книги из ГПНТБ / Евреинов Э.В. Цифровые автоматы с настраиваемой структурой (однородные среды)

данного блока. В регистр

Pi и в

регистр-счетчик Р 3 за­

писываются номера строк

однородной среды, а в регистр

Р 2 и регистр-счетчик Pi,—

номера

столбцов, ограничи­

Схемы

сравнения

Ci

и

С 2

фиксируют

совпадение

кодов,

записанных в регистрах Pi и

Р 2

с

кодами,

вырабатыва ­

емыми

счетчиками Р3

и Р/Л. Сигналы

с выхода

схем срав­

нения

в о з в р а щ а ю т

счет­

чики

Р 3

и Р 4

в

исходное

состояние. Б л а г о д а р я

это­

му

настраивается

участок

л,

ос

ДЗУ

однородной

среды,

огра­

ниченный

только задан ­

ными строками и столб­

-}BZ

цами . Сигналы

настройки

j .

с

регистров

Р 3

и Р/,

через

Р*

Ь~(}—щ

д е ш и ф р а т о р ы

Dt

и D2

по­

1Ъ

ступают

в

среду.

Применение

блочной

Рис. 4-16. Схема блочной настрой

настройки

позволяет

со­

кратить

объем

настро­

ки

однородной

среды.

ечной информации . Опре­

делим

этот

выигрыш.

Допустим,

что

однородная

среда

состоит

из

М

строк

и

М

столбцов;

для

реализации

автомата

требуется

•к

однотипных

блоков;

для

реализации

к а ж д о г о блока

требуется

а

ячеек

и в к а ж д о й

ячейке содержится

/

наст­

роечных

триггеров.

Тогда

информация,

с о д е р ж а щ а я с я

в

подпрограмме

настройки

блока,

д о л ж н а

равняться

h=at,

а

объем

информации,

необходимый

д л я

настрой­

ки

k однотипных

блоков в среде

при

отсутствии

блочной

настройки, составит

I2=kal.

П р и

наличии

блочной

наст­

ройки

информация, з а п и с ы в а е м а я

в регистры Ри

Р 2 , Рз, Р/„

равна

/ 3 = 4

\ogzM.

Тогда информация,

необходимая

д л я

настройки k

'блоков,

равна:

Ii =

al+Ak

\ogzM.

Выигрыш в объеме внешней настроечной

информа ­

ции за счет применения блочной настройки

составляет:

M**k-a-l

—

(al + 4k\ogzM)

=

(k—

\)al—

461og2 M.

на

элементы,

реализующие

схемы

настройки,

а т а к ж е

от

топологии

схемы.

М е ж д у

п а р а м е т р а м и ,

'входящими

в

оценку способов

настройки,

нет прямой связи, поэто­

му их трудно сравнивать друг с другом.

По -видимому,

при выборе

способов

настройки

можно

вводить

оценки

в

предположении

независимости

параметров

и

допол­

нять оценки

качественными

сравнениями

достоинств и

недостатков

рассматриваемых

способов.

Д л я

сравнения

различных

способов

настройки

рас­

смотрим

несколько

п а р а м е т р о в :

/ — время

настройки;

q — ненадежность

схем настройки;

т — число

внешних

выводов

схем

настройки;

ф — с л о ж н о с т ь ,

которая

в свою

очередь зависит от числа элементов /•, затраченных

на

реализацию

системы

настройки,

а

т а к ж е

от

сложности

топологического

рисунка

р

(например,

от

числа

пересе­

чений) .

И з

рассмотренных

способов

настройки

наиболее

про­

стыми

по структуре

являются

ручной

и

автоматизиро­

ванный

способы,

а

т а к ж е

способ

настройки

с

помощью

полупостоянной

памяти

д л я

хранения

настроечной

информации . Вместе с тем эти

способы

связаны с

затра ­

тами времени на настройку.

Значения

параметров

для

этих

способов

приведены

в табл .

4-2.

Т а б л и ц а

4-2

Параметры

Способы

пастроПкп

s

т

я

t

Ручной

0

0

0

и

Автоматизированный

0

0

0

С полупостоянной

памятью

«3

0

0

Д л я

этих способов ti>t2>t3,

а

затраты

на

реализа ­

цию схем настройки

начинают

сказываться

лишь

при

выборе

способа

с

хранением

настроечной

информации

в полупостоянной-

памяти .

Применение

этих

способов

Параметры

Способы

настройки

S

т

Способ поразрядного

сдвига

S,

4

<7i

Способ

координатной

настройки

с

4 + 2с„6„

'г

выборкой

элемента

2кЧ\Ьп

Схема с

коордииатно-задаипой

инфор­

S3

<7з

мацией

*

Схема с

переменной

структурой

S.i

4

•7*

П р и м е ч а н и е .

