Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

8.98 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 / 2417 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

5-3. М Е Т О Д И К А С Р А В Н Е Н И Я Р А З Л И Ч Н Ы Х В А Р И А Н Т О В Э Л Е М Е Н Т О В О Д Н О Р О Д Н О Й С Р Е Д Ы И ВЫБОР Э Ф Ф Е К Т И В Н О Г О В А Р И А Н Т А Э Л Е М Е Н Т А

Очевидно, может быть предложено много вариантов схем элементов 'Однородной среды, отличающихся 'набо ром реализуемых функций, способом связи с соседними

элементами, методом управления и т. п.		Выбор	опти
мального	варианта элемента, та к ж е как	самой	среды,
затруднителен вследствие того, что необходимо			реали
зовать в	среде весьма широкий класс функции		и при

этом учитывать технологичность, надежность, стоимость, сложность управления и т. п.


При		сравнении различных			типов элементов			среды
между		собой	и	выборе наиболее эффективного				вариан
та	элемента			необходимо учитывать,		что	различные
параметры,			характеризующие		элемент,	имеют		различ
ную	значимость			в зависимости	от типа	среды	и	условий

ее применения. Сущность упрощенной инженерной мето дики комплексной оценки и выбора наиболее эффектив ного варианта элемента по большому числу параметров заключается в следующем:

1. Определяется набор параметров, по которым про изводится сравнение вариантов элементов среды. В этот набор помимо количественных параметров входят каче


ственные	параметры,			как,	например,		технологичность
изготовления,		простота		контроля		и обслуживания струк
туры и др. Д л я			присвоения таким п а р а м е т р а м						численных
значений	производится			р а н ж и р о в а н и е			элементов по этим
параметрам . Л у ч ш е м у				по данному параметру					элементу
присваивается			первое	место	и значение параметра					при
равнивается		числу 1.		П а р а м е т р у		следующего			по	рангу
элемента	присваивается число 2					и т. д. Т а к а я			операция
производится		по всем		параметрам, не имеющим коли
чественных оценок. При одинаковых рангах								п а р а м е т р а м
присваиваются			одинаковые		числа.
2. Осуществляется				нормализация			всех	параметров .

Нормированные значения параметров показывают вели чину отклонения к а ж д о г о параметра от лучшего его значения и вычисляются по следующим двум ф о р м у л а м :

(5-24) (5-25)

11—235

где ац — абсолютное

значение i-to

параметра

/-го ва

рианта

элемента;

а, мим — наименьшее

одновременно

•наилучшее

значение

r'-го

параметра

(например,

стои

мость);

c,-j — « г м и н — а б с о л ю т н о е отклонение

параметра

atj от лучшего значения этого параметра;

— относи

тельное

отклонение параметра ац от лучшего

значения

этого п а р а м е т р а ;

а; м а к с — максимальное

одновремен

но лучшее значение i-ro параметра

(например,

надеж

ность);

а; макс — сщ—абсолютное

отклонение

значения

данного

параметра

ац

(i-то параметра

/-го варианта

эле

мента)

от

наилучшего

(максимального)

значения

этого

п а р а м е т ра

(а, м а к с ) .

3. Вс е

параметры

разделяются

на

некоторое

число

групп (обычно 2—3 группы) .

В к а ж д о й

группе

объеди

няются

параметры, имеющие

примерно одинаковую

в а ж

ность для предполагаемого

применения.

Н а п р и м е р , при реализации в однородной

среде уп

равляющего устройства в

группу

главных

параметров

элемента могут быть отнесены надежность; количество логических функций, реализуемых элементом; объем

настроечной		информации, помехоустойчивость			и т. д.
В	другую группу менее в а ж н ы х			параметров могут
быть	включены такие		параметры,	как время	настрой
ки,	число	источников	питания,	габарит,	стоимость

ит. п.

