Элемент криотроннои вычислительной среды

 

394941 .

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 29ЛЧ.1971 (№ 1650493/18-24} с присоединением заявки №

Приорите г

0»»бликова»о 22Х!11.1973. Бюллетень № 34

М Кч Н 03k 19 00

Государственный комитет

Совета 1йиниатрав СССР оо делам изооретений и открытий

УДК 681,325.65 (088.8) Дата опубликования описания 8Х11.1974

Автор изобретения

Н. И. Назаров

Сибирское отделение Института математики АН СССР

Заявитель

ЭЛЕМЕНТ КРИОТРОННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ

Предложение относится к автоматике и вычислительной технике.

Известен элемент крио1ронной вычислительной среды, содержащий логические ко»туры со схемами связи и ячейками памяти.

Для повыше»ия быстродействия в предлагаемом элем е»тс m вертикальных контуров пересекаются и горизонтальными контурами, каждый из которых содержит две основные и две вспомогательные шины и две схемы связи с соответствующими контурами соседних элементов; »а пересечениях контуров вспомогательные шины горизонтального и вертикального контуров соединены ветвью, содержащей в горизонтальном контуре вентили первого и второго криотронов и соответствен»о в вертикальном контуре вентили третьего и четвертого криотронов и параллельное соединение вентилей пятого и шестого и соответствен»о седьмого и восьмого криотронов; каждая первая основная шина горизонтального и вертикального контуров связана с вентилями девятого и десятого и соответственно одиннадцатого и двенадцатого криотронов и с параллельным соединением из трех ветвей, одна из которых содержит вентиль тринадцатого и соответствеп»о четырнадцатого криотрона и сетку одиннадцатого и соответствен»о девятог0 криотронг, другая — вентиль пятнадцатого и соответственно шестнадцатого криотрона, а третья — вентиль семнадцатого и соответственно восемнадцатого криотро»а и сетку третьего и соответственно первого криотрона; вторая основная шина горизонтального и вертикального контура связана с параллельными соединенпями трех ветвей, одна из которых содержит вентиль девятнадцатого и соответственно двадцатого криотрона и сетку двенадцатого и соответственно десятого крио10 трона, другая — вентиль двадцать первого и соответственно двадцать второго криотрона, а третья — вентиль двадцать третьего и соответственно двадцать четвертого кр»отрона и сетку четвертого и соответственно второго

1s криотрона, сетки пятого — восьмого и тринадцатого — двадцать четвертого криотронов соединены с выходами ячеек памяти.

На фиг. 1 показана принципиальная схе»а пересечения контуров и схемы связи; на фиг.

20 2 — принципиальная схема пересечения контуров при наличии только цепей передачи от вертикального контура на горизо»тальный и со сверхпроводящими ветвями схем связи, настроенных на отсутствие связи между конту25 рами; на фиг. 3 — пример реализации коньюнкции от большого числа перемен»ых.

Ячейки памяти «а фиг. 1 и фпг. 2»е показаны, поскольку их схемы и число не влияют на принцип работы элемента» предполагает30 ся, что каждая не включенная в какчю-либо

394941 цепь сетка крио!рона соединена с выходом ячейки памяти.

Каждый элемент среды состоит из т вертикальных и п пересекающих их горизонтальных контуров, которые с помощью схем связи соединены с соответствующими контурами соседних элементов.

Каждьш горизонтальный контур (фиг. 1) содержит первую основную 1, вторую основ ую 2 и две вспомогательные 3, 4 шины (для вертикального контура — соответственно 5, 6, 7, 8) первую 9 и вторую 10 схемы связи.

Схемы связи вертикального контура построены так же, как и горизонтального (на фиг. 1 пе показаны).

На каждом пересечении контуров вспомогательные шины горизонтального (вертикального) контура соединены ветвью, содержащей вентили криотронов 11; 12 (13, 14) и параллельное соединение вентилей двух криотронов 15, 16 (17, 18); в разрыв первой шины горизонтального (вертикального) контура включены вентили криотронов 19, 20 (21, 22) и параллельное соединение трех ветвей, одна из которых содержит вентиль криотрон»

23 (24) и сетку криотрона 21 (19), другая —— вентиль криотрона 25(26), третья — вентиль криотрона 27(28) и сетку криотрона 13 (11), в разрыв второй шины горизонтального (вертикального) контура включено параллельное соединение трех ветвей, одна из которых содержит вентиль криотрона 29 (30) ii сетку криотрона 22(20) другая — вентиль криотрона 31 (32) третья — вентиль криотрона 33 (34) и сетку криотрона 14 (12); сетки криотронов 15 — 18 и 23 — 34 соединены с выходамн ячеек памяти (на чертеже не показаны).

