Содержание к диссертации
Введение
1 Общий анализ реализаций процессов следящего преобразования динамических информационных потоков 13
1.1 Обоснование направления исследований 13
1.2 Структурная организация устройств с реализацией процессов следящего преобразования динамических квантовых информационных потоков 19
1.3 Алгоритмическая организация процессов следящего преобразования динамических квантовых информационных потоков 26
1.4 Надежность и помехоустойчивость при реализации процессов следящего преобразования информационных потоков 32
1.5 Выводы 34
2 Устройства следящего линейного преобразования потоков информационных квантов 35
2.1 Множительно-делительное устройство с линейной запоминающей обратной связью и фиксированным периодом работы 37
2.2 Множительно-делительное устройство с гиперболической запоминающей обратной связью и фиксированным периодом работы 45
2.3 Множительно-делительное устройство с разрядно-взвешенной запоминающей обратной связью и фиксированным периодом работы 54
2.4 Множительно-делительное устройство с линейной ЗОС и переменным периодом работы 59
2.5 Выводы 66
3 Устройства следящего нелинейного преобразования потоков информационных квантов 67
3.1 Устройство для реализации степенных зависимостей с запоминающими обратными связями 69
3.2 Устройство для реализации функции извлечения квадратного корня 77
3.3 Многофункциональный преобразователь 83
3.4 Устройство для реализации косинусного преобразования 94
3.5 Выводы 97
4 Процессы потоковых преобразований 98
4.1 Схемы процессов потокового множительного и множительно-делительного преобразования 99
4.2 Алгоритмы линейных потоковых преобразований кодовой информации 102
4.3 Схемы процессов нелинейного потокового преобразования 115
4.4 Инженерная методика построения и реализации процессов следящего преобразования потоков информационных квантов 124
3.4 Выводы 130
5 Заключение 131
6 Литература
- Структурная организация устройств с реализацией процессов следящего преобразования динамических квантовых информационных потоков
- Множительно-делительное устройство с гиперболической запоминающей обратной связью и фиксированным периодом работы
- Устройство для реализации функции извлечения квадратного корня
- Алгоритмы линейных потоковых преобразований кодовой информации
Введение к работе
Информационные процессы, происходящие в природе и технических системах, имеют непрерывно-дискретный характер. При анализе информационных процессов в зависимости от уровня и цели рассмотрения одна и та же система может проявляться как непрерывная и как дискретная [26]. Представляется целесообразным выполнять организацию вычислительных процессов адекватно информационным процессам анализируемых систем.
Если выполняется непрерывный анализ, то желательно применять и соответствующие преобразования: непрерывный прием потока данных, непрерывная обработка информационных элементов потока по мере их поступления, непрерывное формирование результата в процессе обработки. Для решения подобных задач, прежде всего, необходима организация процессов следящего преобразования. При этом также требуется создание элементов и устройств, ориентированных на потоковую обработку информации. Эти элементы и устройства могут быть реализованы на существующей элементной базе вычислительной техники.
В последнее время исследуется организация информационных процессов на квантовом, молекулярном, клеточном уровнях, где уже сами элементы являются носителями непрерывных процессов. Для таких элементов использование процессов непрерывного преобразования представляется естественным.
Информационные потоки формируются из элементарных информационных единиц, которые в зависимости от базовой реализации могут иметь различную материальную сущность. При использовании современной цифровой элементной базы в качестве элементарных информационных единиц -информационных квантов - могут выступать импульсы частотных потоков.
Процессы следящего преобразования информации реализуются в различных системах: в робототехнике, при распознавании образов, при автоматизации непрерывных производственных процессов, при управлении под-
5 вижными объектами, при измерениях плавно изменяющихся физических величин и так далее.
Непрерывная информация, поступающая от датчиков для дальнейшей обработки, во многих случаях представлена в аналоговой форме. В качестве носителей аналоговой информации могут выступать электрические, оптические, пневматические, биологические и другие сигналы. При этом информация связывается с такими параметрами сигналов как амплитуда, фаза, частота. Соответственно носителям существуют классы аналоговых вычислительных устройств. Наибольшее распространение получили электрические сиг-
л налы, на работу с которыми ориентированы аналоговые вычислительные
машины. В аналоговых элементах информация непосредственно связана с энергией сигналов, что приводит к ряду ограничений по точности представления информации, а так же возникает зависимость характеристик процессов вычисления от неблагоприятных внешних условий.
