 12, 22, 23 БКЭ.
БКЭ, моделирующие входные позиции фрагмента СП, подключены к входам n конъюнктивных элементов, имеющих по 2 (в общем случае по n) входов, связями, реализующими функции двоичного дешифратора с формированием сигнала на одном из выходов 13, ..., 16 конъюнктивных элементов.
Выход одного из конъюнктивных элементов связан с первым входом БКЭ Y( 1) пары моделирующей выходные позиции фрагмента, состояние которых интерпретируется как парафазное значение выходной переменной, а выходы остальных конъюнктивных элементов через дизъюнктивный элемент связаны с первым входом БКЭ Y(0) этой же пары - в иллюстрируемом случае (фиг.1) ввиду связей выхода 19 И1 с входом 18 БКЭУ1, а выходов 20, ..., 22 И2, И3 и И4 через дизъюнктивный элемент ИЛИ1 к первому входу 20 БКЭУО, моделируется выполнение функции Y=X1&Х2.
При функционировании конструктивно реализованного фрагмента ординарной сети Петри обеспечивается:
установка (перед моделированием) подачей сигналов на входы 2, 4, 6, 8, 19, 21 всех БКЭ в состояния, соответствующие отсутствию фишек в моделируемых позициях, что поясняется (в традиционных обозначениях принятых при описании СП) фиг.2;
моделирование начальной маркировки фрагмента, соответствующей задаваемым парафазчым представлениям значений входных переменных, поясняемой в обозначениях СП фиг.3;
моделирование выполнения фрагмента СП, включающего запуск открытого перехода и получение результирующей маркировки, соответствующей парафазному представлению значения выходной переменной, что в обозначениях СП и установка входных БКЭ подачей сигналов на их входы 2, 4, 6, 8 в состояния, соответствующие отсутствию фишек в моделируемых ими входных позициях сети Петри, что поясняется фиг.4.
Моделирование в конструктивно реализованном фрагменте начальной маркировки, соответствующей парафазному представлению значения входной переменной Х1=0 (Х1=1) осуществляется установкой БКЭ X1(1) в состояние, интерпретируемое как отсутствие (наличие) фишки в позиции, а БКЭ Х1(0) - в состояние, в состояние, соответствующее наличию (отсутствию) фишки. Аналогично моделируются маркировки, соответствующие парафазным представлениям значений других входных переменных Х2, ..., Хn и выходной переменной Y.
Моделирование в конструктивно реализованном фрагменте запуска открытого перехода и получения результирующей маркировки сводится к реализации логических функций структурных элементов с учетом предусмотренных связей.
На фиг.1 показаны коммутационные связи, реализующие функцию Y=X1&Х2. Конъюнктивные элементы разделяются на две подгруппы. В составе одной подгруппы один элемент (И1), а в другой три элемента (И2, И3,
И4). Коммутационными элементами связи являются непосредственная связь конъюнктивного элемента первой подгруппы с первым входом БКЭ Y1(1) и связи выходов конъюнктивных элементов второй подгруппы с первым входом БКЭ Y1(0), включающие дизъюнктивный элемент ИЛИ1.
При состояниях БКЭ Х1(1) и БКЭ Х1(0), соответствующих Х1=1 (наличие сигнала на выходе 9 БКЭ ХКП и отсутствие сигнала на выходе 10 БКЭ ХКО)) и состояниях БКЭ Х2(1) и БКЭ Х2(0), соответствующих Х2-1 (наличие сигнала на выходе 11 БКЭ Х2(1) и отсутствие сигнала на выходе 12 БКЭ Х2(0)) срабатывает конъюнктивный элемент И1 и сигнал с его выхода 13 поступает на вход 19 БКЭ Y(1), при этом сигналы с выходов 14, ..., 16 конъюнктивных элементов И2, ..., И4 на вход 20 БКЭ Y(0) не поступают и результирующие состояния БКЭ Y(1) и БКЭ Y(0) оказываются соответствующими Y=1.
При других моделируемых сочетаниях парафазных значений переменных X1 и Х2 БКЭ Y(1) и БКЭ Y(0) оказываются в состояниях, соответствующих значениям выходной переменной Y=0.
Разные варианты подключения конъюнктивных элементов И1, ..., И4 к входам БКЭ Y(1) и БКЭ Y(0) приводят к моделированию конструктивно реализованным фрагментом выполнения ординарной СП функций различных логических элементов.
Некоторые из функций, выполнимые конструктивно реализованным фрагментом сети Петри
№
Варианты подключения конъюнктивных элементов
Реализуемые функции
к БКЭ У(1)
к БКЭ У(0)
1
И1
И2, И3, И4
И
2
И2, И3, И4
И1
штрих Шеффера
3
И4
И1, И2, И3
ИЛИ
4
И1, И2, И3
И4
стрелка Пирса
5
И2, И3
И1, И4
исключительное ИЛИ
Ввиду возможности моделирования универсальной системы логических элементов предлагаемая модель является доказательством того, что ординарные сети Петри по мощности моделирования эквивалентны машине Тьюринга.