Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Василенко, Ю. А. Синтез дискретных структур учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
4.65 Mб
Скачать

II9

Для

записи

можно использовать и минимальные диэъшктив-

ные нормальные формы Ш , но и формула т

является уже кон­

структивной, позволяющей определить структуру преобразователя.

Устройство, предназначенное для реализации совокупности

функций вида

будем называть многозначным, .цифровым

функциональным преобразователем для функции одного аргумента

(ЫЦШ).

 

 

Структура МЦШІ полностью определяется формулой ( M i ­

ll МЦФЩ (рис.13) входит

набор элементов,

реализующих все

характеристические функции

и логическая сеть ЛС,

состоящая из конъюнктивной И

и дизъюнктивной ДЧ частей.

Разряды входной переменной JC поступают

на вход

МЦФДІ. Характеристические функции подаются на вход ж ,

где

oüt«

зуются конъюнкции характеристических фуігіциіі

iS дадѵ^й:

в ДЧ образуются дизьюнкшіи і^онъюнкідій вида ' S

л

Рдак

т

120

стант БК необходим для образования выражений вида

Для оценки различных структур МНфПІ будем использовать на

уровне структурного синтеза верхние математические оценки слож­ ности структур.

Эти оценки определяются возможным количеством

К переменных,

связанных знаком конъюнкции, количеством Д дизъюнктивных членов,

объединенных

знаком дизъюнкции, и количеством X

характеристи­

ческих функций, необходимых для реализации совокупности МДФ.

Формула

(40) и рис.13дают возможность оценить

сложность

структуры ЩФПІ.

 

Заметим прежде, что в системе Роосера-Тыскетта нет необходи­

мости в реализации нулевых значений функций. Примем, что вероят­

ность реализации любого из tTl

значений функций одинакова. Это

тем более справедливо,

чем большее количество функций необходимо

реализовать, т .е . чем

больше

£ .

V

Таким образом, в

среднем количество дизъюнктивных членов

в.одной функции равно

 

 

Поэтому имеем

Д - £т-і}тА - і

Количество конъюнктивных членов определяется из тех сообра­ жений, что для реализации совокупности ШФ могут потребоваться все возможные fffя конъюнкций.

Однако в БК не требуется реализовать нулевые значение функции.

Таким.образом, средняя математическая оценка ЩФПІ соста.нляет

К* * + 2?т-4)т

 

«

А-- fim-ilm*"1;

<"/

X = m ß.-

 

- I 2 I -

Верхние математические оценки получим из условия, что любая из функций не принимает нулевых значений.

Тогда

 

K g

-

ш

+ 2 І т

,

 

 

 

Д<*

ет*;

 

(

а !

 

 

 

 

 

к б

*

т

 

 

 

 

Из формул

Ш}

и

очевидно,

что сложность йіЦФПІ -зави­

сит от і,т

и особенно от

/$ .

 

 

 

2. ЩДІЙ функции двух переменных

(рис. 14).

 

 

Функцию двух переменных

г * /

« ; / /

, представлен­

ную таким образом, что

*Cf^

и 2 изменяется в пределах

соот­

ветственно faj

 

и

fl

/ff-ричных разрядов,

можно

записать

в/Я-ричяой системе счисления в виде

 

Наибольшее возможное

количество

значений

jf.t- , учитывая

и

нулевое,

разно

's fff

. Это значит, что каждый раз-

ряд

уГ/

состоит

из

 

элементов,

принимающих значе-

/

*

 

 

 

 

 

 

 

ш и

Of i f ..

• Такое же количество элементов имеют „ФІі

от /f/- £

аргументов.

 

 

 

 

 

 

Аналогично формуле

ЦО) 'Ші

^

любого

разряда '2Г можно

записать

как

 

 

 

 

 

 

 

 

--тм

 

 

 

 

 

 

 

Z ^ y

tP j ■/( Ѵ > ,

4 г ,4 ; ( % , » • ,< % & )

( W

Г °

1 2 2

Устройство, предназначенное для реализации ШЕФ вида ( ІЗ ) или

лю б о го другого вида,

который моделирует функцию (

/ S ' ) ,

называется

многозначным цифровым функциональным преобразователем для функции

двух аргументов (ШФ1І2).

 

 

Сравнивая формулы ( ІР ) и ( /3 ) нетрудно убедиться в идентич­

ности структур МЦФЩ и ЩФП2.