Выполнение непрерывных вычислений с использованием цифровых элементов традиционно основано на применении аппарата непрерывно-логических функций и сопряжено с рядом трудностей. Использование непрерывных функций для цифровых переменных требует значительных вре-
* менных затрат, связанных с реализацией вычислений на основе логических
формул, структура которых сложнее, чем структура дискретных булевых функций. Кроме того, на этапе технического проектирования гибридных непрерывно-логических систем возникают трудности, связанные с отсутствием элементной базы на уровне интегральных схем, реализующих операции непрерывных логических функций. Частично эти проблемы решаются, как показано в [80], реализацией гибридных непрерывно-логических устройств на базе стандартных элементов аналого-цифровой техники: ключах, коммутаторах и конъюнкторах. При этом, основной объем логических преобразований переходит с аналоговых устройств на цифровые, реализующие кодовые преобразования в двоичной логике.
Наряду с непрерывной и дискретной логикой известна гибридная, в которой часть переменных является непрерывными, а часть дискретными. В этом случае сохраняются определения основных логических операций (минимум, максимум, инверсия), однако значения логических функций могут быть как непрерывными, так и дискретными.
Учитывая, что в большинстве случаев требуется представлять результаты обработки информации в цифровой двоичной форме, необходимо согласовать непрерывность сигналов, поступающих от первичных источников информации, с дискретной формой результата. Решение этой задачи связано с построением гибридных устройств, обеспечивающих непрерывную обработку непрерывно-дискретной потоковой информации. При этом выполнение операций над потоками данных не связывается с дискретными параметрами (мгновенными значениями) [33].
Среди электрических форм представления информации промежуточное положение между аналоговой (непрерывной) и цифровой (дискретной) занимают импульсные формы, в которых информация может связываться с амплитудой, частотой, скважностью или относительной длительностью, фазой, спектральным составом. В случае использования времяимпульсной формы, информационную функцию выполняют временные характеристики прямоугольных единичных импульсов. Например, в широтно-импульсных модулированных сигналах (ШИМ-сигналах) информативным параметром является относительная длительность импульсов при постоянном периоде их следования, в числоимпульсных последовательностях - фиксированное количество импульсов произвольной длительности за некоторое время. При этом в ШИМ-сигналах и числоимпульсных последовательностях значения амплитуды импульсов не несет информационной нагрузки.
Использование импульсной формы позволяет реализовывать потоковые способы передачи и обработки информации, которые характеризуются:
7 -возможностью реализации следящих режимов за счет использования методов малых приращений и последовательной обработки потоков по мере поступления одиночных импульсов;
- высокой помехоустойчивостью, обусловленной непозиционностью и
весовой равнозначностью одиночных импульсов.
С точки зрения технических средств, обеспечивающих работу с импульсной формой представления информации, можно выделить следующие преимущества:
большое число информативных параметров;
легкое выделение полезного сигнала на фоне помех;
снижение потребляемой мощности источника сигнала за счет пауз между сигналами при сохранении достаточной мощности импульса;
легкая настраиваемость на тактируемые, циклические процессы;
разгрузка каналов передачи сигналов при компоновке на одной линии в режиме разделения времени импульсов от различных источников к одному приемнику [73, 74, 91].
В системах автоматического управления и информационно-измерительных системах и устройствах функциональное преобразование является широко распространенной задачей. Это связано с необходимостью выполнять масштабирование сигналов, линеаризацию, формировать нелинейные функции управления, осуществлять переход к различным параметрам при косвенных измерениях и так далее.
В вычислительных системах и устройствах функциональное преобразование так же в ряде случаев реализуется автономно, например, выполнение множительно-делительных операций, тригонометрических преобразований и других. Существуют подходы, когда функциональные преобразования входят структурным компонентом в создаваемые вычислительные системы и устройства [35].
Таким образом, реализация функционального преобразования во многом определяет характеристики систем и устройств обработки информации.
