Розділ 5 принципи побудовИk-значних просторових пристроїв зовнішнього обміну (пзо)

5.1. Класифікації просторовихk-значних структур

k-значні структури [53, 115, 159, 170] поділяють за різноманітними ознаками: фізичними явищами, що використовуються ними (електромагнітні, акустичні, пневматичні, гідравлічні, оптико-електронні), способами кодування значень значностей (амплітуда струму чи напруги, фаза, частота), за видами перетворень над фізичними сигналами (статичні і динамічні, фазо-імпульсні, частотно-імпульсні, число-імпульсні) тощо. У зв’язку з орiєнтацiєю на мiкроелектронне виконання, компоненти k-значних структур для високошвидкісних обчислювальних систем можуть бути класифiкованi (рис. 5.1) згiдно з такими ознаками: інформаційною ознакою вхідних і вихідних сигналів, схемотехнiкою і технологiєю виготовлення та галуззю застосування.

Згiдно з iнформацiйною ознакою k-значних структур просторового типу подiляють на струмовi та потенцiйнi [58]. До струмових вiдносять структури, створенi зі застосуванням I²Л та ЕЗЛ-технологiї, а до потенцiйних – створюванi зі застосуванням КМОН, ТТЛ та гiбридної схемотехнiки. Тут необхiдно зазначити, що запропонована класифiкацiя стосується виключно прикладних аспектiв теорiї побудови надвисокошвидкісних мікроелектронних k-значних структур.

В основу розглянутої класифiкацiї k-значних структур закладено методи синтезу, що базуються на використаннi канонiчних зображень логiчних функцiй та реалiзацiї їх функцiонально повними наборами елементiв. Але, за рахунок зниження працездатностi (точностi та взаємозамiнностi) через надмiрнi та необґрунтованi вимоги з орiєнтацiєю на зрівнювання апаратурних затрат із двозначними мікроелектронними засобами, усi формальні методи синтезу k-значних структур [18-37, 47-50, 114, 139, 171] не набули широкого вжитку.

Проте задача синтезу k-значної обчислювальної структури чи системи, із урахуванням специфіки задач ШІ, вирішується зі застосуванням комплексу засобів

Рис. 5.1. Класифікація радіоелектронних k-значних структур

площинно-просторової комiрки (див. рис. 2.1) та базуючись на методах теорії однорідних обчислювальних структур [172].

Наведемо основні аксіоми цієї теорії: 1) аксіома паралельності виконання довільного числа операцій, яка реалізується на рівні задачі, алгоритму та моделі обчислень; 2) аксіома змінності логічної структури; 3) аксіома конструктивної однорідності елементів та зв’язків моделі обчислень. Площинно-просторова k-значна комірка на мікроструктурному рівні є неспрощуваним елементарним автоматом, що володіє з’єднувальною та функціональною повнотою і відповідає за рівнем паралелізму, гнучкістю структури й однорідністю складності задач ШІ.

Існуючі на теперішній час методи синтезу класифікуються (рис. 5.2) за такими ознаками: структура мережі – одновимірні, двовимірні і багатовимірні; число входів (виходів) елементів, що використовуються: однодоріжкові, дводоріжкові і багатодоріжкові; використання вхідних змінних: безповторні і повторні; тип елементів, що використовуються: ітеративні та універсальні елементи [50].

Згідно з підходом до синтезу двозначних структур k-значні методи, у кінцевому підсумку, спрямовані на мінімізацію апаратних затрат. Тож, коли універсальні структури були досліджені щодо метрики з тією чи іншою мірою детальності та досягнуті результати мінімізації виявились не такими вражаючими, подальші дослідження були спрямовані на розроблення таких методів, які об’єднували б і логіку, і технологію синтезу k-значних структур, наприклад із застосуванням І²Л- та МОН-технологій, знову ж таки для зниження апаратних затрат та забезпечення технологічної однорідності і реалізованості ВІС.

Повертаючись до методів синтезу, не можна не зазначити, що наведена класифікація (див. рис. 5.2) відповідає традиційним підходам до створення операційних схем. Викладені в роботі концепції побудови k-значних високошвидкісних обчислювальних систем зводять процедури синтезу до визначення необхідної значності і числа входів системи, вибору класів еквівалентності функціональних перетворень, числа УФП, що покривають потужністю своєї множини реалізованих перетворень потенційну алгоритмічну складність вирішуваних системою задач і алгоритмів. Через універсальність УФП виконання перерахованих вимог є однією з основних задач синтезу, пов’язаною зі задоволенням закону необхідної різноманітності при створенні високошвидкісних обчислювальних систем. Решта функцій високошвидкісних обчислювальних систем, пов’язаних із алгоритмами керування з вищих ієрархічних рівнів, можуть бути синтезовані, залежно від складності, із використанням як дво-, так і k-значного кодування.

Рис. 5.2. Класифікація методів синтезу k-значних структур

Із іншого боку, у теорії синтезу цифрових автоматів існує класифікація методів синтезу за призначенням: керуючі і операційні автомати; комбінаційні і автомати з пам’яттю; з програмованою і жорсткою логікою. Отже, на рівні теорії синтезу автоматів стикаються реальні пристрої (обчислювальні машини, живі організми тощо) та абстрактні системи (математичні машини). Абстрактна теорія автоматів близька до теорії алгоритмів і є її подальшою деталізацією. У теорії k-значних високошвидкісних обчислювальних систем також встає з усією гостротою проблема визначення сфери їх застосування, тобто проблема розкриття тих напрямів, шляхів і способів людської діяльності, які неминучі і найпродуктивніші на даному етапі розвитку науки та техніки. Значною мірою справжня робота якраз і націлена на досягнення цієї мети.

Оскільки проблема мінімізації комбінаційних автоматів для забезпечення мінімальних апаратних затрат ВІС значною мірою відпала зі створенням універсальних просторових функціональних перетворювачів, необхідно розкрити основні шляхи досліджень, які гарантували б реалізованість k-значних структур та ефективність їх застосування. На наш погляд, найефективнішим слід вважати застосування k-значних структур у новітніх обчислювальних системах, де з їх допомогою можна дослідити і вирішити проблеми складності – принципової вирішуваності задач, що з’являються в ШІ, та їх фізичної реалізованості. Найактуальнішими тут є дослідження алгоритмічної, обчислювальної, інформаційної та енергетичної складності схем і опрацювання даних.