Структурний автомат

Структурний автомат, що складається з двох частин: з комбінаційної схеми логічного перетворювача і регістра на тригерах, що з'єднані між собою послідовно, і мають вхідні х і вихідні у полюси, який відрізняється тим що з метою одночасної обробки окремої і загальної інформації використовують паралельний (K+1)-рівневий регістр на елементарних автоматах, які складаються із багатофункціональних схем пам'яті (БФСП), в окремих (або в усіх) групах яких кількість елементів І-НІ (АБО-НІ) більша за одиницю, і комбінаційних схем на кожному рівні регістра: комбінаційної схемі збудження, зберігаючої комбінаційної схеми, схеми виходів тип у 1k (k = 0, 1, ..., K), схеми виходів типу 2k (k = 0, 1, ..., K) і схеми виходів типу 3 k (k = 1, 2,..., K) відповідно з'єднані зі входами загальних комбінаційних схем виходів типу 1, виходів типу 2 і ви U 2 (19) 1 3 25816 Недоліком цих структурних схем пристрою мікропрограмного управління є те, що із-за реалізації пам'яті на тригерах в регістрових структурах реалізується тільки послідовна обробка окремої і загальної інформації. Відомі структурна схема автомата у вигляді МПУ з матричною структурою Уилкса-Стринджера. [Справочник по цифровой вычислительной технике: процессоры и память / Б. Н. Малиновский, Е. И. Брюхович, Е. Л. Денисенко и др. Под ред. Б. Н. Малиновского.-К.: Техніка, 1979. - стр. 226-227, рис. 5.17], схема мікропрограмного управління Уилкса з двома матрицами, яка була використовувана в Моделі 45 Системи Spectra 70 фирми RCA [Хассон С. Микропрограммное управление.- Выпуск 1/ Пер. с англ. Под ред. В. К. Левина. - М.: Мир, 1973. - стр. 43, рис. 2.3], схема мікропрограмного управління Джераси [Хассон С. Микропрограммное управление.- Выпуск 1/ Пер. с англ. Под ред. В. К. Левина. - М.: Мир, 1973. - стр. 44-45, рис. 2.4), схема мікропрограмного управління Шлэпи [Хассон С. Микропрограммное управление,- Выпуск 1/ Пер. с англ. Под ред. В. К. Левина. - М.: Мир, 1973. - стр. 44-47, рис. 2.5], схема микропрограммного управления Системы 360 [Хассон С. Микропрограммное управление.- Выпуск 2/ Пер. с англ. Под ред. В. К. Левина. - М.: Мир, 1974. - стр. 9-10, рис. 6.2] Недоліком цих структурних схем ПУ з матричною структурою є те, що із-за реалізації пам'яті на тригерах в регістрових стр уктурах реалізується тільки послідовна обробка окремої і загальної інформації. Найбільш близькими до корисної моделі автомата, що пропонується, є структурні схеми автомата зі пам'яттю на тригерах (автоматів 1-го (Мілі) і 2-го (Мура) роду), що складаються із логічного перетворювача (операційної частини), що використовує операції алгебри логіки І(И), АБО(ИЛИ), НІ(НЕ), і блока елементів пам'яті, виходи логічного перетворювача поступають на вхідні вузли елементів пам'яті у вигляді функцій збудження, а також у вигляді вихідних сигналів схеми автомата пам'яті, а вхідні вузли схеми автомата разом з вихідними вузлами схеми пам'яті, які у даний момент не змінюють своїх станів, з'єднані зі входами логічного перетворювача. [Глушков В М. Синтез цифровых автоматов,М.: Изд. физ.-мат.