RU1785000C - Устройство дл анализа параметров графа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных вычислительных устройств дл  исследовани  графов. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет осуществлени  процедуры поиска в глубину . Цель достигаетс  за счет того, что в состав каждой модели вершины и блока управлени  перебором вершин введены триггер, блок элементов И., блок формировани  сигналов управлени . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к специализированным вычислительным устройствам и может быть использовано дл  анализа графов и решени  задач в графовой постановке .

Известно устройство дл  анализа параметров графа, содержащее элементы задержки , триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ и наборные пол . Это устройство используетс  дл  определени  внешнего радиуса любой вершины в графе.

Недостатком этого устройства  вл етс  ручна  коммутаци , в соответствии с топологией анализируемого графа.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  модель узла дл  исследовани  графа, содержаща  первый триггер, единичный выход которого подключен к входу блока индикации и к первым входам первого и второго элементов И. выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, вторые входы первого и второго элементов И подключены соответственно к первому и второму входам

модели, третьи входы первого и второго элементов И подключены к третьему входу модели , входной полюс которой соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, с нулевым входом второго триггера, с нулевым входом первого разр да первого регистра , с первым входом третьего элемента И и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом четвертого элемента И. и с единичным входом третьего триггера, выход которого подключен к информационному входу второго регистра, единичный выход первого разр да которого соединен с первым входом четвертого элемента И, с первым выходом модели и с вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к второму выходу модели, четвертый вход которой соединен с вторым входом четвертого элемента И и с первым входом п того элемента И, выход которого подключен к единичному входу второго триггера, единичный выход которого соединен с инфорХ|

00

ел о о о

мационным входом первого регистра, единичный выход первого разр да которого подключен к второму входу п того элемента И, к третьему выходу модели и к первому входу шестого элемента И, второй вход которого соединен с п тым входом модели и с первым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с четвертым выходом модели, шестой вход которой подключен к первому входу восьмого элемента И, выход которого соединен с втЪрым входом третьего элемента ИЛИ, выход первого элемента И подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и к единичному входу первого разр да первого регистра, нулевой выход первого разр да которого соединен с вторым входом седьмого элемента И, выход второго элемента И подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента И и с единичным входом четвертого триггера, единичный выход которого подключен к второму входу восьмого элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен с нулевым входом третьего триггера и с нулевым входом первого разр да второго регистра, вход сдвига и вход реверса которого соединен соответственно с входом сдвига и с входом реверса первого регистра и подключены соответственно к седьмому входу модели, выход четвертого элемента ИЛИ  вл етс  выходным полюсом модели.

Недостаток этого устройства - невозможность решени  широко распространенной задачи пометки вершин графа методом поиска в глубину и ручна  коммутаци  св зей в графе.

Цель изобретени  - расширение класса решаемых задач за счет осуществлени  процедуры поиска в глубину. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  анализа параметров графа, содержащем блокуправлени  перебором вершин, группу последовательно соединенных моделей вершин, причем выход сигнала опроса предыдущей модели вершины группы подключен к входу сигнала опроса последующей модели вершины группы, вход сигнала опроса первой модели вершины группы подключен к выходу опроса блока управлени  перебором вершин, выход сигнала реверса , первый выход сигнала сдвига, вход осведомительного сигнала и информационный вход которого подключены соответственно к группе входов реверса, к первой группе входов сдвига, к группе осведомительных выходов и к группе информационных выходов моделей вершин группы, а

вход управлени  пуском блока управлени   вл етс  входом пуска устройства, причем кажда  модель вершины группы содержит первый и второй регистры сдвига, триггер,

5 первый, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу третьего элемента И, первый вход которого подключен к первому входу второго элемента И и  вл етс  входом