Форма представления сигналов, снимаемых с датчиков или используемых для передачи управляющих сообщений, а также при обмене информацией между структурными компонентами вычислительной среды, организация измерительно-вычислительного канала и реализуемый способ вычислительных преобразований должны учитываться при построении функциональных преобразователей (ФП). Сказанное относится и к устройствам, обрабатывающим информацию, представленную в импульсной форме. При этом большой интерес представляют ФП, работающие с времяимпульсными сигналами. Эти устройства могут быть реализованы на базе аналоговых и (или) цифровых элементов, а так же с использованием микроЭВМ.
Начало разработки и внедрения устройств, преобразующих информацию, представленную с помощью временных интервалов и напряжений, с использованием аналоговой элементной базы относится к 60-ым годам [66]. Несложное преобразование временных интервалов в цифровую величину путем их заполнения импульсами опорной частоты, явилось предпосылкой развития цифровых времяимпульсных устройств (ВИУ) [65], ориентированных на использование узлов общего применения: счетчиков, двоичных умножителей, регистров. Однако, развитие цифровых ВИУ с применением схем малой и средней степени интеграции сдерживалось значительной трудоемкостью изготовления и малой гибкостью результирующих схем. Появившиеся в 80-е годы программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика и базовые матричные кристаллы [22, 72] могли бы снизить стоимость и сроки проектирования на их основе полузаказных БИС/СБИС, но необходимость использования промышленного оборудования при программировании связей в БМК, аппаратная избыточность и невозможность гибкой реконфигурации явились сдерживающими факторами в развитии ВИУ на их базе.
Появление в настоящее время БИС/СБИС с возможностью стирания старой конфигурации и записью новой [67, 70] позволяет говорить об актуальности дальнейшего развития цифровых структур, ориентированных на
9 потоковые преобразования. В этом случае, проектирование устройств заключается в разработке различных конфигураций, ориентированных на конкретные вычисления, и их оперативной реализации на соответствующей аппаратной базе [90]. Наблюдающееся увеличение степени интеграции схем с программированием конфигурации улучшает многие показатели проектируемой аппаратуры: уменьшает стоимость изготовления, потребляемую мощность, габариты и одновременно увеличивает производительность и надежность систем на их основе. Этот аспект позволяет прогнозировать возрастающий интерес к устройствам с реализацией процессов потоковой обработки информационных квантов [21].
В отдельных случаях, не требующих высокого быстродействия, обработка потоков ШИМ-сигналов, числоимпульсных последовательностей и кодов может выполняться алгоритмически с реализацией этих алгоритмов на микроЭВМ, в том числе в системах на кристалле. Актуальность подобного похода подтверждается появлением микроконтроллеров, имеющих возможность настройки некоторых входных линий на прием или выдачу ШИМ-сигналов. При алгоритмической реализации потоковых преобразований вре-мяимпульсных и частотно-импульсных последовательностей сохраняются особенности функционирования присущие аппаратным преобразователям.
Кроме того, интерес к таким алгоритмам связан с реализацией потокового метода вычислений, заключающегося в развертке кодовой информации во времени с одновременным параллельно-последовательным выполнением преобразований над кодами и полученными потоками сигналов в соответствии с требуемой функцией.
Устройства рассматриваемого типа могут применяться на этапе первичной обработки потоковой информации, в частности при выполнении алгебраического и функционального преобразования в косвенных измерениях, линеаризации и масштабировании сигналов от датчиков, осуществлении типовых процедур статистической обработки измеряемой информации. Необходимость активизации работ по созданию потоковых преобразователей сиг-
^ налов связана и с появлением в последнее время большого числа датчиков с
выходными сигналами, представленными в виде потоков широтно-импульсных и частотно-импульсных сигналов (например, датчики температуры, ускорений и др.) [94, 95, 96], а также с применением в качестве промежуточной формы представления измеряемой аналоговой величины временных интервалов (интегрирующие аналого-цифровые преобразователи, Д-Е модуляторы). Разработка устройств, выполняющих обработку информации, которая представлена широтно-импульсной и кодовой формой и импульсными последовательностями одновременно с кодовым представлением резуль-
% татов, составит проблемно-ориентированную базу для средств сопряжения
объектов измерения и управления с ЭВМ.