Втретью группу еще менее в а ж н ы х параметров мо гут быть включены такие параметры, как внешний вид,

наличие опыта		эксплуатации,		удобство	эксплуатации
и др.
Очевидно, для бортовых управляющих систем рас
пределение параметров			по группам будет другое. Н а п р и
мер,	габарит попадет		в группу	главных	параметров,
а стоимость в третью группу и т. п.
4. П а р а м е т р ы		элементов, входящих в одну из				групп
первой ступени, будут разделены на 2—3 группы						второй
ступени и т. д. Определяются				весовые	коэффициенты
или	значимость	(важность) групп по в ы р а ж е н и я м
				при	г> 1;	(5-26)
				- 1

= ai>,ba...bh2 , (5 -?7)

162

где r,s— соответственно

номера ступеней

групп;

а —

количество

групп в

/--й

ступени;

btb„...

— номера групп

соответственно

первой,

второй,

г-н ступени,

которые

входит

данный

параметр;

Kb^

— весовой

коэффициент

Ьг-н группы л-й

ступени;

пь^

— количество

парамет

ров Ьг-й группы

г-н

ступени;

т — постоянный

коэффици

ент,

значение

которого

выбирается

равным

или

100

из

соображения

удобства

вычислений;

О-ЬФ^.Ь^

ablL-i..,bh2 — набор

отношений

весовых

коэффициентов,

оп

ределяемый

на

основании

экспертных

оценок.

Определяются

весовые

значения

Сц

t'-ro

параметра

у'-го

варианта элемента

по

в ы р а ж е н и ю

Определяется

суммарный

вес/'-го варианта

элемен

та по в ы р а ж е н и ю

(5-28)

где а — число

параметров,

по

которым

сравниваются

ячейки.

Т а к

« а к

лучшему параметру

соответствует

меньшее

значение ац, то наиболее эффективному

варианту

эле

мента

соответствует

меньшее

значение щ.

5-4. В О П Р О С Ы К О Н С Т Р У И Р О В А Н И Я М А Т Р И Ц Э Л Е М Е Н Т О В О С

В отличие от конструкции обычных автоматов с фиксированной структурой. конструкция ОС полностью определяется конструкцией элементов ОС. Если элементы имеют плоскую конструкцию, то ОС в целом может быть задана в виде совокупности матриц, представ ляющей собой ленту пли объединенную квадратную матрицу. Для удобства ленты пли объединенные квадратные матрицы могут быть свернуты в объемные конструкции (рис. 5-21).


При построении матриц из элементов		ОС необходимо учитывать
геометрию элементов с целью упрощения		связей между элементами,
а также	особенности ввода в матрицу настроечной информации и
ввода —	вывода рабочей информации с целью уменьшения входных

и выходных каналов матрицы. В зависимости от геометрии элемен тов возможны различные типы структур матриц. Наиболее простой структурой матрицы является структура, полученная повторением одного и того же элемента по всей матрице с плотным заполнением без налеганий элементов друг на друга и без поворотов (элемента). Примером таких конструкций могут служить однородные среды, рассмотренные в работах [Л. 5-5, 5-6].

11* 163

Плоская матрица может быть получена путем заполнения п виде треугольников, четырехугольников или шестиугольников (рис. 5-22). Более разнообразные конфигурации матриц могут быть получены при допущении поворотов геометрических фигур. Если для построе ния матриц допускаются комбинации различных повторяющихся фи гур, то конфигурации матриц становятся еще более разнообразными (рнс. 5-23).

Наиболее

общин

подход к

изучению

структур

матриц

состоит

в представлении

связен

между

элементами

ОС

виде

симметриче

Матрицы

Ленгл

ских

графов (Л. 5-7]. При

этом

элементам

ставятся

соответ

ствие вершины графов, а свя

I /

зям

между

элементами —

•++

ребра.

