Пороговый элемент

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для построения различных устройств переработки дискретной информации. Целью изобретения является повышение быстродействия. Пороговый элемент содержит генератор 1 тактовых импульсов, 2P-канальный сканирующий мультиплексор 2, полусумматоры 3.1 - 3.P, накопители 4.1 - 4.P, сумматор 5 P-двоичных кодов, блок 6 формирования порога, элементы ИЛИ 7 и 8, входные информационные шины 9, информационный выход 10, выход 11 конца работы. Результаты работы считываются с информационного выхода 10 при появлении единичного сигнала на выходе 11. Для возобновления цикла работы порогового элемента все блоки переключают в исходное состояние. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Взамен ранее изданного союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 H 03 К 5/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ случае. (21) 4340291/21 (22) 08.12.87 (46) 07,12.92. Бюл. N. 45 (72) О. Н,Музы ченко (56) Авторское свидетельство СССР

N 1352449, Н 03 К 5/24, от 1984 г. (54) ПОРОГОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении различных устройств обработки дискретной информации. Цель изобретения — повышение быстродействия. Пороговый элемент содержит генератор тактовых импульсов 1, 2р-канальный сканирующий мультиплексор 2, полусумматоры 3, l-3.р, накопители 4,1-4.р, сумматор р двоичных кодов, блок формирования порога 6. элементы ИЛИ 7, 8, входные информационные шины 9. информационный выход 10, выход конца работы 11. Функционирование порогового элемента происходит следующим образом. Сканирующий мультиплексор 2 преобразует входной код каждой из 2р групп входных информационных шин в последовательность импульсов на соответствующем выхоИзобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для построения различных устройств переработки дискретной информации. .Известен пороговый элемент по заявке

1Ф 3729142/24-21, .содержащий выходной блок, сканирующий мультиплексор, счетным входом соединенный с генератрром тактовых импульсов, информационными входами - с шинами единичного положи„„!Ы „„1584098 А1 де, число которых равно числу «диничных логических сигналов на данкой группе шин

9. Импульсы с выходов сканирующего мультиплексора 2 поступают на входы полусумматоров 3, а с их выходов суммы или переноса на счетные входы первого или второго разрядов соответствующего накопителя 4, осуществляющего их подсчет °

Сумматор р двоичных кодов 5 осуществляют суммирование кодов с выходов накопителей 4 и формирует код суммы, поступающий на входы блока формирования порога 6,. Работа продолжается таким образом либо до опроса всех входных шин мультиплексором

2, либо до появления единичного сигнала на выходе блока 6 формирования порога или дополнительных выходах сумматора р дво- ичных кодов 5 или накопителей 4, при этом ; на выходе элемента ИЛИ 8 формируется единичный сигнал, свидетельствующий об окончании цикла работы. Результат снимается с выхода 10 элемента ИЛИ 7, единичный, если xi = А, и нулевой в противном =1 вй

С) тельного веса, а выходом — со счетным вхо- С0

0 дом счетного блока, сканирующий мультиплексор содержит р-канальный; преобразователь параллельного кода в по- I 3 следовательный, (р — 1) реверсивный накопи- ь тель, группу (р — 1) элементов И., элемент

ИЛИ и триггер, при этом р-й выход р-каналь- ного преобразователя параллельного кода.в последовательный соединен с р-м входом элемента VlflN, каждый l-й выход р-канального преобразователя параллельного кода в

1584098

40

50 последовательный (l--1, 2, ..., р-1) соединен с суммирующим входом I-го реверсивного накопителя, первый выход которого соединен с первым входом I-ro элемента И, выходом соединенного с вычитающим входом

i-го реверсивного накопителя и с i ì входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом сканирующего мультиплексора, Данный пороговый элемент позволяет реализовать пороговые функции единичными весами входных переменных. его недостатком я вляется низкое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности и функциональным возможностям к заявляемому является пороговое устройство по заявке ¹ 3753115/24, содержащее выходной блок, выход которого является первой выходной шиной устройства, генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с тактовым входом сканирующего мультиплексора, информационные входы которого являются входными информационными шинами устройства, а выход останова подключен ко входу триггера, i-м выходов — с первым входом 1-ro формирования счетных импульсов, (р+ )-м выходом — с вторым входом I-ro формирователя счетных импульсов, первый и второй выходы первого формирователя счетных импульсов соединены с первыми входами, соответственно . первого и второго элементов ИЛИ, выходы