Под способом преобразования разнородных сигналов подразумеваются последовательность и (или) комбинация преобразований форм сигналов с реализацией вычислительных операторов [61]. Среди возможных способов можно выделить:
- предварительное преобразование всех сигналов в кодовую форму с по
следующим цифровым вычислением требуемых функций;
Структурная организация устройств с реализацией процессов следящего преобразования динамических квантовых информационных потоков
При организации процессов непрерывного следящего преобразования потоков информационных квантов наиболее целесообразно в качестве уст ройств прототипов выбрать класс устройств, ориентированных на обработку времяимпульсных и частотноимпульсных сигналов. Это объясняется тем, что представление информации импульсами единичной амплитуды позволяет естественным образом перейти к использованию понятия информационный квант.
Устройства, ориентированные на обработку потоковых импульсных форм, строятся на базе специализированных преобразователей. По выполняемой функции такие преобразователи делятся на линейные решающие элементы (ЛРЭ) - вычислительные преобразователи простейших математических операторов, и функциональные преобразователи, позволяющие выполнять нелинейные операции. Преобразователи первого типа представляют интерес как элементы некоторого базиса, являющегося достаточным для построения преобразователей второго типа. Кроме построения путем последовательно-параллельных комбинаций ЛРЭ, преобразователи второго типа могут быть организованы с использованием оригинальных структурных решений, обеспечивающих нелинейные вычислительные преобразования по конкретной функциональной зависимости.
Функциональные преобразователи могут строиться с привлечением ЛРЭ на основе разомкнутых структур, структур с обратными связями и комбинированных вариантов. Разомкнутые структуры не обеспечивают автоматического следящего преобразования, и реализуют сложные преобразования пооперационно [30]. Структуры с обратными связями реализуют замкнутые ФП с использованием уравновешивающих компенсирующих преобразований [28, 52, 83]. В комбинированных вариантах могут присутствовать элементы обеих структур одновременно.
Вне зависимости от выбранного способа структурной организации преобразования можно выделить четыре основные реализации совместных вычислительных преобразований информации, представленной в различных формах (рис. 1.4): - времяимпульсной 0 (относительная длительность прямоугольных им пульсов, следующих с периодом Т); - частотноимпульсной F (среднее значение частоты прямоугольных импульсов произвольной длительности); - кодовой N (позиционный двоичный код).
Реализация, использующая предварительное преобразование всех сигналов в кодовую форму с последующим цифровым вычислением требуемых функций (рис. 1.4.а), не связана с разработкой специализированных устройств и ориентирована на использование соответствующих преобразователей и традиционных цифровых вычислителей.
Раздельная обработка сигналов различной формы представления с результирующим приведением к кодовой форме (рис. 1.4.6) требует предварительной вычислительной обработки с применением специальных вычислителей, результаты которой преобразуются в цифровую форму для выполнения окончательного совместного действия.
Устройства, ориентированные на работу с динамическими потоками единичных импульсов, строятся с использованием комбинированной обработки разнородных сигналов (рис. 1.4.в) с промежуточным преобразованием сигналов в различные потоковые формы и статические коды. При этом реализация таких преобразований возможна как на аналоговых, так и на цифровых элементах.
Основные принципы и технические решения, применяемые при построении ФП импульсных потоков указанной структуры, были заложены в процессе проектирования аналоговых импульсных преобразователей [1, 37, 65, 66]. Однако при реализации устройств на аналоговой элементной базе имеется непосредственная связь энергии сигнала с информацией (рис. 1.3), что не позволяет устранить значительное влияние инструментальной погрешности элементов.
Теоретические и практические основы проектирования импульсно-аналоговых устройств, явились методологической базой создания импульс-но-цифровых устройств: цифровых времяимпульсных и частотноимпульс-ных структур, в которых связь энергии сигнала с информацией опосредованная (рис. 1.3). В таких устройствах инструментальная погрешность не оказывает доминирующего влияния и может снижаться с ростом разрядности вычислителей. В то же время имеется возможность легко выполнять совместную обработку ШИМ и частотных потоков на цифровых элементах.
В качестве цифровых ЛРЭ для преобразования времяимпульсных и час-тотноимпульсных потоков могут использоваться как обычные логические элементы и функциональные узлы, специально не предназначенные для потоковых вычислений, так и специальные вычислители, ориентированные на работу с потоками единичных импульсов.