каждый

элемент

Матрица I

конструкция

Если

структуры

связан

одинако

Элемент I

вым

количествам

соседних

•• матрица

элементов,

то

такой

структуре

соответствует

однородный

граф

степени v. Если все грани фи

гуры,

-на

которой

размещен

однородный граф G степени v,

ограничены

одинаковым

коли

чеством ребер Р, то такой од

нородный

граф является

пра

вильным. Очевидно,

граф

G*,

Объемная

двойственный

'правильному од

нородному графу G, также яв

конструкция

ляется

правильным

одно

Рис. 5-21.

Конструкция

матриц

родным.

Однородные

правильные

ОС.

графы

образуются повторением

выпуклых

многоугольников

одного типа,

причем

все

вершины

такого

графа

имеют

одинаковую

степень v (рис. 5-22). Многократным 'повторением вогнутых •много угольников одного типа могут быть образованы графы, не все вер шины которых имеют одинаковую степень (рис. 5-23,6). Такие неод нородные графы могут быть поставлены в соответствие итеративным структурам, у которых не все элементы связаны с одинаковым коли чеством соседних элементов.

Многократным • повторением нескольких типов многоугольников могут быть образованы неправильные однородные графы степени v (рис. 5-23). Такие графы могут быть поставлены в соответствие итеративным структурам, у которых каждый элемент связан с рав

ным	количеством примыкающих	к нему соседних элементов, но не
все	соседние элементы связаны	одинаковым способом (различная

ориентация связей). Наконец, многократным повторением нескольких

типов	многоугольников могут	быть образованы	неоднородные гра
фы, ,у которых не все элементы		соединены с одинаковым количеством
соседних элементов и не все		элементы имеют	одинаковую ориен
тацию	связей (рис. 5-24).
При изучении графов итеративных структур предполагается, что
они размещаются на замкнутой		поверхности. Для такого размещения
графов	справедлива формула
	В + Г— Р = 0,		(5-29)

164

1=1	V=1
т=1	т=1
р=6	р=3
	v=6
Рис. 5-22. Однородные правильные графы,	образованные из тре


угольников	(а,	б), четырехугольников (а), шестиугольников								(г).
где Г — число		всех	граней		графа	пли числа	многоугольников; В—
число всех	вершин		и Р — число всех ребер				графа.
•Пусть	в общем		случае граф			итеративной		структуры	содержит
q групп вершин, имеющих различную степень								у, и т типов		много
угольников. Так как в				общем случае граф			итеративной		структуры
содержит различное			число . т многоугольников каждого типа (фор
мы), то будем		иметь:
		Л = £ [ Л ,		Г3	= к2Г,;	.. .; Лл =	/ г т - 1 Г ь
			r=ri(i+kl+ki+...+km-0,
где ki — коэффициент,				устанавливающий связь				между числом i-ro
и 1-го типа	граней		графа		многоугольников.

165

—л——л— Ч / V"'

Ч у V"

Н т Я

1=2

/77=2

*=/

Pi=3

ПЖ=5 Vi=3

V=4

vB=5

/77=/

/7=7

// = 0

vu=8

9°2

/74=/

>7=/

Vj=3

vw=9

Рис. 5-23. Графы итеративных струк тур, получаемые ком бинацией различных повторяющихся фи гур.

166

Так как числа вершин графа в общем случае связаны зависи мостью

			B 2	= / i i S b - B3 =	h2B,;		... ;	S,=/z,_iZ?i,
то	получим B = B i ( l + A i + / ( 2 + .				• . +	/ ' 7 - 1 ) ,		где	//>•—коэффициент.
	Наконец, числа ребер связаны					следующим			соотношением:
		и	~	2 ( l + / e I + / e 2 + . . . + / e m _ 1 )						•	( 5 ' d 0 J
а	числа	вершин	и ребер соотношением:
		1 +hx	+	h2 + ...
	5 =			и, +	А,о2	+	••• +	Ля-it's			'
											(5-31)
	Подставляя значения Р и В. в первую формулу, получаем сле
дующую		зависимость:
	. . .			, .	2 ( l + A 1 + f t » + - r H g - , ) X
				• 2(1 + *, +	*, +		... +	ft„			(5-32)
				• 2(1 + *, +	*, +		... +	ft„
	Для	практики		наибольший интерес				представляют			итеративные

