Мажоритарный модуль "три из пяти"

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его сложности при реализации мажоритарной функции, дизъюнкции, конъюнкции пяти аргументов. Мажоритарный модуль «три из пяти» содержит пять информационных входов 1, 2, 3, 4, 5, два настроечных входа 6, 7, выход модуля 8, мажоритарный элемент 9, первый элемент ИЛИ 10, второй элемент ИЛИ 11, третий элемент ИЛИ 12, четвертый элемент ИЛИ 13, первый элемент И 14, второй элемент И 15, третий элемент И 16, четвертый элемент И 17, пятый элемент И 18, шестой элемент И 19. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.

Известны мажоритарные модули (см., например, патент РФ №2249844, кл. G06F 7/38, 2005 г.), который содержит элемент И, элемент ИЛИ, два мажоритарных элемента, который реализует мажоритарную функцию Maj(x₁, х₂, х₃)=x₁x₂ v x₁x₃ v x₂x₃ трех аргументов - входных двоичных сигналов x₁, x₂, х₃ ∈ {0, 1} либо дизъюнкцию (конъюнкцию) тех же трех аргументов.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных мажоритарных модулей, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка пяти входных сигналов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип мажоритарный модуль (патент РФ 2580801, кл. Н03K 19/23, G06F 7/38, G06F 7/57, 2016 г.), который содержит пять информационных входов, два настроечных входа, выход модуля, мажоритарный элемент, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, причем второй информационный вход соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, третий информационный вход соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и первым входом мажоритарного элемента, четвертый информационный вход соединен с первым входом первого элемента И, пятый информационный вход соединен с первым входом второго элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, который реализует мажоритарную функцию Maj(x₁, x₂, x₃, x₄, x₅) пяти аргументов – входных двоичных сигналов x₁, x₂, ₃, x₄, x₅ ∈ {0, 1} либо дизъюнкцию (конъюнкцию) тех же пяти аргументов.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного мажоритарного модуля для реализации мажоритарной функции, дизъюнкции, конъюнкции пяти аргументов относятся низкое быстродействие, обусловленное тем, что в нем максимальное время задержки сигнала равно 4Т_маж, где Т_маж - время задержки в мажоритарном элементе и большая сложность, обусловленная большим количеством входов в элементы при его реализации в базисе И, ИЛИ, НЕ.

Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его сложности при реализации мажоритарной функции, дизъюнкции, конъюнкции пяти аргументов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в мажоритарный модуль «три из пяти», предназначенный для реализации мажоритарной функции, конъюнкции и дизъюнкции пяти переменных, содержащий пять информационных входов, два настроечных входа, выход модуля, мажоритарный элемент, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, причем второй информационный вход соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, третий информационный вход соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и первым входом мажоритарного элемента, четвертый информационный вход соединен с первым входом первого элемента И, пятый информационный вход соединен с первым входом второго элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, введены дополнительно третий элемент ИЛИ, четвертый элемент ИЛИ, третий элемент И, четвертый элемент И, пятый элемент И, шестой элемент И, причем первый информационный вход соединен со вторым входом мажоритарного элемента, третьим входом первого элемента ИЛИ и первым входом третьего элемента И, второй информационный вход соединен с третьим входом мажоритарного элемента и вторым входом третьего элемента И, третий информационный вход соединен с третьим входом третьего элемента И, четвертый информационный вход соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и вторым входом второго элемента И, пятый информационный вход соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ и третьим входом первого элемента И, первый настроечный вход соединен с первым входом четвертого элемента И, четвертым входом первого элемента И и первым входом пятого элемента И, второй настроечный вход соединен с первым входом шестого элемента И, выход мажоритарного элемента соединен со вторым входом четвертого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен с третьим входом четвертого элемента И и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с вторым входом пятого элемента И и третьим входом второго элемента И, выход четвертого элемента И соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, выход четвертого элемента ИЛИ соединен со вторым входом шестого элемента И, выход шестого элемента И соединен с четвертым входом второго элемента ИЛИ, выход пятого элемента И соединен с пятым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с выходом модуля.

На чертеже представлена схема мажоритарного модуля «три из пяти».