Множительно-делительное устройство с гиперболической запоминающей обратной связью и фиксированным периодом работы
Использование линейной запоминающей обратной связи не позволяет в полной мере устранить основной недостаток множительно-делительного устройства [2] - длительное время выхода в установившийся режим, а так же уменьшить зависимость временных характеристик переходного процесса от сочетаний входных данных. В диссертационной работе предлагается решение проблемы снятия указанной зависимости за счет использования гиперболической запоминающей обратной связи [47].
При использовании гиперболической ЗОС вне зависимости от сочетаний входных данных результат множительно-делительного преобразования достигается за три фиксированных периода входного ШИМ-сигнала. В рассматриваемом устройстве операция деления данных, представленных в потоковых формах, реализована через последовательность сложений статических характеристик потока, формируемого на основе входного кода и импульсных потоков числителя. Количество сложений при этом определяется величиной, обратной статической характеристике потока, формируемого на основе импульсных потоков знаменателя.
Сокращение переходного процесса в устройстве достигается одновременной обработкой входных потоков единичных импульсов и импульсных потоков обратной связи на различном оборудовании. Для этого в устройство дополнительно введены элементы обработки потоков обратной связи (реверсивный счетчик и регистр), а так же элементы коммутации потоков (элементы И). Для отсчета периодов работы устройства и управления коммутацией импульсных потоков в устройство введён блок управления. На рис. 2.3 приведена схема множительно-делительного устройства, на рис. 2.4 схема блока управления, а на рис. 2.5 - временная схема процессов, протекающих в устройстве.
Повышение быстродействия устройства за счет использования гиперболической запоминающей обратной связи состоит в реализации этой связью дополняющей компенсации, благодаря чему снимается зависимость длительности процесса вычисления от разрядности структуры.
Принцип действия МДУ основан на широтной модуляции частотно-импульсных потоков с целью выработки временных шагов и кодовых весов для пошагового последовательного весового приближения к результату до его превышения и с последующей дополнительной частотно-импульсной компенсацией перевеса до получения результата.
Процесс вычислений начинается по поступлении сигнала запуска устройства S. В течение первого периода работы формируется импульсный поток, поступающий на суммирующий вход счетчика 2. На вычитающий вход этого счетчика импульсы не поступают, поскольку элемент коммутации импульсных потоков И 4 блокирован сигналом Т3. В течение первого периода среднее значение частоты импульсного потока на суммирующем входе счетчика 2 (см. диаграмму F+, рис. 2.5), определяется как
Значение, соответствующее делителю, интегрируется вторым реверсивным счетчиком, который выполняет подсчет количества импульсов опорной частоты F2, соответствующего длительности 02. По вычитающему входу счетчика 10 импульсы не поступают, поскольку элемент коммутации И 12 блокирован нулевым значением сигнала Тг, поступающим от устройства управления.
По окончании первого периода в счетчике 10 содержится значение количества импульсов опорной частоты F2, которое соответствует длительности сигнала 02 и в дальнейшем будет определять временной шаг (см. диаграмму NCTIO 5 рис. 2.5) NCTIO/TI = 02F2T или NCTio/Ti = 02k2 (2.15) raek2 = TF2.
В начале второго периода широтно-импульсных сигналов передним фронтом сигнала і в регистр 1 записывается содержимое счетчика 2, а содержимое счетчика 10 — в регистр 9. Импульсы входного импульсного потока на суммирующий вход счетчика 2 через запертый нулевым сигналом Ть поступающим с соответствующего выхода блока управления 7, элемент И 3 не проходят. Поступление импульсного потока обратной связи на вычитающий вход счетчика 2 по-прежнему блокировано сигналом Тз.
На втором периоде выполняется имитация процесса деления, заключающаяся в принудительном многократном увеличении кода, хранящегося в регистре 1, на значение, соответствующее кодовому весу приближения. Это происходит следующим образом: поступление импульсов на суммирующий вход второго счетчика через элемент И 11 запрещено сигналом Ті, а через элемент коммутации И 12, открытый в течение второго периода сигналом Т2, на вычитающий вход счетчика 10 поступают импульсы опорной частоты F02 В момент, когда состояние счетчика станет нулевым, то есть будет сформирован очередной временной шаг, произойдет повторная запись содержимого регистра 9 в счетчик 10, для выработки следующего временного шага. Блок управления сформирует сигнал записи WR, в результате чего в счетчике 2 будет зафиксирован код, снимаемый с выхода сумматора.