структуры, графы которых образуются многократным повторением одного типа (т=\) или двух типов ( т = 2 ) многоугольников и зсе вершины которых имеют одинаковую степень (д=1) либо образуют-

группы	вершин	с двумя различными степенями (q=2). Из этих че
тырех	случаев	наибольший интерес представляет случай q=-l и
7гг=1. Тогда из		формулы (5-32) получим:
		2Р

Этому случаю соответствуют однородные правильные графы степени V, соответствющие однородным структурам, причем урав

нению

удовлетворяют

три

решения:

Р=3,

v=Q — структура

образуется из

треугольников

при

та

кой

их

компоновке,

когда

обеспечивается

степень

вершин

графа

и = 6

(рис.

5-22,а

и б);

Р = 4 ,

и = 4 — структура

состоит

из

четырехугольников

при

степени

вершин

графа

у = 4

(рис.

5-22,в);

Я = 6 ,

i> =

3 — структура

из

шестиугольников

при степени

вер

шин

у = 3

(рис.

5-22,г).

•Граф

параметрами Р=6

v = 3

(на

рис. 5-22,г — сплошная

линия)

является двойственным графу с Р=3

и t» =

6 (рис.

5-22,г —

пунктир).

Конструкция автомата с фиксированной структурой существенно

отличается

от конструкции

матриц

ОС в

силу допущения в автомате

с фиксированной структурой различных типов связей между элемен тами, а также возможности соединения элементов, расположенных

167

на значительном расстоянии друг от друга. Элементы должны иметь специальные выводы для сборки. Произвольность связей между эле ментами и малые размеры элементов при их интегральном исполне нии требуют применения многослойного печатного монтажа. По мере повышения плотности упаковки интегральных схем растут и требо вания к многослойному печатному монтажу.

В современных интегральных схемах размеры кристаллов, на которых выполнена схема, в несколько раз меньше размера корпуса элемента, в который заключена интегральная схема. Интегральные схемы собираются в матрицу с помощью платы, па которой нанесен многослойный печатный монтаж. Площадь платы в несколько раз превышает общую площадь, которую занимают интегральные схемы. В случае матриц с элементами ОС нет необходимости в раздельной сборке элементов в схему. Элементы могут быть объединены в ма

трицу во	время технологического процесса их получения. В силу
J	I

6д11бр6дности элементов и однотипности связей и их симметричного размещения относительно сторон элемента плата как таковая ста новится ненужной.

Даж е в том случае, когда матрица ОС собирается пайкой эле ментов, матрица как конструктивный элемент может отсутствовать. Ее заменяет пайка непосредственно примыкающих друг к другу элементов. В самом худшем случае, когда для соединения элемен тов применяется плата, эта плата может быть однослойной с про стым регулярным рисунком соединении.

J I

) 1	1
	1 V

— 1

a=Z

/77=2

m=Z

h=1

h=Z

т=1

k=Z

k=1

v=5

h=Z

/ \

Pr*

vg=S

VE=3

Р=5

Рд=5

PM=3

! N

f -

1 1 Л

- ) - •

!^1

4 -

-х

if- 1—0

Рис. 5-24. Неоднородные графы, получаемые многократным повто-

рением нескольких типов многоугольников.

168

169

Мя рис. 5-25	для сравнения приведены элементы н платЫ;
используемые для	сборки матриц обычных автоматов, а также ма
триц ОС.
Пусть отношение площади, занимаемой корпусом интегральной
схемы, к площади	кристалла будет 61, а отношение общей площади

платы к чистой площади, занимаемой интегральными схемами, будет !)•>. Обозначим отношение площади элемента ОС к площади кристал ла через сь а площади платы к суммарной площади, занимаемой

Интегральная	Плати
схема	с многослойным
Матрица	J монтажом '

Матрица ОС

ВП1

Элемент ОС кристалл

"«'		б)
Рис.	5-25..	Элементы для сборки матриц
обычных автоматов.
элементами ОС,	через	сг. Коэффициент избыточности реализации

схем автоматов в ОС будем обозначать через k.