Мажоритарный модуль «три из пяти» содержит пять информационных входов 1, 2, 3, 4, 5, два настроечных входа 6, 7, выход модуля 8, мажоритарный элемент 9, первый элемент ИЛИ 10, второй элемент ИЛИ 11, третий элемент ИЛИ 12, четвертый элемент ИЛИ 13, первый элемент И 14, второй элемент И 15, третий элемент И 16, четвертый элемент И 17, пятый элемент И 18, шестой элемент И 19. Элементы схемы соединены следующим образом. Первый информационный вход 1 соединен со вторым входом мажоритарного элемента 9, третьим входом первого элемента ИЛИ 10 и первым входом третьего элемента И 16. Второй информационный вход 2 соединен с третьим входом мажоритарного элемента 9, вторым входом третьего элемента И 16 и с первым входом первого элемента ИЛИ 10. Третий информационный вход 3 соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 10, первым входом мажоритарного элемента 9 и с третьим входом третьего элемента И 16. Четвертый информационный вход 4 соединен с первым входом первого элемента И 14, с первым входом третьего элемента ИЛИ 12 и вторым входом второго элемента И 15. Пятый информационный вход 5 соединен с первым входом второго элемента И 15, со вторым входом третьего элемента ИЛИ 12 и третьим входом первого элемента И 14. Первый настроечный вход 6 соединен с первым входом четвертого элемента И 17, четвертым входом первого элемента И 14 и первым входом пятого элемента И 18. Второй настроечный вход 7 соединен с первым входом шестого элемента И 19. Выход первого элемента ИЛИ 10 соединен со вторым входом первого элемента И 14 и с первым входом четвертого элемента ИЛИ 13. Выход первого элемента И 14 соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 11. Выход второго элемента И 15 соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 11. Выход мажоритарного элемента 9 соединен со вторым входом четвертого элемента И 17. Выход третьего элемента ИЛИ 12 соединен с третьим входом четвертого элемента И 17 и вторым входом четвертого элемента ИЛИ 13. Выход третьего элемента И 16 соединен с вторым входом пятого элемента И 18 и третьим входом второго элемента И 15. Выход четвертого элемента И 17 соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ 11. Выход четвертого элемента ИЛИ 13 соединен со вторым входом шестого элемента И 19. Выход шестого элемента И 19 соединен с четвертым входом второго элемента ИЛИ 11. Выход пятого элемента И 18 соединен с пятым входом второго элемента ИЛИ 11. Выход второго элемента ИЛИ 11 соединен с выходом модуля 8.

Работа мажоритарного модуля «три из пяти» осуществляется следующим образом.

На входы 1, 2, 3, 4, 5 устройства подаются значения входных двоичных сигналов x₁, x₂, x₃, x₄, x₅ ∈ {0, 1}. На вход 6 подается значение первого настроечного сигнала Y₁, на вход 7 подается значение второго настроечного сигнала Y₂, где Y₁, Y₂ ∈ {0, 1}. В таблице приведены значения настроечных сигналов для реализации соответствующих логических функций.

На выходе 8 реализуется выбранная для реализации логическая функция.

Заявленное устройство имеет те же функциональные возможности, как и прототип.

Сравним быстродействие прототипа и заявляемого устройства.

Мажоритарный элемент реализует логическую функцию Х₁Х₂ v Х₁Х₃ v Х₂Х₃ и при его реализации на элементах И и ИЛИ задержка сигнала в нем Т_маж=Т_и+Т_или.

В заявленном устройстве максимальная задержка сигнала будет по цепи: входы устройства 1, 2, 3, мажоритарный элемент 9, элемент И 17, элемент ИЛИ 11, выход 8 устройства

Т_заяв=Т_маж+Т_и+Т_или=2Т_маж.

Такая же задержка будет и по цепи: элемент ИЛИ 12, элемент ИЛИ 13, элемент И 19, элемент ИЛИ 11, выход 8.

В прототипе максимальная задержка Т_прот=4Т_маж.

Следовательно, заявленное устройство имеет большее быстродействие.

Сравним сложность реализации заявленного устройства и прототипа на элементах И, ИЛИ, НЕ, которая определяется суммарным количеством входов в используемые элементы.

Мажоритарный элемент реализует булеву функцию Х₁Х₂ v Х₁Х₃ v Х₂Х₃ и при его реализации на элементах И и ИЛИ его сложность С_маж составляет 9 входов.

Сложность прототипа:

С_прот=9С_маж+8=9x9+8=89.

Сложность заявленного устройства:

С_заяв=С_маж+29=38.

Следовательно, заявленное устройство имеет меньшую сложность.

Мажоритарный модуль «три из пяти», содержащий пять информационных входов, два настроечных входа, выход модуля, мажоритарный элемент, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, причем второй информационный вход соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, третий информационный вход соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и первым входом мажоритарного элемента, четвертый информационный вход соединен с первым входом первого элемента И, пятый информационный вход соединен с первым входом второго элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, отличающийся тем, что дополнительно содержит третий элемент ИЛИ, четвертый элемент ИЛИ, третий элемент И, четвертый элемент И, пятый элемент И, шестой элемент И, причем первый информационный вход соединен со вторым входом мажоритарного элемента, третьим входом первого элемента ИЛИ и первым входом третьего элемента И, второй информационный вход соединен с третьим входом мажоритарного элемента и вторым входом третьего элемента И, третий информационный вход соединен с третьим входом третьего элемента И, четвертый информационный вход соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и вторым входом второго элемента И, пятый информационный вход соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ и третьим входом первого элемента И, первый настроечный вход соединен с первым входом четвертого элемента И, четвертым входом первого элемента И и первым входом пятого элемента И, второй настроечный вход соединен с первым входом шестого элемента И, выход мажоритарного элемента соединен со вторым входом четвертого элемента И, выход третьего элемента ИЛИ соединен с третьим входом четвертого элемента И и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с вторым входом пятого элемента И и третьим входом второго элемента И, выход четвертого элемента И соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, выход четвертого элемента ИЛИ соединен со вторым входом шестого элемента И, выход шестого элемента И соединен с четвертым входом второго элемента ИЛИ, выход пятого элемента И соединен с пятым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с выходом модуля.