Многофункционален модул
Собственици на патент RU 2348976:
Изобретението се отнася до областта на компютърните технологии и може да се използва в изчислителни системи с паралелна обработка на информация и висока скорост. Техническият резултат е увеличаване на скоростта на обработка на информацията в изчислителните системи с паралелна обработка на информация. Устройството съдържа блокове от елементи "И", (n+1)-входни суматори, логически блок, състоящ се от r вериги на последователно свързани честотно модулиран тригерен генератор, високочестотен самозагасващ осцилатор, приемно-излъчваща система от високочестотен автоосцилатор. 1 з.п. f-ly, 3 ил.
Изобретението се отнася до областта на компютърните технологии и може да се използва в изчислителни системи с паралелна обработка на информация и висока скорост, особено за изпълнение на многозначни логически функции от произволен брой променливи.
Въпреки това, добре познатият универсален логически модул има следните недостатъци, които не позволяват да се реализират напълно предимствата на обработката на информация с многозначна логика:
- модулът е реализиран на двоични логически елементи, което не позволява минимизиране на броя на връзките вътре в модула;
- модулът съдържа голям брой логически блокове (броят на логическите блокове, които реализират генериращи функции, е равен на броя на функционалните класове, които формират пълна система);
- логическите блокове се изпълняват върху елементите на двоичната логика, което не позволява минимизиране на броя на връзките вътре в блоковете;
- блоковете съдържат голям брой логически елементи на двоичната логика, следователно общият брой на активните елементи също е голям, което намалява надеждността и увеличава консумацията на енергия;
- използването на такъв модул не е такаводи до значително намаляване на междуелементните връзки между функционалните единици в изчислителните системи, т.е. не увеличава степента на паралелизиране на изчислителните процеси и скоростта на тяхното изпълнение.
Добре познатият многофункционален модул обаче има следните недостатъци, които не позволяват да се реализират напълно предимствата на обработката на информация с многозначна логика:
- логическият блок на модула е реализиран с помощта на двоични логически елементи, което не позволява минимизиране на броя на връзките вътре в блока;
- блокът съдържа голям брой логически елементи на двоичната логика, следователно общият брой на активните елементи също е голям, което намалява надеждността и увеличава консумацията на енергия;
- използването на такъв модул не води до значително намаляване на междуелементните връзки между функционалните възли в изчислителните системи, т.е. не увеличава степента на паралелизиране на изчислителните процеси и скоростта на тяхното изпълнение.
Целта на изобретението е да се увеличи скоростта на обработка на информация в изчислителни системи с паралелна обработка на информация, особено при прилагане на многозначни логически функции от произволен брой променливи.
Този проблем се решава поради факта, че многофункционалният модул съдържа блок от n елемента "И" и суматор с n + 1 входа и свързан към него логически блок, чийто изход е изходът на модула, а модулът допълнително съдържа r-1 блок от n елемента "И" и суматор с n + 1 входа, а логическият блок е r вериги на последователно свързани честотно модулиран тригерен генератор, радиоимпулсен самоизключващ гасителна верига, система за захранване на радиоимпулсния автоосцилатор и изхода на всеки блок от n елемента "И" иСуматорът с n+1 входа е свързан към една верига от последователно свързани честотно модулиран тригерен осцилатор, радиоимпулсен автогенератор със самозагасваща верига, приемно-излъчваща система на радиоимпулсен автогенератор, които са част от логическия блок, и приемно-излъчващи системи от радиоимпулсни автоосцилатори на логическия блок се използват като изход на многофункционалния модул.
Същността на изобретението се състои в това, че функциите на многозначните логики се изпълняват от аналогова физическа система от най-малко 2 взаимодействащи радиоимпулсни осцилатори със самозагасващи се вериги, които са в състояние на фазова синхронизация на честотите на самозагасващи се колебания на радиоимпулсни осцилатори и имащи многостепенна характеристика. Това прави възможно използването на по-ефективни (в сравнение с двузначната логика) алгоритми на многозначната логика за обработка на информация, а също така позволява създаването на паралелни комуникационни канали между изхода на многофункционалния модул и входовете на други функционални елементи на изчислителните системи чрез електромагнитно поле, което от своя страна позволява последните да бъдат раздалечени в пространството на значителни разстояния и да се намали броят на кабелните връзки чрез проводници на електрически ток.
Резултатът е увеличаване на скоростта на обработка на информацията, намаляване на технологичните трудности, свързани с поставянето на голям брой проводници в ограничен обем или в дизайн на микросхема при създаване на паралелни изчислителни системи, намаляване на консумацията на енергия и повишаване на надеждността.
Изобретението е илюстрирано с чертежи, които показват: фигура 1 - блокова схема на предложения многофункционален модул, фигура 2 - блокова схема на логическия блокмногофункционален модул.
Многофункционалният модул (фигура 1) съдържа: блокове от n елемента "И" 1 и суматор 2 с n+1 входа, логически блок 3, информационни входове 4 елемента модул "И", конфигурационни входове 5 елемента модул "И", конфигурационни входове 6 модулни суматори, входове 7 на логическия блок и изходи на логическия блок 8.
Логическият блок на многофункционалния модул (фигура 2) съдържа: входове 7 на логическия блок, верига от последователно свързани честотно модулиран стартов генератор 9, радиоимпулсен осцилатор 10 със самозагасваща верига и приемно-излъчваща система 8 на радиоимпулсен осцилатор като изход на логическия блок.