 

 

Разница состоит

в большем количестве вх о д н ы х

переменных. По ана­

логии с МЦФПІ для МЦФП2 получим средние математические

оценки в виде:

К *(

№ + 2П(т~і}іп

 

 

Д = п т Ч } т ^ ~ £ ;

 

W

Верхние математическиеоценки МЦФП2 запишем следующим образом:

К 4- ( k d jtn * * * + 2 пт ***;

ß i g ^ n r n * ^ ;

M S

Очевидно, что многозначными функциями и аргументами прин­ ципиально возш-аю промоделировать функцию любого числа аргументов.

Однако нозможност: такого •'моделирования ограничивает .то обсто­

ятельство, что количество ГП-ричннх аргументов и длина

123 -

МЛФ возрастают с увеличением числа переменных.

Поэтому на каждый аргумент для ffl = 2 можно отвести не более 4-5 разрядов ( k t * W * *

Таким образом, точность введения в МЦФП2 независимых пере­ менных невысока и, следовательно, невысокой и будет точность вычисления 2F .

Вое же этот метод можно использовать на практике, так как часто по условию■задачи одна из переменных принимает только

несколько значений, тогда как вторую можно ввести с достаточной

точностью.

 

 

Для моделирования £

можно использовать МЛФ от количества

аргументов, не превышающего

количества разрядов X ли

. В

основе этого метода лежит отображение функции двух аргументов се­

мейством функций одного аргумента. Если значение постоян­

но, то функция двух аргументов превращается в функцию одной пе­ ременной

Заставляя

принимать вое Ш значений, получим с е - <

мейство ■т кривых,

полностью отображающих функцию двух аргу­

ментов. Так как каждая функция зависит от

одной переменной X

,

то для ее моделирования используют МФ от

 аргументов.

 

Рассмотрим структуру МЦФП2

построенного по данному способу.

Многозначную логическую функцию,

тождественную Ä - / ,

ус­

ловно можно считать

зависящей от

всех

$

ар гу м е н т о в ^

 

и ваписать в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДПФ) в

виде дизъюнкции всех /7/ многозначішх конституент.

% * № # )* $ *

ѵ Щ к . ,

* т н , щ

Где

(Хц)-

(X*)

- многозначная

конституента (индекс /

при^ /ff-ри чный эквивалент набора,

 

 

к * -

на котором

в т

равна ffl-i ).

Если

исключить некоторые многозначные конституенты,

то тоадество перейдет в функцию равную нулю на наборах исключен­

ных конституент. Исключением конституент

можно получить любую ШФ.

Если исключеіше конституент проводить с помощью 'второго ар­

гумента ^

, то тем самым будет решена

задача выбора МИФ, необ­

ходимых для

моделирования разрядов

.

 

 

Введем ряд функций

j

^

» 3aBiIcm№C от

 

Функции имеют следующую особенность:

 

только на тех наборах, на которых конституента

У®

является

имшшкантой

 

J -го разряда

г ; Ь - Ц , :

на наборах, где

конституента

 

.является

иыиликантой

 

и т .д .

 

Тогда ШФ

можно записать

 

 

 

ZJ Ѵ%ѵ>

ѵ щ

•£**=

(* )

і* 0

ШФ l/j£ запишем в дизъюнктивной нормальной форме в системе Россера-Тыокетта „

% т V

о Х~° .

г * * '-*

J ,

где ойу - ѵдогозначна.* конституента

•••/ ff*ifft

125

С - номера наборов соответственно

 

 

»

на которых о

; (Xt'j (ty

~ наборы аргументов;

Zjidif (jj^J ~

значения функции г /

на наборах

cCl t <ty

,

 

 

Воспользовавшись формулаш

(

) к ( )

запишем

Z j

в

следующем виде

 

 

 

 

 

 

 

Ѵ*т*-і

 

 

 

 

2 / я У

<%[ V

 

а

п

 

 

l? 0

*’=Q

 

 

 

 

 

Структура МЩІ2, построенного по формуле

( / / )

приведена

на рис.

 

 

 

 

 

 

 

Из формулы Ш) и

рис. І5

можно получить верхнюю математи­

 

ческую оценку сложности структуры MLIJIEJ. Легко

видеть, что

блоки

 

J'i

и

являются полными многозначныш дешифраторами.

Бу-

;

дем считать,

что они выполнены по матричному способу. Блок БК

 

необходим для образования многозначных конъюнкций вида <Zj,

 

\

*Ц '

может принимать

т

различных значений от

О

 

до

/П-/ .

Так как функции

 

и

Z /f U t) 6^J

 

модеяирувщие различные

разряды

2

3 о<5с<еі.:

случае различны,

 

126

то

в блоке БК необходимо образовать•все возможные конъюнкции éCy

и

констант

 

9 ***9 m -t. С учетом того, что О2=

М ^~/ ,

получим, что

сложность блока

БК составит

 

 

. \

К в к ~ 2 м ет * > 2 ш и г .