-лит, 1962. - стр. 187, рис. 9.; Лазарев В. Г., Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов. - «Энергия», 1970 - стр.12, рис. 1.1; Касаткин В. Н. Введение в кибернетику. - Киев: «Радянська школа», 1980. - стр.79, рис 36] Недоліком цих структурних автоматів є те, що із-за реалізації пам'яті на тригерах в регістрових структурах реалізується тільки автомати 1 -го і 2-го роду і виконується послідовна обробка окремої і загальної інформації. Метою даної корисної моделі є створення схеми структурного автомата, що із-за реалізації пам'яті елементарних багатофункціональних схемах пам'яті (БФСП) в багаторівневих регістрових структурах реалізуються багатофункціональні автомати 1-го і 2-го роду та 3-го роду, який здібний 4 одночасно обробляти окрему та загальну інформацію. Поставлена мета досягається тим що з метою одночасної обробки окремої і загальної інформації використовуються паралельний (K+1)-рівневий регістр на елементарних автоматах, які складаються із багатофункціональних схем пам'яті (БФСП), в окремих (або в усіх) гр упах яких кількість елементів І-НІ (АБО-НІ) більша за одиницю, і комбінаційних схем на кожному рівні регістра: комбінаційної схемі збудження, зберігаючої комбінаційної схеми, схеми виходів типу 1k (k = 0, 1, ..., К), схеми виходів типу 2k(k = 0, 1,..., К) і схеми виходів типу 3k(k = 1, 2,..., К) відповідно з'єднані зі входами загальних комбінаційних схем ви ходів типу 1, виходів типу 2 і ви ходів типу 3; вхідна установча шина ВхШХ, на яку подаються паралельно на кожному рівні вхідні інформаційні сигнали хi(і = 0, 1, ..., К), з'єднана на кожному рівні зі входами комбінаційних схем збудження і схем виходів типу 1k, виходи багатофункціональних схем пам'яті (БФСП) нижніх регістрів від 0 до K-1, що генерують вхідні зберігаючі сигнали є, з'єднані відповідно зі входами зберігаючих комбінаційних схем (або безпосередньо відповідно зі входами багатофункціональних схем пам'я ті (БФСП) верхніх регістрів від 1 до К, в гр упах яких кількість елементів І-НІ (АБО-НІ) більша за одиницю, оскільки нижній регістр 0 будується на тригерах, то він зберігаючої комбінаційної схеми не має, виходи регістрів кожного рівня з'єднані відповідно зі входами комбінаційних схем свого рівня: схеми збудження i(i = 0, 1, ..., К), зі зберігаючою комбінаційною схемою,i(i=0, 1, …,K) зі входами комбінаційних схем типу 1 k(k = 0, 1, ..., К) і типу 2k(k = 0, 1, ...,К), вихідні вузли комбінаційних схем типу 1 з'єднані з вихідною шиною Вих. Y1, ви хідні вузли комбінаційних схем типу 2 з'єднані з вихідною шиною Вих. Y2, ви хідні вузли комбінаційних схем типу 3 з'єднані з вихідною шиною Вих. Y3. Суттєвим в цієї моделі є застосування в регістрах багато функціональних схем пам'яті (БФСП), котрі сумісно розглянуті при побудові корисної моделі. Відома багатофункціональна схем пам'яті (БФСП) має можливість зміни алгоритму роботи елемента, другий із входів кожного із n елементів «АБО-НІ»(«І-НІ») з'єднаний зі вхідною шиною зберігання станів елемента пам'яті (Фіг.1). [Мараховский Л.