Аннотация

В статье кратко рассматриваются теория и методы расширение современной элементной базы цифровых интегральных схем, на основе новых многофункциональных и многоуровневых элементарных схем памяти (МФСП и МУСП). Показано, что МФСП и МУСП обладают способностью изменять алгоритм своей работы за один машинный такт, функционируя в режиме детерминированных, вероятностных или нечетких автоматов памяти.

Предлагаемая новая технология цифровых схем позволяет обрабатывать сигналы и данные с более высокой эффективностью в пересчёте на стоимость, мощность и размеры. Это несомненно будет иметь серьезные последствия для всей цифровой индустрии, так как позволяет построить с нуля устройства и компьютерные системы, обладающие новыми характеристиками и свойствами для широкого спектра приложений в науке, технике и производстве.

Ключевые слова: элементная база, переходы в схемах памяти, элементарные реконфигурируемые схемы памяти, принцип программного управления.

 Abstract

This article briefly reviews the theory and methods of the enhancement of modern element base of digital integrated circuits, based on the new multi-functional and multi-level elementary circuits of memory (MFCM and MLCM). It is shown that MFCM and MLCM are able to change the working algorithm in a single machine clock cycle, operating in deterministic, stochastic or fuzzy modes.

The proposed novel technology of digital circuits enables capabilities for processing signals and data with greater efficiencies in cost, power and size. This undoubtedly will have serious implications for the entire digital industry as it allows to build from the ground up devices and computer systems, possessing new characteristics and properties for a wide variety of applications in science, engineering and manufacturing industries.

Keywords: electronic components, the transitions in the memory circuits, basic reconfigurable memory circuit, the principle of program management.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие вычислительной техники характеризуется в настоящее время возрастающими требованиями к средствам переработки информации, в первую очередь – к производительности, надежности и расширению функциональных возможностей. Решающая роль принадлежит фундаментальным исследованиям [1].

В настоящее время почти все фирмы-разработчики компьютеров и нейрокомпьютеров стремятся отойти от неймановских вычислительных структур, элементная база которых основана на использовании комбинационных схем и двоичных схем памяти [2–3].

В конце 90-х годов XX века украинским и российским разработчикам вычислительных систем стали доступны программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) нового поколения, в английской аббревиатуре - FPGA (Field Programmable Gates Array)[1; 4]. Следует отметить, что ПЛИС в настоящее время используются многими ведущими производителями компьютерной техники [4-5].

Однако, применение ПЛИС только решило вопрос реконфигурации комбинационных схем, не изменив идеологию современной базы, используемой в сверхбольших интегральных схемах (СБИС).

ПРОБЛЕМЫ ПОИСКА НОВЫХ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СХЕМ ПАМЯТИ

А в области схем памяти? Как здесь обстоят фундаментальные разработки реконфигурируемых элементарных схем памяти? Здесь, в первую очередь, необходимо отметить работы представителей научных школ, таких как: В.М. Глушкова, М.А. Гаврилова, А.Д. Закревского, В.Г. Лазарева, Э.В. Евреинова, И.В. Прангишвили, Э.А. Якубайтиса, а также работы В.И. Варшавского, А.В. Каляева, А.Н. Мелихова, П.П. Пархоменко, З.Л. Рабиновича, Л.Я. Нагорного, К.Г. Самофалова и других авторов.

Состояние вопроса таково, что в основе элементарных схем памяти сверхбольших интегральных схем (СБИС) используется триггер, который имеет жесткую, закрытую, неизменяемую структуру. Разрывные характеристики электронных ламп, на которых основано действие триггеров, впервые под названием «катодное реле» были описаны русским изобретателем М. А. Бонч-Бруевичем в 1918 г.

Во всем мире продолжается поиск новых схемотехнических решений элементарных схем памяти с качественно новыми свойствами. Исследования в этой области проводились на логических элементах [6-13], на пороговых элементах [14], на нейронных элементах[2-3].

К сожалению, все рассматриваемые работы по перестраиваемой схеме памяти велись за счет перестраиваемых функций возбуждения и выходов, в основе которых находится RS-триггер, имеют фундаментальные ограничения:

1. все они работают в автоматном дискретном времени t_i(i= 1, 2. …, n,…);
2. базовая схема памяти (RS-триггер) не позволяет перестраивать работу запоминаемых состояний;
3. описываются все эти устройства автоматами Мили и Мура, которые определяют последовательный характер работы устройств;
4. переход в схемах памяти происходит по одной переменной x(t);
5. используемый принцип программного управления, предложенный Ч. Беббиджем, не позволяет одновременную обработку общей и частной информации.

формате PDF (331Кб)