0 сигнала опроса модели, первый вход первого элемента И подключен ко второму входу третьего элемента И и к выходу первого регистра сдвига, входы реверса и сдвига второго регистра сдвига  вл ютс  соответ5 ственно входами реверса и сдвига модели, первый вход четвертого элемента И подключен к выходу триггера, дополнительно введены в каждую модель вершины первый и второй элементы НЕ, блок элементов И, вы0 ход которого  вл етс  информационным выходом модели, первый вход - входом задани  кода номера вершины, а второй вход подключен к выходу младшего разр да второго регистра-сдвига, вход записи которого

5 подключен ко второму входу элемента ИЛИ

и  вл етс  входом задани  начальной вер шины модели, а вход управлени  записью

подключен к выходу четвертого элемента И,

второй вход которого подключен к выходу

0 третьего элемента И, выход элемента ИЛИ подключен к установочному входу триггера, выход которого подключен ко второму входу первого элемента И, выход которого подключен к входам соответственно первого и

5 второго элементов НЕ, выход первого из которых  вл етс  осведомительным выходом модели, а выход второго подключен ко второму входу второго элемента И, выход которого  вл етс  выходом сигнала опроса

0 модели, вторым входом сдвига которой  вл етс  вход первого регистра сдвига, а блок управлени  перебором вершин содержит блок формировани  сигналов управлени , первый и второй элементы И, элемент

5 ИЛИ, первый и второй счетчики импульсов, триггер, генератор импульсов, выход которого подключен соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответст0 венно к пр мому и обратному выходам триггера, выход второго элемента И подключен к входу запуска блока формировани  сигналов управлени , а выход первого элемента И  вл етс  вторым выходом сиг5 нала сдвига блока и подключен к входу вычитани  первого счетчика импульсов и ко входу второго счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к

установочному входу триггера, второй вход

 вл етс  входом управлени  пуском блока, а третий вход подключен к выходу первого счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к информационному входу блока формировани  сигналов управлени  и  вл етс  информационным входом блока, а вход стробировани  подключен к тактовому выходу блока формировани  сигналов управлени , выход сброса которого подключен к входу сброса триггера, а выходы опроса, реверса, сдвига и осведомительный вход . вл ютс  соответственно выходами сигнала опроса, сигнала реверса, первым выходом сигнала сдвига и входом осведомительного сигнала блока, причем второй выход сигнала сдвига блока управлени  перебором вершин подключен ко второй группе входов сдвига моделей вершин группы, группы входов задани  начальной вершины и задани  кода номера вершины которой  вл ютс  соответственно первой и второй группами входов задани  устройства , а выход сигнала опроса последней моде- ли вершины группы  вл етс  выходом устройства.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства дл  анализа параметров графа; на фиг. 2 - пример анализируемого графа; на фиг. 3 - блок-схема алгоритма функционировани  устройства.

Устройство содержит блок 1 управлени , перебором вершин, модель 2 вершины, повторенную В раз (В - число вершин в графе). Здесь и далее цифрами в скобках, сто щим после номеров позиций на чертеже, обозначены пор дковые номера совершенно одинаковых по своему функциональному назначению и техническому исполнению блоков , узлов и элементов, а просто цифрами в скобках возле контуров блоков и узлов - пор дковые номера входов и выходов данного блока или узла. В каждую модель 2 вершины входит триггер 3, регистры 4, 5 сдвига, элементы 6, 7, 8, 9, И, элементы 10 ИЛИ, элементы 11, 12 НЕ, блок элементов 13 И из М элементов (М log2B). Блок 1 управлени  перебором вершин включает генератор 14 импульсов, блок формировани  сигналов управлени  15, счетчики 16,17 импульсов , триггер 18, элементы 19, 20 И, элемент 21 ИЛИ.

Кроме этого, на фиг. 1 цифровые обозначени  имеют вход 22 управлени  пуском, осведомительный вход 23 блока 1 управлени , перебором вершин, выход 24 реверса блока 1, первый выход 25 сдвига блока 1, информационный выход 26 устройства, В входов 27 задани  начальной вершины графа , второй выход 28 сдвига блока 1 управлени , выход 29 опроса модели 2 вершин, вход

30 опроса модели 2 вершины, В групп входов 31 задани  кода номера вершины.