В

этой таблице № определяется иклом настраиваемых под-

злементов.

Д л я

автоматических

способов

настройки

значение

параметров представлены в табл . 4-3.

Д л я

рассмотренных

способов

сложность

возрастает

в порядке

их

перечисления,

т.

е. Si<s 2 <s 3 <S4 , число

мах настройки. Время настройки убывает

tC>h~>t{>til..

Н а д е ж н о с т ь

схем настройки

возрастает

цОЦг>Цъ>Цк-

И з приведенных оценок

следует, что на окончатель­

ный выбор

того или другого способа настройки

влияет

соотношение

между з а т р а т а м и на реализацию

схем и

ло, можно сделать с

учетом

конкретных

особенностей

реализации ОС .

4-4. О С Н О В Н Ы Е П О Д Х О Д Ы К Р Е А Л И З А Ц И И Ц И Ф Р О В Ы Х

У С Т Р О Й С Т В В О С

Процесс реализации различных устройств в

ОС раз ­

бивается

на два э т а п а . Н а первом э т а п е

синтезируется

требуемое

устройство,

и

его

структура

представляется

в виде

упорядоченного

массива настроечной

информа ­

ции.

Н а

втором этапе

массив

настроечной

информации

с помощью схем настройки

передается

в

настроечную

ечную память

осуществляется настройка элементов ОС

на реализацию

заданной функции. Настроечная инфор­

8—235

113

тана вручную.

Ввод настроечной информации в

схему настройки

ОС может

быть

осуществлен

многими

способами.

П р е ж д е

всего

настроечная

информация может, быть

стейшего пульта. Настроечная

информация может

'быть

т а к ж е

введена непосредственно

от вычислительной ма­

шины с помощью простейших устройств 'ввода

информа ­

ции: трансмиттера,

фототрансмиттера,

магнитной

ленты

и т. д.

Ввод настроечной

информации

в

настроечную

память сводится к передаче массива информации,

при­

чем

слова упорядочены

в

соответствии

со

структурой

схем

настройки. Т а к а я

з а д а ч а достаточно

хорошо

реше­

на в обычной вычислительной технике, и

не

возникает

никаких трудностей

при

использовании

этих

решений

правлению, по второму подходу получены л и ш ь

первые

результаты .

Одним

из первых методов

синтеза схем в ОС

следу­

ет 'назвать

метод р а з м е щ е н и я

логических сетей.

В этом

теза соответствующего

автомата с учетом

з а д а н н ы х тре­

бований и построение

логической сети

производятся

Структурная

Синтез

Алгоритм

структурной

модель

модели

Программа

Синтез

программ

на языке

Вычисли­

Машинный синтез

тельные

вычислительных

устройства

устройств

Автомат

Машинный

синтез

автоматов

\Абстрак1пнШ

| Размещение

абстрактного

автомат

автомата

ПолуавтомаМашин-

Сквозной

Ручной

тический ный

синтез

Размещение

"устройства

_ Логи­

абстрактного

автомата

ческая

сеть

(^Ручной

j£)Машинный

Настройка

г

'

ОС

"~

Настройка

С помощью

С пульта\

специальной

С устрой­

С вычисли­

ОС

ства

тельной

ввода

машины

8*

115

тизированных систем проектирования

и т. д. Д а л е е логи­

ческая сеть

преобразуется

(методами теории

автоматов

и теории графов) к г р а ф у

специального

вида,

учитыва­

ю щ е м у структуру связей

м е ж д у э л е м е н т а м и

в

ОС .

Те­

перь з а д а ч а

сводится к

размещению в ОС г р а ф а

с

ми­

нимальными

з а т р а т а м и

элементов .

Эта

з а д а ч а

может

быть р е ш е н а как с помощью машинных методов,

т а к и

ручных.

Недостатком методов

синтеза, связанных

с

размеще ­

дит к

избыточным р е а л и з а ц и я м

синтезируемых

схем.

В связи

с этим предпринимаются

попытки учесть

осо­

цами

переходов

и выходов [Л. 4-13].

В

качестве другого

подхода

к синтезу

схем

в ОС

предполагается

использовать критерий пространственно­

го р а з м е щ е н и я

схем

на

этапе

структурного

синтеза

[Л. 4-2, 4-5].

Д а л ь н е й ш и м

шагом

в

учете

специфики

ОС является

р а з р а б о т к а

языков и трансляторов .