Тогда применение ОС по плотности упаковки будет выгоднее обычных методов построения автоматов, если выполняется следую щее соотношение:

Для современной технологии эти параметры имеют значения 10—100, что показывает целесообразность применения ОС далее для целей повышения плотности упаковки элементов. Следует заме тить, что тот факт, что конструкция ОС определяется главным об разом конструкцией и структурой элементов, позволяет применять

170

совершенно новые конструкции матриц	ОС, не свойственные обыч
ным автоматам.
'В частности, при создания объемных	элементов молено создавать

объемные конструкции ОС, при этом пространство равномерно за полняется плотно прилегающими друг к другу элементами, имеющи ми вид кубиков или других типов параллелоэдров. При разработке элементов ОС, допускающих взаимодействие с соседними элементами без непосредственных гальванических связей, становится возможным создавать «насыпные» конструкции ОС. В этих конструкциях элемен там придается такая форма, чтобы она позволяла плотно заполнять

выбранную геометрическую конструкцию автомата	этими элемента
ми. В частности, эти элементы могут обмениваться	с соседними эле
ментами с помощью радиоволн и содержать в себе	соответствующие

приемники и передатчики [Л. 5-8]. Такие «насыпные» конструкции позволяют избежать процесса сборки, а также заменить непрерывное производство ОС в целом непрерывным производством элементов. Не менее важное значение при конструировании матриц ОС имеет уменьшение числа вводов, необходимых для передачи рабочей и

настроечной	информации.
При построении ОС с координатной настройкой число необхо
димых шин	настройки при числе	элементов п? равно N=2kn, где
к — коэффициент пропорциональности.
Одним	из путей уменьшения	числа настроечных шин является

применение схем управления, аналогичных применяемым в оператив

ной	(памяти		ЦВМ.		Структурная		Регистр 2
схема		матрицы		ОС	для	такого
случая		приведена		на	рис.	5-26.	L —
	В	этой	схеме	крайние элемен
ты матрицы			ОС слева и сверху реа				Регистр и
лизуют		регистры		развертки		схемы
настройки. С помощью этих реги
стров		осуществляется			постепенное
подключение			элемента		за	элемен
том к схеме управления, на кото							Схема управления
рую извне по фиксированному чис
лу	вводов		подается		настроечная
информация,			а также		осуществля		Рис. 5-26. Матрица ОС.
ется	подача		Сигналов		«а управле

ние регистр а ми. Применение		такой
схемы	настройки позволяет	осуществлять настройку		матрицы ОС
всего	лишь т о нескольким шинам независимо от числа			настраивае
мых элементов в матрице.
Недостатками такой схемы являются некоторая			неоднородность
схемы	из-за наличия регистров и схемы управления,		малая скорость

настройки, невысокая надежность. Свободной от указанных недо статков является схема с переменной структурой настройки. Как уже указывалось ранее, для реализации переменной структуры на

стройки в каждом	элементе	ОС закладывается возможность изме
нять направление	передачи	настроечной информации в	зависимости
от поступающей информации от соседнего элемента.
Один из вариантов схемы элемента и матрицы ОС с			переменной

структурой настройки приведен на рис. 5-27 и 5-28. Схема рис. 5-27

представляет один разряд перестраиваемого		регистра	сдвига.	Триг
гер Тг\, линия задержки ЛЗ	и схема И Л И	образуют	разряд	реги
стра сдвига. Триггеры Тгг—Тг$	принадлежат	регистру	параллельного

171

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 / 2417 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