Множество моделей 2 вершин, св занных с блоком 1 управлени  образуют пзрал- 5 лельную моделирующую структуру, в которой все В одноименных полюсов 23, 24, 25, 26, 28 электрически соединены вместе. Выходной полюс 29 К-ой модели 2 вершины соединен с входным полюсом 30 К - 1-й 10 модели 2 вершины.

Устройство работает следующим образом .

Пусть необходимо сформировать список вершин графа, начина  с заданной, в

5 пор дке, определ емом процедурой поиска в глубину на графе, структура которого представлена на фиг. 2. Зададим в качестве начальной вершину с номером К

Перед началом работы в регистры 4

0 сдвига первой группы заноситс  информаци  о структуре св зей в графе. Триггеры 3 устанавливаютс  в исходное единичное состо ние . Регистры 5 сдвига второй группы в исходном состо нии настроены на сдвиг в

5 сторону старших разр дов (пр мой ход) и содержат нули во всех разр дах. Блок 15 формировани  сигналов управлени  в исходном состо нии не вырабатывает никаких сигналов на своих выходах (1) - (5).

0 Сигналом пуска на полюсе 22, прошедшим через элемент 21 ИЛИ блока t управлени  перебором вершин, устанавливаетс  в единицу триггер 18 блока 1 и запускаетс  генератор 14 импульсов, импульсы которого

5 через элемент 19 И блока 1 поступают на вход (2) блока формировани  сигналов управлени . Под действием этих импульсов блок 15 начинает формировать сигналы управлени . Одновременно с этим сигнал пу0 ска поступает на К-й полюс 27 задани  начальной вершины. По сигналу на последнем полюсе устанавливаетс  в нулевое состо ние К-й триггер 3 и записываетс  единица в младший (первый) разр д К-го

5 регистра 5 сдвига. На К-ой группе входов 31 задани  кода вершины присутствует код, соответствующий номеру К-ой вершины, который передаетс  на информационные выходы 26 устройства через блок 13 элементов

0 И. На выходе (4) вырабатываетс  импульс стробировани  счетчика 16 импульсов. По этому сигналу код номера вершины (1) заноситс  в счетчик 16 импульсов. Затем вырабатываетс  сигнал на выходе (5), который

5 переводит в нулевое состо ние триггер 18 блока 1 : элемент 19 И блока 1 закрываетс , а элемент 20 И того же блока открываетс , и тактовые импульсы начинают поступать на входы счетчиков 16, 17 импульсов и на полюс 28. Т.к. в счетчик 16 импульсов записан

код 1 ион работает на вычитание, то, прин в один импульс, он сформирует сигнал обнулени , который через элемент 21 ИЛИ блока 1 переведет триггер 18 в единицу. Подача тактовых импульсов на полюс 28 прекратитс . Таким образом, на выход 28 сигнала сдвига блока 1 управлени  поступит один импульс, который одновременно сдвинет все регистры 4 на один разр д. В регистрах 4 моделей (2) и (3) вершин на выходе сформируетс  сигнал единицы. Переключение триггера 18 в единицу продолжит работу блока формировани  сигналов управлени  15 под действием тактовых импульсов на его входе (2): опрашиваетс  состо ние осведомительного сигнала на полюсе 23. На выходах элементов 12 НЕ в модел х (2) и (3) вершин к этому моменту сформируютс  нулевые сигналы, поэтому и на полюсе 23 будет такой же сигнал. При нулевом сигнале на полюсе 23 формируетс  импульс сдвига, поступающий с выхода (3) на полюс 25. Сдвиг регистров 5 второй группы на один разр д приводит к тому, что на информаци- оннных выходах 26 пропадает код номера вершин (1). Затем сигнал с полюса 30 проходит через первый элемент 7 И, по вл етс  на полюсе 29 узла 2 (1) вершины, поступает на полюс 30 модели 2 (2) вершины, на выход 29 которой уже не проходит, т.к. на выходе элемента 11 НЕ в этом узле в данный момент присутствует нулевой сигнал. В этой модели 2(2) вершины сигнала опроса с полюса 30 пройдет через элементы б, 7 И и запишет единицу в младший разр д регистра 5 сдвига, выходной сигнал которого через элементы И блока 13 установит на информационных выходах 26 устройства код еерши- ны (2). Блоки 13 элементов И в остальных модел х вершин в этот момент закрыты нулевым сигналом с выходов регистров 5 сдвига. Заметим, что вс кий раз на соответствующем такте единица записываетс  только в один регистр 5 сдвига. После этого триггер 18 блока 1 переводитс  в нулевое состо ние, и тактовые сигналы с выхода элемента 20 И продолжают заполнение счетчиков 16, 17 импульсов блока 1 управлени  и сдвиг регистров 4. Импульс переполнени  счетчика 17 импульсов вернет триггер 18 в единичное состо ние. К этому моменту информаци  в кольцевых регистрах 4 восстановит исходное состо ние. На информационных выходах 26 устройства установлен код вершины1 (2), регистр 4 находитс  в исходном состо нии и можно продолжить процедуру поиска в глубину и формирование списка номеров вершин.

