Обратимых функциональных преобразователей
Информации
При автоматизации технологических процессов реального времени с обработкой пневмосигналов [24], преобразовании кодов в сверхбыстродействующих устройствах передачи информации [14, 26] используются таблично-алгоритмические структуры [27, 43, 51], в которых основные нелинейные операции выполняются с помощью табличных или комбинационных функциональных преобразователей (ФПИ). Разрядность переменных в таких системах обычно мала (n 16), а интерационные процедуры не являются определяющими.
Одним из важнейших показателей таких систем является уровень безотказности функционирования, что определяет потребность построения самодиагностируемых преобразователей информации (СО ФПИ).
Наиболее распространенной операцией в таких системах является операция вычисления квадратного корня. Рассмотрим пример организации самодиагностируемого обратимого ФПИ для случая взаимообратимых операций возведения в квадрат при n = 4 и извлечение квадратного корня из при m = 2∙n = 8, где n, m – число разрядов; , – векторные (многоразрядные) переменные.
|
|
Обобщенная структура СОФПИ приведена на рис. 14, где обозначено:
Rg X, Rg Y – регистры памяти , с микрооперациями: С1 – запись, С2 – считывание, С3 – опрос схемы контроля К;
V – n-, m-разрядные блоки двухвходовых схем ИЛИ;
СО ФПИ – исправен;
P, Q – результаты n-, m-разрядных схем , где – исключающее «ИЛИ»; К – схема принятия решения (схема контроля);
α1 – необходимость вычислений F(x) или R(y);
МПА – микропрограммный автомат.
Из таблицы истинности 13 получим выражение* для yj(j = ):
y 0 = x 0; y 1 = 0; y 2 = x 1 ; y 3 = x 0(x 2 x 1);
y 4 = x 2 x 2∙ x 1 x 2∙ x 1∙ x 0 x 3∙ x 0 = x 2( x 0) x 3∙ x 0; (4)
y 5 = x 3∙ x 1 x 2∙ x 1 x 3∙ x 2∙ x 0 = x 3∙ x 1 x 2(x 1 x 3∙ x 0)
y 6 = x 3 x 3∙ x 2 x 3∙ x 2∙ x 1 = x 3( x 1);
y 7 = x 3∙ x 2 x 3∙ x 2∙ x 1∙ x 0 = x 3∙ x 2;
Точно так же из таблицы истинности 13 получаем выражения для xi(i = ):
x 0 = y 0;
x 1 = y 2 y 0(y 4 y 3);
x 2 = y 7 (y 4 y 5); (5)
x 3 = y 7 y 6.
Комбинационные структуры, синтезированные на основе (4) и (5), показаны на рис. 11 и рис. 15 соответственно.
Переход к конкретной структуре СО ФПИ основывается на замене структурных сигналов и на совокупность элементарных сигналов и , и требует соответствующей подстановки комбинационных структур в обобщенную функциональную схему СО ФПИ.
СО ФПИ управляется от МПА, который реализует последовательность выдачи микроопераций от Rg1, 2(x), Rg1, 2(y) и с 3 для схемы К в соответствии с алгоритмом рис. 16.
Рис.14. Структурная схема СО ФПИ
Рис. 15. Структура комбинационной части корнеизвлекателя
Анализ СО ФПИ (рис. 14) позволяет сделать вывод о полном соответствии СО ФПИ системной модели [23] в виде информационной (Rg1, 2), функциональной(), адресной (блоки ИЛИ), управляющей (МПА) и логической (α1, α2, блоки и К) подсистем*.
|
|
Рис. 16. Последовательность выдачи сигналов управления СО ФПИ
Структурная схема (рис. 14) позволяет осуществить работу СО ФПИ за пять тактов МПА. Если же сделать структуру СО ФПИ параллельной с помощью дублирования каналов вычисления F(x) и R(y), то возможна реализация функций СО ФПИ за два такта. При этом дополнительно потребуется векторный мультиплексор на выходе Rg1(x) и Rg2(y).
Структура СО ФПИ универсальна в том смысле, что вместо квадрата F(x) и извлекателя корня R(y) могут быть подставлены любые другие прямые и обратные ФПИ, например – относительно тригонометрических, логарифмических, экспоненциальных и других монотонных функций*.
Для интегральной схемотехники реализация ФПИ в СО ФПИ возможна как с помощью ПЛМ и ПЛИС, так и с помощью ПЗУ. Выбор той или иной реализации определяется требованиями к быстродействию и условиям эксплуатации**.