Предложената комбинация от логически блокови елементи позволява да се реализират изходните функции на многозначни логики, като се използва феноменът на взаимна фазова синхронизация на честотите на самогасене на ансамбъл от периодично стартирани високочестотни автоосцилатори на радиоимпулсни автоосцилатори.
Многофункционалният модул работи по следния начин. Сигнали, представляващи входни променливи x1. xi. xn;. ; xn(r-1). xj. xm (където n е произволен брой входни променливи на един блок от n елемента "И" 1 и суматор 2 с n + 1 входа, r е броят на входовете на логическия блок 3, а общият брой входни променливи m=n r), се подават към съответните информационни входове на 4 елемента "И" 1 модул. Сигналите за настройка (тегловни коефициенти) w1 се подават към входовете за настройка на 5 елемента „И“ на модул 1. w.i. wn;. ; wn(r-1)+1, . wj. wm, съответно входовете за настройка 6 на суматорите 2 се захранват със сигнали за настройка (прагови нива) w01. w0k. w0r. В резултат на това на изходите на елементите "И" 1 се генерират сигнали, които представляват резултатите от умножаването на входните променливи x1. xi. xn;. ; xn(r-1)+1. xj. xm чрез тегловни коефициенти w1. w.i. wn;. ;wn(r-1)+1. wj. wm съответно. Сигнали, представляващи резултата от добавяне на w0k към продукти wi·xi. wj·xj, от изходите на суматорите 2 се подават към входовете 7 на логическия блок 3, който реализира многозначни логически функции от сумите на произволен брой входни променливи.
Логическият блок на многофункционалния модул (виж фигура 2) работи по следния начин.
Сигналите от изходите на суматорите 2 (фигура 1) се подават към входовете 7 на логическия блок 3 (фигура 2) и съответно към управляващите входове на честотно модулираните стартови генератори 9, които задават началната честота и съответно същите честоти на затихване на радиоимпулсните автоосцилатори 10 със самозагасващи вериги.
Логическата единица реализира изходните функции на многозначни логики, използвайки феномена на взаимна фазова синхронизация на честотите на самозагасване на ансамбъла от периодично стартирани радиоимпулсни автоосцилатори (RIA) 10.
Процесът на фазова синхронизация на самогасителните честоти на ансамбъл от 2 RIA се описва чрез едномерно картографиране на кръг от формата:
където φ е фазовата разлика на самозагасващите се честоти на взаимодействащия RIA, Ω е разстройката на самозагасващите се RIA честоти, K е амплитудата на RIA взаимодействие. Тъй като функцията от дясната страна на израз (1) е периодична с период 1, стойностите на Ω се разглеждат в интервала [0,1), които се получават с помощта на функцията mod 1.
За да се опише фазовата синхронизация на самогасителните честоти на ансамбъл от N + 1 радиоимпулсни автоосцилатори, се използва N-измерно картографиране на кръг.
За яснота на представянето на принципа на работа на логически блок, разгледайте пример за изпълнение на едномерно показване на кръг.
Едномерното изображение на кръг може да се интерпретира като въртене на радиус вектора в равнина, характеризиращо се с числото на въртене θ - средната ъглова скорост на въртенеизобразяващи точки по окръжност, т.е. за началната точка φ0 числото на въртене определя средното фазово изместване на итерация:
където числителят на дробта е пълният ъгъл на завъртане на радиус вектора за n итерации на дисплея; φn е стойността на променливата след n итерации, без да се взема предвид операцията mod 1. Като се има предвид израз (1) като модел на динамиката на фазовата разлика на самозагасващите се честоти на 2 RIA, числото на въртене θ може да се интерпретира като честота на биене (т.е. разликата в самозагасващите честоти на RIA), свързана с честотата на самозагасване на един на ОВНС.
В областта K≤1 границата (2) съществува и не зависи от началната точка φ0. С рационална стойност θ=p/q, където p и q са взаимно прости числа, картографирането на кръга има фиксирани точки или цикли с период q. Числителят p определя броя на оборотите на представителната точка около окръжността в q повторения.
Зависимостта θ( Ω) на числото на въртене θ от разстройката Ω на самоизгасващите честоти на 2-те RIA се описва от самоподобна (фрактална) крива, наричана в нелинейната динамика „стълбата на дявола“ (фиг.3). Тази крива е забележителна с това, че има безкраен брой прагове или секции за синхронизация, които се предлагат да бъдат използвани като реализация на изходните функции на многозначни логики (фигура 3 показва 10-те най-широки прагове със съответните рационални съотношения на числата на въртене). Броят на изпълнението на изходните функции зависи от броя на използваните RIA, обхвата на коефициентите на честота на самогасене на RIA и количеството шум в системата.
Логическата единица на предложения многофункционален модул реализира тази многопрагова зависимост θ( Ω) и изчислява стойностите на изходните функции на многозначни логики в зависимост от стойностите на сумите на претеглените сигнали на входната информация (входни променливи).
Като пример, помислете за възможно най-малковнедряване на логически блок като част от 2 RIA.
Нека съотношенията на честотите на самогасене F1 и F2 за 2 RIA варират в диапазона от 1/1 до 1/10. Тогава в система от 2 взаимосвързани RIA, в съответствие с израз (1), може да има 32 стабилни състояния (състояния на синхронизация), когато съотношенията на честотите са F1/F2=p/q, където p и q са взаимно прости числа (виж таблица № 1). Присвоявайки на всяко такова стабилно състояние на системата изходна многозначна функция в резултат на обработка на 2 суми от претеглени сигнали на входна информация, можете да получите 32 от техните реализации.