Устройство для реализации функции извлечения квадратного корня
В тех случаях, когда аппаратная реализация обратной функции значительно проще, чем прямой при проектировании замкнутых преобразователей применяется метод алгебраических уравнений, в котором получение требуемых функциональных зависимостей происходит при решении уравнений, соответствующих равновесному состоянию в системах с обратной связью.
Реализация функционального преобразования широтно-импульсных сигналов выполняется за счет использования функциональной запоминающей обратной связи, реализующей преобразование зафиксированного в ней кода в широтно-импульсный сигнал и импульсный поток, с модуляцией этого потока полученным сигналом.
Обеспечение отказоустойчивости функционального преобразования ШИМ-сигналов достигается применением итерационного принципа усреднения импульсных потоков с использованием частотно-импульсной следящей системы, реализующей выработку и автоматическую компенсацию сигналов рассогласования с формированием квадратичной зависимости в контуре за поминающей обратной связи, благодаря чему получаемый результат обратной функции соответствует закону корня квадратного.
На вход устройства подаются код NBX, импульсный поток с частотой F0 и поток широтно-импульсных сигналов с относительной длительностью 0 (диаграммы F0 и 0, рис. 3.4).
На вход устройства подаются код NBX, импульсный поток с частотой F0 и поток широтно-импульсных сигналов с относительной длительностью 0 (диаграммы F0 и 0, рис. 3.4).
Условием динамического равновесия устройства является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей реверсивного счетчика в течение периода следования широтно-импульсных сигналов аргумента, т.е. равенство средних значений частот импульсных потоков, посту Протоколы моделирования работы предлагаемого устройства приведены в приложении 3.
Для улучшения динамических характеристик рассмотренного преобразователя возможна реализация итерационного метода выполнения оператора усреднения за счет использования функциональной квадратичной разрядно-взвешенной запоминающей обратной связи, как это реализовано в оригинальном устройстве [Решение о выдаче патента по заявке № 2003123192] (рис 3.5).
Разрядно-взвешенная ЗОС обеспечивает компенсацию определенного нарушения равновесия в устройстве по старшему установленному разряду сигнала рассогласования, до тех пор, пока нарушение равновесия не станет меньше исходно заданного, в результате чего сформируется код, на основе которого вырабатывается широтно-импульсный сигнал и импульсный поток, модулируемый полученным сигналом.
Примером отказоустойчивого функционального преобразователя с частотной формой задания опорных величин служит оригинальное устройство [51], выполняющее преобразование потока широтно-импульсных сигналов в соответствии с характеристикой, содержащей рациональную дробь относительно аргумента 0 0[fiO+F2(l-Q)] + Fs(l-Q) F30 + F4(l-0)
Благодаря виду реализуемой функции и большому количеству опорных частот может быть воспроизведен широкий набор аппроксимируемых функций, например, приведенный в таблице 3.1.
Схема устройства, приведенного на рис. 3.7 соответствует обобщенной структурной схеме отказоустойчивого преобразователя, рассмотренной в главе 1 (рис 1.5). Однако для формирования полинома второй степени в устройстве кроме главного контура запоминающей отрицательной обратной связи на основе счетчика 6 и регистра 18, здесь имеется дополнительный контур на основе реверсивного счетчика 5 и регистра 17. При этом оба счетчика выступают в качестве схем сравнения, вырабатывающих сигналы рассогласования в контурах запоминающих обратных связей, и с их помощью осуществляется, во-первых, суммирование частот, во-вторых, вычитание, и в третьих, интегрирование полученной разности с выдачей результата в виде двоичного кода на регистры 18 и 17 в конце периода ШИМ-сигнала.
Условием динамического равновесия устройства является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей в каждом реверсивном счетчике в течение периода следования ШИМ-сигнала аргумента, т.е. равенства средних значений частот импульсных последовательностей, поступающих на суммирующие и вычитающие входы обоих реверсивных счетчиков.
Алгоритмы линейных потоковых преобразований кодовой информации
Потоковая развертка кода, состоит в формировании последовательности единичных квантов, количество которых в течение периода процесса соответствует нормированному кодовому эквиваленту. Организация процесса основана на использовании метода малых приращений, согласно которому входной код представляется как поток квантов информации, появляющихся в определенные фиксированные моменты времени tj. Предлагаемый алгоритм потокового развертывания кода [57] приведен на рис 4.3.
