Однородная коммутационная структура

 

Изобретение относится к вычислительной технике и микроэлектронике. Структура предназначена для управления и перераспределения входных потоков данных в параллельно-конвейерных устройствах и однородных структурах, а также для реализации коммутационных функций от произвольного числа переменных. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности коммутации любого информационного входа с любым информационным выходом. Структура содержит матрицу ячеек. Каждая из ячеек соединена с ячейками, соседними по строкам и столбцам. Горизонтальные и вертикальные информационные выходы ячеек соединены с соответствующими информационными входами соседних ячеек. Каждая ячейка содержит элемент ИЛИ, четыре элемента И и триггер. 4 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и микроэлектронике и предназначено для управления и перераспределения входных потоков данных в параллельно-конвейерных устройствах и однородных структурах, а также для реализации коммутационных функций от произвольного числа переменных.

Известно устройство [1], содержащее шесть элементов И, два триггера, два элемента НЕ, два элемента ИЛИ и элемент ИЛИ-НЕ, информационные и управляющие входы, информационные выходы.

Недостатком известного устройства являются большие затраты на аппаратную реализацию и сложность управления коммутацией.

Наиболее близким по технической и функциональной сущности к заявляемой является коммутационная структура [2], содержащая информационные входы и выходы, управляющие входы, n базовых модулей, каждый из которых содержит i ячеек коммутации (i= 1, n), каждая из которых состоит из двух элементов И, элемента ИЛИ и элемента НЕ.

Недостатком этой структуры является ограничение по возможностям коммутации. При наличии у устройства i информационных входов и выходов на любом j-м информационном выходе (при j<i) не может быть получен входной информационный сигнал с номером большим j. Указанный недостаток позволяет реализовать требуемые алгоритмы коммутации только для узкоспециализированного класса решаемых задач.

Техническая задача, решаемая изобретением, - обеспечение возможности коммутации любого информационного входа с любым информационным выходом.

Поставленная техническая задача решается тем, что известная однородная коммутационная структура, содержащая матрицу ячеек, каждая из которых соединена с ячейками, соседними по строкам и столбцам, причем горизонтальные и вертикальные информационные выходы ячеек соединены с соответствующими информационными входами соседних, а каждая ячейка содержит элемент ИЛИ, первый и второй элементы И, выход первого элемента И является вертикальным информационным выходом ячейки, согласно изобретению, каждая ячейка дополнительно снабжена третьим и четвертым элементом И, триггером, причем горизонтальный информационный вход ячейки соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И, вертикальный информационный вход ячейки соединен с первыми входами первого и третьего элементов И и вторым входом четвертого элемента И, управляющий вход ячейки соединен с третьим входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом триггера, прямой выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, инверсный выход триггера соединен со вторыми входами первого и второго элементов И, выход второго элемента И соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого является горизонтальным информационным выходом ячейки, вход сброса структуры соединен со вторым входом триггера.

На фиг. 1 изображена функциональная схема однородной коммутационной структуры, на фиг. 2 - функциональная логическая схема ячейки коммутации, на фиг. 3 - схема коммутации сигналов в структуре в исходном состоянии, на фиг. 4 - схема коммутации сигналов в структуре после выполнения операции настройки ячейки.

Структура (фиг. 1) содержит i информационных входов 1₁, 1₂, ...,1_i (i - количество входных переменных), i информационных выходов 2₁, 2₂, ...,2_i (i - количество входных переменных), вход сброса структуры 3, управляющий вход 4, n ячеек коммутации 5 (n=i²), организованных в виде матрицы, имеющей i строк и i столбцов. Ячейки коммутации имеют обозначение 5_m,n, где m - номер столбца, n - номер строки матрицы, в которой расположена данная ячейка. Причем i-й информационный вход структуры (фиг. 1) соединен с горизонтальным 6 и вертикальным 7 информационными входами ячеек коммутации 5_1,i и 5_i,1 (фиг. 2) соответственно, i-й информационный выход структуры соединен с горизонтальным выходом 8 ячейки коммутации 5_i,i. Вертикальный информационный выход 9 каждой ячейки коммутации, расположенной в строках матрицы с первой по (i - 1), соединен с вертикальным информационным входом 7 ячейки коммутации расположенной в том же столбце матрицы в ее последующей строке. Вертикальные выходы 9 ячеек коммутации 5_i,1...5_i,i не используются. Вход сброса структуры и управляющий вход структуры соединены соответственно с входами сброса 3 и управляющими входами 4 всех ячеек коммутации структуры.