В первой 9 (второй 10) схеме связи вход источника питания 35 (36) подключен к первому параллельному соединению, одна из ветвей которого содержит вентиль криотрона 37 (38), другая — вентиль криотрона 39 (40) и выходную сетку 41 (42), и ко второму параллельному соединению, одна из ветвей которого содержит вентиль криотрона 43 (44), другая — вентиль криотрона 45 (46) и выходную сетку 47 (48), к концу второй основной шины 2 подключено третье параллельное соединение, одна из ветвей которого содержит вентиль криотрона 49 (50), другая— вентиль криотрона 51 (52); свободный конец первого соединения через вентиль криотрона

53 (54) подключен к концу первой основной шины 1, свободные концы второго и третьего параллельных соединений в первой 9 (второй

10) схеме связи подключены к концам вспомогательных шин 3, 4 (соединены между собой), концы вспомогательных шин 3, 4 соединены ветвью, содержащей вентили криотронов 55, 56 (57, 58); сетки криотронов 37 — 40, 43 — 46, 49 — 50, 55, 57 соединены с выходами ячеек памяти; сетки криотронов 51 — 54; 56, 58 соединены с выходами соответствующего контура соседнего элемента, причем сетки криотронов 51 (52), 56 (58) соединены с вы5

65 ходом, соответствующим выходной се i ке 41 (42), а сетка криотрона 53 (54) — с выходом, соответствующим выходной сетке 47 (48). Входы источников питания 35, 36 подключаются к полюсам источника тока.

Обозначим первые шины 1, 5 контуров единичными, вторые 2, 6 — нулевыми; нулевое илн единичное состояние контура различается в зависимости от того, по нулевой и in единичной шине течет ток источника.

Взаимодействие вертикального и горизонтального контуров может быть различным в за висимости от состояния вентилей криотронов, сетки которых соединены с выходами ячеек памяти, и поясняется фиг. 2. Возможны три вида управления состоянием горизонтального контура с помощью вертикального: прямая передача; вентили криотронов 24, 26, 32, 34 находятся в резистивном состоянии; ток в вертикальном контуре может течь по ветвям с сетками криотронов 11, 20; горизонтальный контур перейдет в состояние, соответствующее состоянию вертикального (единичное — единичному, нулевое — нуленn .,ió); инверсная передача; вен1или крио; ронов

26, 28, 30, 32 находятся в резистивном состоянии; ток в вертикальном контуре может течь по ветвям с сетками криотронов 12, 19; горизонтальный контур перейдет в состояние, соответствующее инверсному состоянию вертикального (единичное -- нулевому, нулевое единичному); отсутствие передачи; вентили криотронов

15, 16, 24, 28, 30, 34 находятся в резис1пвном состоянии; ток в вертикальном контуре л ожет течь по ветвям, не содержащим сеток; состояние горизонтального контура нс зависит от состояния вертикального.

Для управления состоянием горизонтального контура достаточно трех ячеек памяти, onпа из которых содержит сетки криотропов

15, 24, 34, другая — 16, 28, 30, третья — 26, 32. Управление состоянием вертикального контура с помощью горизонтального производится аналогично.

Каждая схема связи 9 может выполня1ь следую щи е ф уп кци и (ф и г. 1): передача; если вентили криотронов 37, 43, 55 находятся в резистивном состоянии, то ток источника питания может течь по одной из ветвей с выходными сетками 41, 47, воздействующими на вентили входных криотронов соседнего элемента; прием функциональный; вентили криотронов 39, 45 находятся в резистивном состоянии; выходные сетки соседнего элемента, воздействуя на вентили криотронов 51, 53, 56 (первый из которых шунтирован сверхпроводящей ветвью), оказывают такое же влияние на состояние контура, как и контуры, пересекающие данный, в режиме прямой передачи; прием дублирующий; вентили 39, 45, 49 находятся в резистивном состоянии; если каждое пересечение настроено на отсутствие передачи на данный контур, то его состояние б

LJ стане iяnким >ке, как и состоян11е соседнего контура, но переходный процесс про-,екав быстрее, чем при приеме функциональном; отсутствие связи; если вентили криотронов

39, 45, 55 находятся в резистивном состоянии и схема соседнего контура настроена тяк же, in св11зь между 1!Ими отсутствует.

Дл,i управления вентилями схемы связи достято 1110 1етьЕрех ячеек нам:1тп, О,!,HB Ila которых содержит сетки криотронов 37, 43, другая — 39, 45, третья — 55, четвертая — 49.

Схема св»зи 10 работает аналогично.

Каждый контур в своей единичной шине реализует копъюнкцшо

f .=- (- > ) (77 ге(77 k..... Жч7,й(i,7 z) г=т для горизонтальных и k=,n для вертикальных контуров; x, z — состояние связанных с данным контуром соседних элементов; а, P — коэффициенты, каждый из которых равен нулю, если имеется прием сигнала от соседнего контура, и единице в противном случае. Переменные g.; (i=1... )г) хяр",ктеризуют влияние пересекаюших контуров. Если

У; — — состояние i-го пересекающего кОЕп ур;! то y;= У„, если иместся пряма» пcpcan Ея;

771 = У;, если имеется инверсная переда i;I, g;= j, если передача отсутствует.