KoTopb1x подключены, co078eTGTl38HHO, к суммирующему и вычитающему входам выходного блока, первый и второй выходы I-го формирователя счетных импульсов /l=2, .„, р/ соединены с первыми входами соответственно (2l — 1)-ro и 2(-ro элементов ИЛИ, подключенных выходами соответственно к суммирующему и к вычитающему счетным входам (I-1)-го накопителя, третий и второй выходы которого соединены с первыми входами. соответственно (2i — 3)-го и (2l-2)-го элементов И, второй и третий входы которых подключены соответственно, к выходам генератора тактовых импульсов и триггера, дополнительные m-е входы — к первым выходам накопителей от первого до (I-2)-го. причем число дополнительных входовукаждых (2I-3)-го и (2I-2)-ro элементов И равно (l-2), а выходы — ко вторым входам соответственно (2l-1)-ro и 2i-го элементов ИЛИ и к

i-м входам соответственно второго и первого элементов ИЛИ, второй выход (p+j-1) HBкопителя соединен с первым входом (p+J-1)-го элемента И, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и триггера, дополнительные m-e входы — к первым выходам накопителей от первого до (p+j-2)-го. причем число дополнительных входов каждого (p+j-1)-го элемента И равно

rn=p+J — 2, а выход — к вычитающему входу (p+j — 1)-ro накопителя и к (p+j}-м входам элементов ИЛИ, выходы накопителей соединены со входами двух элементов И, соединенных выходами со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом конца работы устройства.

Данный пороговый элемент позволяет реализовать пороговые функции с единичными весами входов, как положительными, так и отрицательными. Его недостатком является низкое быстродействие, в особенности при реализации пороговых функций с единичными положительными весами, В соответствии с этим целью изобретения является повышение быстродействия порогового элемента, Указанная цель достигается тем, что в пороговый элемент, содержащий генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с тактовым входом 2р-канального сканирующего мультиплексора, информационные входы которого соединены с входными информационными шинами, 1-й выход

/1=1, 2, ..., р/ — с первым входом!-го формирователя счетных импульсов, (р+ )-й выход— с вторым входом I-ro формирователя счетных импульсов, р накопителей и элемент

ИЛИ, выход которого является выходом конца работы устройства, введены сумматор р двоичных кодов, блок формирования порога и второй элемент ИЛИ, причем формирователи счетных импульсов выполнены в виде полусумматоров, выходы суммы и переноса которых соединены с первым и вторым счетными входами соответствующего накопителя, информационные выходы накопителей соединены с входами сумматора р двоичных кодов, соединенного информационными выходами со входами блока формирования порога. выход которого соединен со входом второго элемента ИЛИ, соединенного входами с дополнительными выходами сумматора р двоичных кодов, а при пороге А )и/р(также с дополнительными выходами накопи елей, а выходом — с информационным выходом порогового элемента и первым входом первого элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом останова.2р-канального сканирующего мультиплексора.

Все признаки, указанные в отличительной части формулы изобретения, являются новыми и существенными. поскольку в известных технических решениях отсутствуют признаки, отличающие заявленное техническое решение.

Введение сумматора р двоичных кодов и блока формирования порога позволяет

1584098 осуществлять формирование результата без пересчета содержимого счетчиков накопителей от второго до р-ro а первый накопитель, что обеспечивает повышение быстродействия. Дополнительное повышение быстрОдействия обеспечивается введенными связями с выходов сумматора р двоичных кодов и накопителей на входы второго элемента ИЛИ, что позволяет оканчивать цикл работы при накоплении в любом из накопителей А импульсов и упростить реализацию сумматора р двоичных кодов; и накопителей.

Цикл работы предлагаемого порогового элемента не превышает)п/2р(тактов, где и — число входов устройства, в то время как в устройстве-прототипе цикл работы достигает )и/2р(+(р-1) )и/2pf тактов.

Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема предлагаемого порогового логического элемента.