Весьма

перспективной

представляется

разработка

организующихся систем. В

качестве практического ш а г а

в этом

направлении

следует

у к а з а т ь

на

возможность

решения

з а д а ч путем

построения д л я

них

в

ОС струк­

турных моделей. Эффективность такого подхода

хорошо

известна

в

аналого -

или

аналого-цифровой

технике.

В отличие

от аналого-цифровой техники

в

ОС

процесс

с о з д а н и я структурной

модели

может

'быть

автоматизи ­

исходящих из каждой вершины ребер

не должно превышать числа соответ­

7

_JTf_

AJ

ствующих связей элемента со своими

соседями.

Таким

образом,

логиче­

Jf

ская

сеть

должна

быть

представлена

в виде

специального

графа,

учиты­

У

вающего особенности ОС. Представ­

о~

ление логической сети в виде специ­

8

ального

графа

можно получить

изве­

Рис.

4-18.

Граф

логической

стными

методами.

Следовательно, за­

сети,

реализующей функцию

дачу

размещения

логической

сети

неравнозначности

в ОС можно свести к задаче разме­

щения

графа

специального

вида.

г:

(х\/у)ху.

В настоящее

время

разработан

ряд

методов

рационального

размещения

ложены в работах [Л. 4-2—4-8].

Простейшие

ручные

методы решения

этой

задачи

сводятся

к

графическому

отображению

графа

логической сети

на

структуру

01

шв

Of

05

-Г

01

03

06

07

08

09

Г П

10

11

11

13

Ш Ш "Ш Ш

П_

15

16

17

•

В И И

И Н Е Й

18

19

20

11

Рис.

4-19.

Элементы, настроенные

на реализацию

функции /, и 20 возможных соединений

между

полюсами.

ОС. Пусть, например, задана логическая сеть, реализующая

функцию

неравнозначности

z

= (x\J

у)ху,

которую

требуется

реализовать

в

однородной

среде.

Граф этой сети имеет вид рис. -1-18.

Здесь

/ (х, у) — х V U — универсальная

функция

алгебры

логики

(стрелка

Пирса). Каждая вершина графа

имеет

степень не

более

стройки элементов

(см. рис. 4-19):

02

10

14

10

06

01

02

01

02

01

01

01

Массив настроечной информации образуется путем регулярной

разг.ертки

таблицы

либо

по строкам,

либо

по

столбцам:

02

10

14

10

06

01

02

01

02

01

01 01.

Массив настроечной информации вводится в систему настройки

среды, и

тем

самым

осуществляется

реализация

в

среде

функции

неравнозначности.

Недостаток указанного способа заключается в том, что здесь

отсутствуют элементы

оптимизации. При

достаточно

больших

логи­

7 X

8 У

ческих

сетях

могут

получаться

весьма

избыточные

схемы.

2

Одним

из подходов

к

построе­

нию экономичных схем в ОС яв­

ляется

метод

уравновешивания

;

f

3

главных

осей

[Л. 4-2, 4-3].

Сущность

алгоритма

уравно­

i

вешивания

главных

осей

заключа­

ется

в

следующем.

Сначала

реализуемая сеть при­

водится « системе координат сре­

ды.

Операция

приведения

выпол­

5

6

няется

с помощью наложения коор­

т

*~ Г

/

динатной

сетки

на

произвольное

графическое

изображение

логиче­

ской

сети.

При

этом

ребра

гра­

Рис. 4-20. Пример

реализации

фа

сети проводятся в соответст­

вии

с

направлениями

координат

логической сети в

однородной

среды,

вершины

графа,

соответст­

среде (отображение

графа

ло­

вующие

логическим функциям, при-'

гической

сети

на

однородной

водятся

в

соответствии

с функция­

среде).

ми,

реализуемыми

элементами

среды. Осью графа сети называет­

ся совокупность вершин и ребер, расположенных

на

одной

прямой

линии, параллельной одной .из осей координат среды (оси

О , — 0 6 ) ,

рис. 4-21,а.

слева

н справа

от элементов, расположенных вне

осп.

В

значении

веса

осп выделяются веса левой и правой сторон

(для

оси

O s веса

равны 4 и 0). Главной осью графа сети называется ось с

наиболь­

шим

весом (на

рис. 4-21 Он).

идущих

на реализацию

графа.

Перестройка сети

сводится к

последовательному

перемещению

участка

неуравновешенной

главной оси

параллельно

самому себе

в сторону с большим

весом

так,

что он

становится

продолжением

стигнуто

равновесие

(разность весов

не превышает

1)

(см. рис. 4-21,6).

Дальнейшие операции замещения и сжатия связаны с представ­

лением

графических

изображений

логических

и

соединительных