Пусть требуется выполнить потоковую развертку кода Nk, представленного в п разрядной сетке. Для реализации этой операции параллельно формируются п последовательностей квантов с общим количеством квантов Nmax = 2n-l. Последовательности могут быть получены при выполнении следующих действий: некоторый базовый код Nb, представленный в п разрядной сетке, при наступлении момента квантования инкрементируется, и формируется код Nbinc. Полученное значение Nbjnc сравнивается с Nb и выявляется разряд m(0 m n-l), в котором произошел переход из состояния 0 в 1. Определение такого разряда вызывает появление информационной единицы в п - 1- m квантовой последовательности.
Квантуемый код используется в качестве маски текущего состояния квантовых последовательностей Pvo, Pvi Pv(n-i). Маска накладывается по правилу: младший разряд двоичного кода Nko соответствует последовательности Pv (n-i) старший разряд Nk(n.i) соответствует последовательности Pvo- Результат наложения позволяет определить необходимость формирования кванта для представления кода Nk в текущий момент.
В рассматриваемом примере при квантовании кода Nk=7 (двоичный эквивалент: 0111) будут выделены последовательности Руо, Pvi, и Pv2, слияние квантов которых позволит сформировать поток, в котором количество квантов за период будет равно значению квантуемого кода Nk, а при Nk =11 (двоичный эквивалент: 1011) - последовательности Pvo, Pvi, и РУз, сумма квантов в которых составит Nk =11.
Умножение информации, представленной в виде потока квантов и относительного временного значения, заключается в фильтрации тех квантов, которые появляются только в момент действующих значений широтно-развернутого кода.
С использованием предложенного подхода был реализован алгоритм [57] процесса получения множительно-делительной операции, представлен-ный на рис. 4.4.
Для отслеживания входных воздействий один из входных кодов числителя, например Nj, квантуется, а код N2 подвергается относительной развертке, при которой формируется значение 0N2. При появлении кванта, соответствующего значению кода Nj, в момент действия значения 0N2 начинается формирование результата процесса вычисления, то есть при 0м2 = 1 выполняется инкремент выходного кода NBbIx.
Если в процессе квантования кода Nj квант не образовался, выходной код не изменяется. Для формирования компенсирующих воздействий код знаменателя N3 разворачивается в относительных к периоду процесса единицах и формируется значение 0N3. Во время действия сигнала 0N3 = 1 анализируется необходимость выработки компенсирующего кванта в соответствии с результатами квантования кода Ывык. В случае появления компенсирующего кванта срабатывает механизм компенсаций по обратной связи, и выполняется декремент результата. При нулевых значениях 0N2, 0ыз кванты вырабатываются, но не воздействуют на выходной результат, то есть не участвуют в процессе формирования NBbK.
В начальный момент работы количество компенсирующих воздействий мало, однако с увеличением значения выходного кода в процессе вычисления поток квантов по компенсирующей цепи увеличивается. Это происходит до тех пор, пока процесс не придет в равновесие, характеризующееся равенством интенсивностеи потоков инкрементирующих и декрементирующих квантов. Достижение значения, при котором потоки квантов входного сигнала и компенсирующих квантов эквивалентны, является признаком достижения результата вычисления.
Если в процессе вычисления произойдет произвольное изменение квантовых потоков, то возникнет нарушение равновесия, которое автоматически будет скомпенсировано, и результат будет восстановлен. При этом любые изменения параметров входного сигнала переводят процесс вычисления в новое устойчивое состояние.
Период Т работы алгоритма, определяется выбранной разрядностью п и составляет Т = 2n t;, где tj интервал времени между импульсами частоты квантования процесса. При описании процесса вычисления в качестве единицы времени выбираем длительность интервала tj. Тогда в относительных единицах Т = 2П. При этом количество временных отсчетов tj за период обозначим Xt.
Входной и выходной коды нормируются максимальным значением в используемой разрядной сетке. Примем коэффициент нормирования равным единице, то есть максимальные значения NBX и NBbK совпадают с максимальным значением периода Т в относительных единицах.