Каждая ячейка коммутации (фиг.2) содержит: горизонтальный информационный вход 6 и горизонтальный информационный выход 8, вертикальный информационный вход 7 и выход 9, вход сброса 3 и управляющий вход 4, элемент ИЛИ 10, первый, второй, третий и четвертый элементы И 11, 12, 13 и 14 соответственно, а также триггер 15. Причем вход 3 сброса ячейки подключен к R входу триггера 15, а выход элемента И 14 к S входу триггера 15.

Предлагаемая структура функционирует в двух основных режимах: режим настройки и режим коммутации.

Ячейка коммутации при работе в режиме коммутации способна выполнять одну из следующих двух функций передачи сигнала: - трансляция горизонтального и вертикального входных информационных сигналов на соответствующие информационные выходы ячейки.

- трансляция вертикального входного информационного сигнала на горизонтальный информационный выход ячейки. При этом горизонтальный входной информационный сигнал на информационные выходы ячейки не поступает, а на вертикальном информационном выходе ячейки устанавливается сигнал логического "0".

Функция передачи сигнала ячейкой коммутации определяется состоянием триггера 15 ячейки. Если триггер 15 находится в состоянии лог. "0" - ячейка выполняет первую функцию передачи, если же триггер находится в состоянии лог. "1" - вторую.

Режим настройки служит для настройки определенных ячеек коммутации на необходимые функции передачи сигнала в соответствии с номерами коммутируемых входов/выходов.

Рассмотрим работу структуры.

В начальный момент времени сигнал на управляющем входе 4 находится в состоянии логического "0" и на структуру по входу 3 поступает единичный сигнал сброса, переводящий систему в исходное состояние. По этому сигналу триггеры 15 всех ячеек коммутации структуры сбрасываются в состояние логического "0" (на R-вход триггера 15 поступает сигнал лог. "1" с входа 3 сброса структуры, а на S-вход триггера 15 поступает сигнал логического "0" с выхода четвертого элемента И 14). Сигнал с инверсного выхода триггера 15 открывает первый и второй элементы И 11 и 12, обеспечивая трансляцию горизонтального и вертикального входных информационных сигналов на соответствующие информационные выходы ячейки (ячейка выполняет первую функцию передачи сигнала). Третий элемент И 13 по сигналу с прямого плеча триггера 15 находится в состоянии логического "0", не мешая трансляции горизонтального сигнала через элемент ИЛИ 10.

Таким образом, после сброса структура находится в исходном состоянии при котором соответствующие информационные входы всех ячеек коммутации подключены к соответствующим информационным выходам. Информационные выходы структуры соединены с горизонтальными информационными выходами ячеек коммутации i-го столбца матрицы, которые соединены с горизонтальными информационными входами своих ячеек, которые в свою очередь соединены с горизонтальными информационными выходами ячеек коммутации (i-1)-го столбца матрицы и так далее до горизонтальных информационных входов ячеек коммутации 1-го столбца матрицы, соединенных с информационными входами структуры. Схема коммутации сигналов с информационных входов структуры в этом случае приведена на фиг. 3. Линии распространения сигналов показаны утолщенными.

