![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Василенко, Ю. А. Синтез дискретных структур учеб. пособие
.pdfII9
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 |
(Щ 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 |