 

 

Тогда имеем

 

 

 

 

 

 

 

K # = k m * + t m e + 2 m e* * i - n tn '

 

 

 

Д

п(т

b

e

„ j ,

( / 9 I

 

 

 

 

+т J;

 

Оценку (/9)

модно уменьшить, если учесть,

что в блоке

БК

достаточно образовать произведение каждого из

выходов блока ^

не на /77 , а

/^ кон стан ты ,

....

>'

Вследствие известных тождеств многозначной логики 0-Х"О

иіт -і)х-х нет необходимости-в образовании произведе­

ний констант О н (/п - г) на члены * 5 г • С учетом этого получим

К$* кт^+{те+2№-г}#е+-пт*.

Оценки Л / »

X

/

не изменяются.

 

Сравнивая формулы

Ю ) и

W

, легко заметить преимущест­

во Щ ИЕ, построенного

по фордуле

Ш ) ,

перед МЦФП2, построен­

ного' по формуле

Ш ) .

 

 

 

Например, дяя

/( a b /1*3

и

 

 

Ъ і т ^ Ч -

A é Ë - о а .

Ш І . J

Ktl<9) Чй' f lt(ff)'0,n' Х,м)~і -

1 2 7

3. Оптимизапия структуры многозначных цифровых функциональных преобразователей

Вначале исследуем структуру МЦФШ на выбор оптимальной знач-

I

поста логики. Воспользуемся для этого верхній® математическими оценками (Щ .

Суммарная сложность всего МЦМН, представляющая собой общее

количество входов всех конъюнкторов, дизъшкторов и характеристи­

ческих элементов,

оценивается формулой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* H m A + 2 t m A + lm * + m A t

 

і Щ

где т - значвооть логики;

/

-

количество

 

ft? -ричных раз­

рядов для

представления

аргумента

 

( Q & X & X f ) ; £

 

-

количество

f t 7 -ричных разрядов для представления

У '? О

 

^ â j

Применим подстановку

 

 

 

и

£ ~

 

 

 

 

Величины

JCé

и

определяются видом фушшвоназьной

зави­

симости

Ѵ

* П

Х )

и для конкретного І Щ

постоянны.

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Г -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= & в fy jfm X e

 

 

 

 

 

 

,

 

 

Перейдем в дальнейшем к

натуральным логарифмам

 

 

 

c - j T £

tom

*

 

 

 

 

f a

x

t

( 2i )

 

 

b / n

 

f a /г?

 

Постоянные величины в

( Z i )

заменим коэффициентами

 

 

C i =3<Xg(?ttl£g; C ^ X efnX é, С3 - Ы і -

ф

С ,+Сг .

 

 

В результате

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4*4 . r

H L-,

____cl +. СчГП

 

( 2 2 )

 

 

 

E nm

 

L3 en /n

 

Cn/n

 

e n m .

 

 

 

 

 

 

 

128

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выражение

(22)

продифференцируем по

/71 .

 

 

 

 

 

 

 

dj.

 

с3т(£т~і)-Сі-сг

 

 

 

 

 

 

 

dm

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

Производная M / c b n

равно

нулю,

если

значность логики

/ 7

удов­

летворяет

следующему уравнению

т(£пт-і}-ск=о,

 

(гз/

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решения трансцендентного уравнения

(23)

для

некоторых

значе­

ний

<Х(

в предположении,

что

 

<7C g —

 

даны в

 

таблице 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6

 

 

 

 

 

 

и

іб

32

64

128

256

512

1024

 

 

 

 

 

 

27,5

47

77

133

249

408

730

 

 

 

Таким образом, в случае

МЦФПІ оптимальная

значность логики

оказывается достаточно высокой. Этот факт можно объяснить тем,

что

сложность МЦМІІ определяется в основном его конъюнктивной частью

КЧ,, т .е .

многозначным дешифратором.

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие аппаратурные затраты последнего уменьшаются с увеличе­

нием значности логики

/ V

 

и увеличиваются с

ростом числа разря­

дов

Л

*

/

. т .е .

с увеличением

•*>

и

j f e

*

 

 

 

Исследуем на оптимальность структуру многозначного цифрового

функционального преобразователя двух переменных МЦФП2. Сложность

структуры МЦФП2

оценивается формулой

 

 

 

 

 

 

 

. №

S * ( № j ß !

+ 3 п т

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