Ф. Устройства вычислительных машин с многофункциональной системой организации памяти. - Киев: УМК ВО, 1882. - стр.325, рис. 1.1 - 1.3] Щоб зменшити зв'язки між групами запропонованого БФСП введені додаткові елементи «АБО» («І»), що з'єднанують виходи однєї групи елементів, в яких q > 1, зі входами елементів останньої решти гр уп елемента пам'яті (Фіг.2). Конструктивно корисна модель автомата відрізняється від прототипу тим, що в ньому використовуються регістри на багатофункціональних схем пам'яті (БФСП), в окремих (або в усі х) групах яких кількість елементів І-НІ (АБО-НІ) більша за одиницю, і зберігаючих комбінаційних схем між рівнями регістрів, а також схеми виходів тип у 3; 5 25816 Функціонально корисна модель структурного автомата відрізняється від прототипу тим, що в ньому можна змінювати окремі алгоритми переходів на верхніх регістрах одночасно зі зміною станів нижніх регістрів, що дозволяє одночасно обробляти окрему і загальну інформацію в структурному автоматі. При використанні такої схеми автомата можна реалізовувати об'єднаний структурний M-автомат, що реалізує разом три вихідних сигналів типу 1, 2 і 3, або об'єднаний структурний С-автомат, що реалізує разом два вихідних сигналів типу 1 і 2, об'єднаний структурний R1-автомат, що реалізує разом три вихідних сигналів типу 1 s 3, об'єднаний структурний R2-автомат, що реалізує разом три вихідних сигналів типу 2 s 3, об'єднаний структурний автомат першого роду, що реалізує тільки вихідні сигнали типу 1, об'єднаний структурний автомат другого роду, що реалізує тільки вихідні сигнали типу 2, об'єднаний структурний автомат третього роду, що реалізує тільки вихідні сигнали типу 3. Багатофункціональні схеми пам'яті (БФСП) класу L [Мара ховский Л.Ф. Устройства вычислительных машин с многофункциональной системой организации памяти. - Киев: УМК ВО, 1882. - стр.3 -25, рис. 1.1 - 1.3] описуються загальною системою рівнянь, коли застосовуються базові елементи АБО-НІ (ИЛИ-НЕ): ì y i = y p+1 Ú... Ú y p+ q Ú ... Ú y k+ h Ú z1 Ú u1; ï ï 1í................................................................... ï ï y p = y p+1Ú ... Ú y p+ q Ú ... Ú y k +h Ú z p Ú u p ; î ìy i = y p+1Ú ... Ú y p+ q Ú ... Ú y k+ h Ú z1 Ú u1; ï ï 2í................................................................... ï ïy p = y p+1 Ú... Ú y p+q Ú ... Ú y k+h Ú z p Ú u p ; î ----------------------------------------------ìy = y1 Ú ... Ú yi Ú ... Ú y k Ú z k+1 Ú u k+1; ï k+1 ï mí................................................................... ï ï y k+h = y1 Ú ... Ú y i Ú ... Ú y k Ú z k +h Ú u k +h ; î чення яких рівно логічній одиниці (и або нулю), то можна використувати зв'язки між групами, застосовуючи додатковий логічний елемент АБО (І) в кожній групі (при q > 1), входи якого з'єднані з виходами базових елементів этой групи, а ви хід - з входами базових елементів інших гр уп БФСП. БФСП класу LM можна описати системою рівнянь функцій перемикання із логічних елементів АБО-НІ (І-НІ) та додаткового логічного елемента АБО (І) (Фіг.2). Загальна система рівнянь БФСП класу LM буде мати структур у формули (2), де функція диз'юнкції в кожному рівняні замінюється кон’юнкцією при використані базових елементів «І-НІ» та додаткоаого елемента «І». ì yi = b 2 Ú b 3 Ú ... Ú bm Ú z1 Ú u1; ï ï..................................................... 1í ï yp = b2 Ú b3 Ú ... Ú b m Ú z p Ú u1; ï b1 = y1 Ú ... Ú yp î ìy p+1 = b2 Ú b3 Ú ... Ú bm Ú zp +1 Ú up +1; ï ï ï................................................................ 2í ïy p+q = b2 Ú b3 Ú ... Ú b m Ú z p +q Ú u p+ q ; ï b1 = y p+1 Ú ... Ú yp+ q ï î -------------------------------------------- (2) ì yk +1 = b1 Ú b3 Ú ... Ú bm -1 Ú z k+1 Ú u k+1; ï ï................................................................... mí