Пороговый элемент содержит генератор тактовых импульсов 1, 2р-канальный сканирующий мультиплексор 2, полусумматоры 3.1-3.р, накопители 4,1-4.р, сумматор р двоичных кодов 5, блок формирования поpore 6, элементы ИЛИ 7, 8, входные информационные шины 9, информационный выход 10, выход конца работы 11, 2р-канальный сканирующий мультиплексор 2 соединен информационными входами с входными информационными шинами 9, тактовым входом — с выходом генератора тактовых импульсов 1, )-м выходом /1=1, 2, ..., р/ — с первым входом i-ro полусумматара ЗЛ, (p+lpм выходом — с вторым входом го полусумматора ЗЛ, выход суммы которого соединен со счетным входом первого разряда накопителя 4Л, а выход переноса — со счетным входом второго разряда накопителя 4;i, информационные выходы которого соединены с группой входов сумматора р двоичных кодов 5, соединенного информационными выходами со входами блока формирования порога 6, выход которого соединен со входом элемента

ИЛИ 7,.входы которого соединены с дополнительными выходами сумматора р двоичных кодой 5, а Фри А )n/pf также с дополнительныМи выходами накопителей 4, а выходом - с информационным выходом устройства 10 и первым входом элемента

ИЛИ 8, второй.вход квторого соединен с выходом останова 2р-канального сканирующего мультиплексора 2, а выход- с выходом. конца работы устройства.

Многоканальный сканирующий мультиплексор 2. может быть выполнен как в устройстве-прототипе, Он может быть выполнен а виде распределителя импульсов нэ )n/2pf разрядов, выходы которого соединены с первыми входами 2р групп элементов И, вторые ахо5 ды которых в каждой группе являются входами устройства соответствующей группы

/входэми соответствующего канала мультиплексора/, э выходы соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого является вы10 ходом соответствующего канала сканирующего мультиплексора, тактовый вход распределителя импульсов является тактовым входом сканирующего мультиплексора, а выход последнего разряда распределите15 ля импульсоа является выходом остэнова сканирующего мультиплексора, Многоканальный сканирующий мультиплексор может быть также выполнен а аиде

2р регистров сдвига, соединенных инфор20 мационными входами с информационными входами сканирующего мультиплексора, тактовыми входами — с его тактовым входом, а выходами переноса — с выходами каналов мультиплексора, инверсные выходы каждо25 го регистра сдвига соединены с входами элемента И. а выходы последних — с аходэми элемента И, выход которого является выходом (конца работы) останова сканирующего мультиплексора, входы разрешения записи

ЗО регистров сдвига соединены с входом записи сканирующего мультиплексора, Блок формирования порога 6 реализует пороговую функциюс весами входов 2 и порогом А «, где А — порог реализуемой

35 устройством пороговой равновесной функции. Пусть двоичное представление порога

А равно

Пусть4ю=ар =... =а, — 1 =О, э а, =1 входы блока, начиная с е-го и до j-го, такие, 45 что %=@+1= =аi 1,à Qf>=0, соединены с входами элемента И. выход которого, а также входы блока, начиная с (j+1)-го и до i-го, такие, что

Q + 1 = Я + г =... = а =0, à al + 1=1. соеди50 нены с входами элемента ИЛИ, выход которого, э также входы блока, начиная с (i+1)-го и до i-го, такие. что, %+1 =%+2 = ° ° ° =Q =1, аа+1=0,соединены со входами элемента И, выход ко55 торого, а также входы блока,, начиная с (i+1)-го и кончая входом с номером t такие. что О и=Я+2 =... =ггпу =О, вишь+1 = 1, соединены с входами элемента ИЛИ, и так далее до объединения всех входов блока

1584098 формирования порога 6. Если -=1, последним является элемент И, если ао — 0, последним является элемент ИЛИ. В частном случае при А =2Р блок формироваl p ния порога выполняется в виде элемента ИЛИ, соединенного с входами блока от {р+1)-го до и-го. В частном случае при ai =аг =... =ар — =О, а

Qp = Qp + 1 =... = QU = 1, блок формирова ния порога выполняется в аиде элемента И, соединенного входами с входами блока от р-ro до и-го. При А=2" " блок формирования порога 6 выполняется в виде линии связи с его u-ro входа на выход.

