1.8. Структурный синтез самодиагностируемых обратимых функциональных преобразователей информации

При автоматизации технологических процессов реального времени с обработкой пневмосигналов [24], преобразовании кодов в сверхбыстродействующих устройствах передачи информации [14, 26] используются таблично-алгоритмические структуры [27, 43, 51], в которых основные нелинейные операции выполняются с помощью табличных или комбинационных функциональных преобразователей (ФПИ). Разрядность переменных в таких системах обычно мала (n 16), а интерационные процедуры не являются определяющими.

Одним из важнейших показателей таких систем является уровень безотказности функционирования, что определяет потребность построения самодиагностируемых преобразователей информации (СО ФПИ).

Наиболее распространенной операцией в таких системах является операция вычисления квадратного корня. Рассмотрим пример организации самодиагностируемого обратимого ФПИ для случая взаимообратимых операций возведения в квадрат при n = 4 и извлечение квадратного корня из при m = 2∙n = 8, где n, m – число разрядов; , – векторные (многоразрядные) переменные.

Обобщенная структура СОФПИ приведена на рис. 14, где обозначено:

Rg X, Rg Y – регистры памяти , с микрооперациями: С₁ – запись, С₂ – считывание, С₃ – опрос схемы контроля К;

V – n-, m-разрядные блоки двухвходовых схем ИЛИ;

СО ФПИ – исправен;

P, Q – результаты n-, m-разрядных схем , где – исключающее «ИЛИ»; К – схема принятия решения (схема контроля);

α₁ – необходимость вычислений F(x) или R(y);

МПА – микропрограммный автомат.

Из таблицы истинности 13 получим выражение^* для y_j(j = ):

y₀ = x₀; y₁ = 0; y₂ = x₁ ; y₃ = x₀(x₂ x₁);

y₄ = x₂ x₂∙x₁ x₂∙x₁∙x₀ x₃∙x₀ = x₂( x₀) x₃∙x₀; (4)

y₅ = x₃∙x₁ x₂∙x₁ x₃∙x₂∙x₀ = x₃∙x₁ x₂(x₁ x₃∙x₀)

y₆ = x₃ x₃∙x₂ x₃∙x₂∙x₁ = x₃( x₁);

y₇ = x₃∙x₂ x₃∙x₂∙x₁∙x₀ = x₃∙x₂;

Точно так же из таблицы истинности 13 получаем выражения для x_i(i = ):

x₀ = y₀;

x₁ = y₂ y₀(y₄ y₃);

x₂ = y₇ (y₄ y₅); (5)

x₃ = y₇ y₆.

Комбинационные структуры, синтезированные на основе (4) и (5), показаны на рис. 11 и рис. 15 соответственно.

Переход к конкретной структуре СО ФПИ основывается на замене структурных сигналов и на совокупность элементарных сигналов и , и требует соответствующей подстановки комбинационных структур в обобщенную функциональную схему СО ФПИ.

СО ФПИ управляется от МПА, который реализует последовательность выдачи микроопераций от Rg1, 2(x), Rg1, 2(y) и с₃ для схемы К в соответствии с алгоритмом рис. 16.

Рис.14. Структурная схема СО ФПИ

Рис. 15. Структура комбинационной части корнеизвлекателя

Анализ СО ФПИ (рис. 14) позволяет сделать вывод о полном соответствии СО ФПИ системной модели [23] в виде информационной (Rg1, 2), функциональной( ), адресной (блоки ИЛИ), управляющей (МПА) и логической (α₁, α₂, блоки и К) подсистем^*.

Рис. 16. Последовательность выдачи сигналов управления СО ФПИ

Структурная схема (рис. 14) позволяет осуществить работу СО ФПИ за пять тактов МПА. Если же сделать структуру СО ФПИ параллельной с помощью дублирования каналов вычисления F(x) и R(y), то возможна реализация функций СО ФПИ за два такта. При этом дополнительно потребуется векторный мультиплексор на выходе Rg1(x) и Rg2(y).

Структура СО ФПИ универсальна в том смысле, что вместо квадрата F(x) и извлекателя корня R(y) могут быть подставлены любые другие прямые и обратные ФПИ, например – относительно тригонометрических, логарифмических, экспоненциальных и других монотонных функций^*.

Для интегральной схемотехники реализация ФПИ в СО ФПИ возможна как с помощью ПЛМ и ПЛИС, так и с помощью ПЗУ. Выбор той или иной реализации определяется требованиями к быстродействию и условиям эксплуатации^**.