ï yk +h = b 2 Ú b 3 Ú ... Ú bm -1 Ú z k+ h Ú u k +h ; ï b1 = yk +1 Ú ... Ú yk +h î де X(x Î X, x = {zi }, i = 1, k + h) множина установчих вхідних сигналів x(t) (1) де X(x Î X, x = {zi }, i = 1, k + h) - множина установчих вхідних сигналів х(t); E(e Î E , e = {u i }, i = 1, k + h) - множина зберігаючих вхідних сигналів е(D); Y(Yj Î Y, Yj = {y i },i = 1, k + h) 6 - множина у(T) вихідних сигналів, які ототожнюються з станами елемента класу L; m - кількість груп логічних елементів АБО-НІ (ИЛИ-НЕ), що не з'єднані між собою вихідними вузлами. При використані базових елементів І-НІ (И-НЕ) загальна система рівнянь елемента буде мати структур у (1), де функція диз'юнкції в кожному рівнянні замінюється кон'юнкцією. Такий загальний елемент класу L представлений на Фіг.1. Оскільки в запам'ятовувані станів у БФСП беруть участь тільки активні виходні сигнали однієї ій групи базових елементів(АБО-НІ або І-НІ), зна E(e Î E , e = {u i }, i = 1, k + h) - множина зберігаючих вхідних сигналів е(А); Y(Yj Î Y, Yj = {y i },i = 1, k + h) - множина у(T) вихідних сигналів, які ототожнюються з станами елемента класу LM; B( b Î B, b = {bi },i = 1, k + h) - множина b(T) вихідних сигналів елемента АБО, вихід якого з'єднаний зі входами базових елементів інших гр уп БФСП; m - кількість груп логічних елементів АБО-НІ (ИЛИ-НЕ), що не з'єднані між собою вихідними вузлами. Такий загальний елемент класу LM представлений на Фіг.2. [Мараховский Л.Ф. Устройства вычислительных машин с многофункциональной системой организации памяти. - Киев: УМК ВО, 1882. - стр.3 25, рис. 1.2]. Для побудови автомата з автоматом стратегії, що генерує зберігаючі є вхідні сигнали потрібно застосовувати багаторівневі пристрої пам'яті [Мараховский Л.Ф. Устройства вычислительных машин с многофункциональной системой организации памяти. - Киев: УМК ВО, 1882. - стр.25 -45, рис. 2.4, 3.3]. Прикладом такої схеми є схема, що 7 25816 зображена на Фіг.3. Така схема одночасно обробляє окрему інформацію, що обробляється в багатофункціональній схемі пам'яті (БФСП) класу L, разом з загальною інформацією, що обробляється в автоматі стратегії, який може бути тригером, багатостабільним тригером (Фіг.3), що в даному випадку має дев'ять станів, або багатофункціональною схемою пам'яті (БФСП). Така структурна схема (Фіг.3) реалізує ієрархічний структурний автомат, де запропонована модель структурних автоматів 1-го і 2-го роду та автоматів 3-го роду є частиною ієрархічного структурного автомата. Схему пам'яті автомата А можна також реалізувати на паралельному регістрі, побудованому з (К+1)-рівневих елементарних автоматів Dj, кожний 8 з яких складається з БФСП С i(i = 1, 2, ..., К) і C0, що використовує тільки одну функцію збереження станів. Структур у (K+1)-рівневого елементарного автомата D зображає Фіг.4. Структурний автомат, що реалізує схему пам'яті на (K+1)-рівневих елементарних автоматах (в даному випадку К=1) реалізує принцип ієрархічного програмного управління, що зображений на Фіг.5. Розглянута модель структурних автоматів 1-го і 2-го роду та автоматів 3-го роду зображена на Фіг.6. Запропонована ієрархічна модель структурного автомата зображена на Фіг.7 9 25816 10 11 Комп’ютерна в ерстка М. Мацело 25816 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601