Режим настройки структуры заключается в настройке определенных ячеек коммутации структуры на вторую функцию передачи сигнала. А именно при необходимости коммутации k-го входа с n-м выходом на вторую функцию передачи сигнала должна быть настроена ячейка с номером (k, n). При этом сигнал с k-го входа структуры будет присутствовать как на n-ом выходе, так и на k-ом выходе структуры. Выходные информационные сигналы на выходах (2₁ - 2_n-1) и (2_n+1 - 2_i) формируются как описано выше. Изменяется только схема формирования сигнала на n-ом выходе. Информационный n-ый выход структуры соединен с горизонтальным информационным выходом соответствующей ячейки коммутации i-го столбца матрицы, который соединен с горизонтальным информационным входом своей ячейки, который в свою очередь соединен с горизонтальным информационным выходом ячейки коммутации (i-1)-го столбца матрицы и так далее до горизонтального информационного выхода ячейки коммутации k-го столбца n-й строки матрицы. Горизонтальный информационный выход данной ячейки соединен с вертикальным информационным входом этой ячейки, который в свою очередь соединен с вертикальным информационным выходом ячейки коммутации (n-1)-й строки матрицы и так далее до вертикального информационного входа ячейки коммутации 1-й строки матрицы, соединенного с информационными входами структуры. Схема коммутации сигналов с информационных входов структуры в этом случае приведена на фиг. 4. Линии распространения сигналов показаны утолщенными. Путем соответствующей коммутации структуры (программированием ячейки с номером (n, k) на вторую функцию передачи сигнала) можно одновременно обеспечить коммутацию n-го входа с k-м выходом.

Изменение функции передачи сигнала для ячейки осуществляется следующим образом (рассматривается для ячейки с номером (k, n)).

Входные информационные сигналы структуры устанавливаются в состояние лог. "0". На управляющий вход 4 структуры подается единичный сигнал (режим "настройка"). Затем на k-й вертикальный и n-й горизонтальный информационные входы структуры подаются сигналы лог. "1". При этом очевидно только в ячейке с номером (k, n) на всех трех входах четвертого элемента И 14 произойдет совпадение лог. "1", что вызовет установку по входу S триггера 15 ячейки с номером (k, n). Таким образом, ячейка будет настроена на вторую функцию передачи сигнала. При этом на вертикальном информационном выходе ячейки будет сигнал лог. "0" (т.к. на второй вход первого элемента И 11 поступает нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 15). Горизонтальный информационный вход ячейки будет отключен (через второй элемент И 12, блокируемый нулевым сигналом с инверсного выхода триггера 15). Сигнал с вертикального информационного входа через третий элемент И 13, элемент ИЛИ 10 будет передан на горизонтальный информационный выход ячейки.

Аналогичным образом должны быть настроены соответствующие ячейки коммутации для всех информационных входов, поступающих на информационные выходы с другим номером.

В режиме коммутации структура осуществляет коммутацию входных информационных сигналов с соответствующими выходными (в соответствии с настройкой ячеек коммутации, выполненной в предыдущем режиме).

В этом режиме работы управляющий сигнал на входе 4 - нулевой (режим "коммутация").

Таким образом, предлагаемая однородная коммутационная структура обеспечивает возможность коммутации любого информационного входа с любым информационным выходом.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1612292, G 06 F 7/00, 1988.

2. Патент РФ N 2033635, G 06 F 7/00, 1995.

Формула изобретения

Однородная коммутационная структура, содержащая матрицу ячеек, каждая из которых соединена с ячейками, соседними по строкам и столбцам, причем горизонтальные и вертикальные информационные выходы ячеек соединены с соответствующими информационными входами соседних, а каждая ячейка содержит элемент ИЛИ, первый и второй элементы И, выход первого элемента И является вертикальным информационным выходом ячейки, отличающаяся тем, что в каждую ячейку дополнительно введены третий и четвертый элементы И, триггер, причем горизонтальный информационный вход ячейки соединен с первыми входами второго и четвертого элементов И, вертикальный информационный вход ячейки соединен с первыми входами первого и третьего элементов И и вторым входом четвертого элемента И, управляющий вход ячейки - с третьим входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, инверсный выход триггера соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выход второго элемента И - с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого является горизонтальным информационным выходом ячейки, вход сброса структуры соединен с вторым входом триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4