Сумматор р двоичных ходов может быть выполнен в виде )1оц р(групп последова тельно соединенных сумматоров двоичных чисел, разрядностью не более )1оцг{А +1)(, Входы сумматоров первой группы соединены с выходами пар накопителей 4, входы сумматоров 1-й группы /1=2, ..., )1оцгр(/ соединены с соответствующими выходами двух сумматоров предыдущих групп с весами в < А . выходы сумматора последней группы с весами а А являются информациf онными выходами сумматора р двоичных кодов 5, а выходы сумматоров Всех групп с весами co А являются его дополнитель1 ными выходами.

Кроме того сумматор р двоичных кодов

5 может иметь любую из известных схемных реализаций, например, как устройство по а.с, 920707, причем его выходы с весами в < А, являются информационными выхо1 дами, а остальные — дополнительными. Каждый накопитель 4.1 представляет собой суммирующий счетчик, на )1одг(А+2)(-r разрядов, выходы которого соединены со входами блока формирования порога А1 А+с1, где q; — код, записываемый в счетчик в исходном состоянии, при А S)n/p(, При

A>)n/р(, каждый накопитель.4.1выполняется в виде сумми рующего счетчика на

)1092()п/p(+1)(=г разрядов. Выходы счетчика с весами в < А, - „являются информационными выходами накопителя.

Счетчик может иметь любую из известных схемных реализаций. Отличием используемого счетчика является наличие второго счетного входа, подключаемого к счетному входу второго разряда параллельно переносу их первого разряда, Такой счетчик может быть выполнен, например, на Т триггерах, соединенных последовательно, причем выход переноса каждого триггера соединен с входом переноса /счетным входом/ следующего триггера /см, стр. 170 рис, 5,6 указанной книги/, выход переноса первого

При поступлении тактовых импульсов с выхода генератора 1 на тактовый вход 2р-канального сканирующего мультиплексора 2, последний преобразует параллельный код, подаваемый с входных информационных шин 8.1 на информационные входы его i-го и (р+1)-ro каналов /групп входов/, в последовательность импульсов на выходах i-го и (p+l)-го каналов, число которых равно числу единичных сигналов на их входах

Импульсы с выходов 1-го и (рЧ)го кана0 лов сканирующего мультиплексора 2 поступают на входы полусумматора Э.l, Если импульс поступает на один его вход, это вызывает импульс на его выходе суммы, соединенном со счетным входом первого раз. ряда счетчика накопителя 4.1 к содержимому которого при этом добавляется единица, Если импульсы поступают на оба входа полусумматора 3.1,.это вызывает импульс на его

© выходе переноса, соединенном со счетным входом второго разряда счетчика накопителя 4.1, к содержимому которого при этом добавляется двойка.

При х <А работа продолжается в ф

1-- 3

55 описанном выше порядке до опроса всех входных информационных шин 9, для чего, потребуется )и/2р(тактов, где n — число входов порогового элемента. При этом по окончании работы 2р-канального сканирующего

25 триггера /разряда/ соединен с входом переноса /счетным входом/второго триггера

/разряда/ через элемент ИЛИ, второй вход которого является вторым. счетным входом счетчика и накопителя.

Блок формирования порога выполняется в порядке, описанном выше, а его выход является дополнительным выходом накопителя, Функционирование предлагаемого порогового элемента происходит следующим образом.

В исходном состоянии 2р-канальный сканирующий мультиплексор 2 и накопители 4,1-4.р сброшены. При этом в счетчики . накопителей 4.1 записаны коды чисел qi/О<

<ц<2 -п 1п(А+1, )n/p()/. При выполнении 2рканального сканирующего мультиплексора на регистрах сдвига входной код с входных шин 9 записан в регистры сдвига путем подачи разрешающего сигнала на вход разрешения записи сканирующего мул ьт@п лексо ра 2, Блок фо рми рова ни я порога реализует пороговую функцию с порогом А =А+ ць

1= I

1584098

10 мультиплексора 2 он самоблокируется и далее импульсов на выходах информационных не формирует, а .на его выходе останова появляется импульс /единичный сигнал/, который поступает через элемент ИЛИ 8 на выход 11 конца работы порогового элемента. Результат снимается с информационного выхода 10 элемента ИЛИ 7, на котором при этом будет нулевой сигнал, поскольку сумма кодов на выходах информационных накопителей 4 равна д х + Z, ф< А, что (=1 1=1 вызывает на выходе блока формирования порога 6 и выходе элемента ИЛИ 7 нулевой сигнал.