В своей нулевой ветви каждый ко(пур рея

ЛИЗУЕТ фУ>ЕПСЦИЕО

Р=) =(Х\/Х)йд,АЕ,(....ЖЕ77,й (.,:.) т. с. унивсрсальную логическую функциЕо.

Для реализации коныонкций от большого числа переменных используется несколько контуров соседних элементов. В качестве примера на фиг. 3 используется три контура.

Если направление передачи информации таково, как это указано стрелками, то результат реализации конъюнкции iinходится г последнем контуре, я состояние первых могус ему нс соответствовап (бы сь еди1(шин ымп. когда как у последних — нулевое); результат можно получи1ь в любом контуре, если передавать к нему ипформацшо от остальных.

Для реализации функции ДНФ (дизыонктивная формa)

f —.. z, /z, „ ..., z, где z,(;=1.... )) — коныонктивные члены, используется контур, который пересекает контуры с результатами реализации коньюшсций.

Исходя из равенства

f=-> / "V... „7zi — — з,й-,й. Azi передача на этот контур должна быть инверсной и при этом в нем в единичной ветви находится 7(, а в нулевой )).

Так кяк конъюнкции могут быть реализованы и в строках, и в столбцах, то элемент обладает несколько более высокими логическими возмо>кностями, чем 4 тге элементов известной среды, и при этом имеет не намного более высокую сложность.

З0

Более 01»со1;(>с быстродействие в предлоОстигается благодаря что как при реализации логических функций, так и прп передаче сигнала контуры переключаются последовательно, причем влияние одних контуров на переходные процсссы в других отсутствуют. Вследствие этого время реализации логически i функшей зависит линейно от числа переменных и числа кон.ьюнкций в ДНФ, а время передачи переменной становится пропорциональным длине используемой для этого цепочки контуров.

Для повышения быстродействия отдельных контуров в шинах, в зависимости от настройки пересечений, включается минимально необходимое число управляющих сеток, обладающих большими пндуктивностями. Схсмы связи построены таким образом, чтобы в контурах, используемых для передачи сигнала. пути переключения тока были минимальными, а сопротивления, переводящие то!с из одних ветвей в другие — максимальными.

Прп определении числя 771 и 7L логических контуров в элементе следует учитывать техеЕОлогические услови»,;, также то, что при увеличении числя контуров повышается быстродействие, но повышается и избыточность при реализации устройств в среде.

Кроме более высокого быстродействия, предложсши>ill элемент имеет также некоторые преимуществ; при соединении отдельных плат среды между собой и при соединении с внешним обрамлением среды.

Предмет изобретения

Элемент криотронной вычислительной срс ды, содер>кащий логические контуры со схс мами связи и»чей(кями Iln .(1»TII, О т л II i

Р(! (Сйс "ЧЕ! !1 В li(. >I /77 !!Сj> 1 П КЕ!. 1 !>11 Ы Х ILnii i > РО!!

Iicj>cccче!Еы и горизо!Етальпыми контурами, кя>кдый из которых содержит две ос(еовпыс il две вспомогательные шины и две схемы с!»» зи с соответствующими контурами соседних элементов; на пересечениях контуров вспомогательные шины горизонтального и вертикального контуров соединены ветвью, содержащей в горизонтальном контуре вен !.Или первого и второго криотронов и соответственно в вертикальном контуре вентили треп.его и четвертого криотронов и параллельное соединение вентилей пятого и шестого и соответственного седьмого и восьмого кр нотр о нов; каждая первая основная шина горизонтального и вертикального контуров связана с вентилями девятого и десятого и соответственно одиннадцатого и двенадцатого криотронов и с параллельным соединением из трех ветвей. одна из которых содержит вентиль тринадцатого и соответственно четырнадцатого криотрона и сетку одиннадцатого и соответственно девятого криотрона, другая — вентиль пятнадцатого и соответственно шестнадцатогс

394941

7 о

3b фиг. 2

А

Составите, ь И. Горелова

Техред А. Камышннкова

Редактор Н. Перышкова

Корректор М, Лейзерман

Заказ 1874/10 Изд. № 1926 Тираж 768 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР

rio делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4!5

Типография, пр. Сапунова, 2 криотрона, а третья †.вентиль семнадцатого и соответственно восемнадцатого криотрона и сетку третьего и соответственно первого криотрона; вторая основная шина горизонтального и вертикального контуров связана с napaëлельным соединением трех ветвей, одна из которых содержит вентиль девятнадцатого и соответственно двадцатого криотрона и сетку двенадцатого и соответственно десятого криотрона, другая — вентиль двадцать первого и соответственно двадцать второго криотрона, а третья — вентиль двадцать третьего и соответственно двадцать четвертого криотрона и сетку четвертого и соответственно второго криотрона, сетки пятого †восьмо и тринадцатого †двадца четвертого криотронов соединены с выходами ячеек памяти,