Передача логічних сигналів у структурах на коміркових автоматах

При існуванні ізотропності міжкоміркових зв'язків у структурі передача сигналу від даної комірки в декількох заданих напрямках (зокрема, ) -спрямованої структури відповідає введенню деяких обмежень на передачу сигналу від комірки по решті напрямкам; при цьому, згідно з визначенням логічних структур на квантових автоматах, налаштування комірки на виконання комунікаційних функцій здійснюється за допомогою сигналів з інших комірок.

Існують наступні основні способи здійснення передачі сигналу в структурі (тобто реалізації комунікаційних графів I ‑ рис. 3.3, в).

1. За допомогою налаштування кожного функціонального елемента, через який передається сигнал, ззовні. При цьому, очевидно, логічна структура вироджується в структуру з індивідуальною поведінкою комірок. Використання цього способу в асинхронних структурах з вимагає введення в кожен функціональний елемент не менше 3 біт пам'яті з огляду на пам'ять для налаштування на інші комунікаційні функції.

Налаштування через зовнішні контакти від кожної комірки структури не розглядається через нетехнологічність його використання при виготовленні структур у наноелектронних схемах.

2. Розпізнавання функціональним елементом напрямку передачі сигналу. У конструкцію кожного функціонального елемента вводиться пристрій для визначення напрямку , з боку якого надходить сигнал, що збуджує комірку . Напрямок передачі вихідного сигналу комірки , яке позначимо через , є функцією напрямку і сигналу налаштування ззовні , тобто:

(3.5)

причому при тотожно відповідає .

3. Розподіл інформації щодо напрямоку на сукупність функціональних елементів структури. Очевидно, що будь-який напрямок передачі сигналу в будь-якій гратчастій структурі може бути задано вектором, проведеним від одного вузла гратки до відповідного вузла по ребрах гратки. У випадку вектори напрямків розташовуються паралельно горизонтальним рядкам або вертикальним стовпцям комірок структури.

Будемо позначати вектор напрямку координатами вузлів гратки, причому першими записуються координати вузла, з якого вектор виходить, а другими координати вузла, до якого даний вектор входить. Так, напрям передачі сигналу від комірок та направо може бути задано вектором, позначеним: (рис. 3.4), а від комірок та вгору – вектором і т. д.

У свою чергу, координатам будь-якої комірки в позначеннях векторів напрямку поставимо у відповідність певний сигнал цієї комірки, причому

. (3.6)

Тоді

, (3.7)

тобто будь-якого напрямку передачі сигналу в структурі відповідає сукупність деяких сигналів не менше ніж з двох функціональних комірок, тому інформація про направлення , виявляється розподіленою по декільком функціональним елементам (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Задання векторів напрямків передачі сигналів у комірковій структурі

Кон'юнктивна залежність збудження даної комірки структури від сигналів з інших комірок повинна виконуватися з урахуванням ефекту, аналогічного властивості рефрактерності в континуальних середовищах, для виключення передачі сигналу в напрямку, зворотному заданому. У залежності від того, чи є структура синхронною або асинхронною, цей ефект може бути реалізований достатньо різними способами.

Будемо називати 1-м тактом квантований тактовими імпульсами відрізок часу між 1-м тактовим імпульсом, що подається на всі комірки структури в момент (який є початком відліку часу функціонування структури в цілому), і 2-м тактовим імпульсом, що подається на клітинки структури в момент ; будемо називати 2-м тактом відрізок часу між 2-м і 3-м тактовими імпульсами, а -й тактом – відрізок часу між -м і -м тактовими імпульсами.

Комірка збуджується в -м такті, якщо ця комірка переходить у збуджений стан синхронно з -м тактовим імпульсом (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Умовне позначення станів комірки та тактових імпульсів (ТІ)

 

Комірка повертається у початковий стан і видає імпульс збудження в -му такті, якщо вона повертається в незбуджений стан синхронно з -м тактовим імпульсом. В -му такті комірка перебувала у збудженому стані , якщо вона знаходилася в цьому стані протягом всього -го такту.

Аналогічним чином будемо відносити до тактів стан елементів пам'яті, межкоміркові зв'язків і т. д.

У синхронних структурах, де кожна наступна комірка збуджується на крок збудження пізніше сусідньої попередньої комірки, для реалізації «ефекту рефрактерності» доцільно використовувати різницю в тактах збудження сусідніх комірок.

Тоді залежність (3.7) приймає вигляд:

, (3.8)

де , – моменти (такти) збудження комірок , , та , та . Очевидно, що для реалізації кон'юнкції у виразі (3.8), тобто кон'юнкції сигналів з комірок, збуджуваних у різні моменти часу, кожному функціональному елементу структури має бути приписано властивість запам'ятовування повідомлення про збудження даного елемента .