При xi > А, но числе единичных сиг1=1 налов на входах каждой пары каналов мультиплексора 2 i и (P+I) меньше А, работа устройства продолжается в описанном порядке до тех пор, пока на выходах накопителей 4, соединенных с входами сумматора р двоичных кодов 5 не появятся коды, сумма

I которых > А, при этом на выходах сумматора р двоичных кодов 5 формируется двоичI иыа код числа g (qi+Ni) > А, где N,— число =1 импульсов, сформированных на выходах 1го и (p+i)-ro каналов сканирующего мультиплексора 2 за время его работы, который поступит на входы блока 6 формирования порога и вызовет единичный сигнал на его выходе. Единичный сигнал с выхода блока 6 поступает через элемент ИЛИ 7 на информационный выход 10 порогового элемента, а также через элемент ИЛИ 8 на выход конца работы 11.

При xi. > А и числе единичных сигна1=1 лов на входах хотя бы одной пары каналов мультиплексора 2! и (p+i) большей или равной А, работа устройства происходит либо как в предыдущем случае, либо до поступления на входы хотя бы одного из полусумматоров не менее А импульсов /А или А+1/.

При этом на дополнительном выходе соответствующего накопителя 4.! появляется единичный сигнал /поскольку в его счетчике оказывается записан код числа рг+М р А, где А" — порог реализуемой блоком формирования порога данного накопителя пороговой функции/, который поступает через элемент ИЛИ 7 на выход информационный

10 порогового элемента, а через элемент

ИЛИ 8 на выход 11 конца работы, Таким образом при х <А на выходе

i=1 порогового элемента формируется нулевой логический сигнал, а при xi > А — единичi =1 ный, Результат работы считывается с информационного выхода 10 при появлении еди10 ничного сигнала на выходе конца работы 11, в общем случае в течение длительности тактового импульса и последующей паузы /полагая, что импульсы на выходах мультиплексора 2 синхронизированы с так15 товыми/, Для возобновления цикла работы порогового элемента все блоки необходимо сбросить в исходное состояние.

Таким образом цикл работы предложен20 ного порогового элемента не превышает

)n/2p(, что существенно меньше, чем в уст. Ройстве-прототипе. Следовательно предложенный пороговый элемент имеет существенно большее быстродействие.

25 Предложенный пороговый элемент позволяет реализовать и пороговые функции с единичными положительными и отрицательными весами входов, При этом входные информационные шины отрицательного веЗ0 са соединяются с информационными Входами 2р-канального сканирующего мультиплексора 2 через инверторы, а в счетчики накопителей 4.! записываются в исходном состоянии коды qi, причем значение А

35 для блока формирования порога 6 выбирается равным A+N+ q, где N — число

i =1 входных информационных шин отрицатель40 ного веса. В каждом-из накопителей 4.i значение А для блока формирования порога выбирается равным A+q; <-N i где N; — число входных информационных шин отрицательного веса на входах соответствующего кана45 ла мультиплексора 2 i и(р i).

Формула изобретения

Пороговый элемент, содержащий генератор тактовых импульсов, соединенный выходом с тактовым входом 2Р-канального сканирующего мультиплексора. информационные входы которого соединены с входными информационными шинами, i-й выход

/i=1,2, ..., р с первым входом i-ro формирователя счетных импульсов (p+i)-й выход — с вторым входом i-го формирователя счетных импульсов. р накопителей и элемент ИЛИ, выход которого является выходом окончания работы устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены сумматор р двоичных кодов,.

1584098

Составитель О.Музыченко

Редактор Е.Гиринская Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Заказ 877 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 блок формирования порога и второй элемент ИЛИ, причем формирователи счетных импульсов выполнен в виде полусумматоров, выходы суммы и переноса которых соединены с первым и вторым счетными входами соответствующего накопителя, информационные выходы накопителей соединены с входами сумматора р двоичных чисел кодов, соединенного информационными выходами со входами блока формирования порога, выход которого соединен со входом второго элемента ИЛИ, соединенного входами с дополнительными выходами сумматора р двоичных кодов, а при пороге А )и!р(также с дополнительными

5 выходами накопителей, а выходом — с информационным выходом порогового элемента и первым входом первого элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом останова 2р-канального сканирую10 щего мультиплексора,