Блок 15 формировани  сигналов управлени  формирует импульс стробировани 

дл  счетчика 16 блока 1 управлени , в который теперь занесетс  код вершины (2), и описанный выше процесс повторитс . В ходе поиска в глубину триггеры 3 в модел х 2

вершин перевод тс  в нулевое состо ние, а коды номеров вершин выдаютс  на информационные выходы 26 устройства.

Пусть в ходе выполнени  описанных действий на полюсах 26 сформирован код

0 вершины (5). К этому моменту все триггеры 3 уже переведены в нулевое состо ние, поэтому на полюсе 23 сформируетс  сигнал единичного уровн , после опроса которого блок 15 перейдет к ёыполнению обратного

5 хода: установит признак обратного хода на полюсе 24 и затем сдвинет регистры 5 на один разр д назад. В результате возврата на полюсах 26 установитс  код вершины (4). Далее идут описанные уже действи  по пе0 редаче кода вершины в счетчик 16 импульсов , отсчет импульсов счетчиками 16, 17 и одновременный сдвиг регистроа 4. Опрос осведомительного сигнала на полюсе 23 снова покажет наличие единицы, т.е. из вер5 шины (4) при заданной в примере структуре графа тоже нельз  продолжить движение в глубину (пр мой ход), т.к. триггеры 3 переведены в нулевое состо ние. Сравнив после этого код на полюсах 26 с кодом, в котором

0 во всех разр дах присутствуют единицы (признак окончани  процедуры поиска) и получив отрицательный ответ, блок 15 проведет новый цикл возврата. Если после очередного шага возврата осведомительный

5 сигнал на полюсе 23 примет нулевое значение , то это будет означать, что еще есть непросмотренные вершины, и устройство продолжит работу, перейд  в режим пр мого хода. В рассматриваемом примере непо0 меченных вершин уже нет, поэтому после п ти циклов возврата на попюсах 26 образуетс  код с единицами во всех разр дах, т.к. после п ти сдвигов в сторону младших разр дов информаци  во всех регистрах 5 со5 третс , что и будет признаком конца процедуры поиска.

На фиг..З приведена блок-схема алгоритма функционировани  устройства дл  анализа параметров графа.

0 Начало - инициализаци  устройства и формирование сигнала пуска.

Блок 32 - запись, кода номера еершины в счетчик 16 импульсов блока управлени , перебором вершин.

5 Блок 33 - формирование импульсов сдвига регистров 4 с участием счетчиков 16, 17.

Блок 34 - анализ состо ни  осведомительного сигнала на полюсе 23. Если О - перейти на блок 35, иначе - на блок 37.

Блок 35 - подача одиночного импульса сдвига на полюс 25 дл  сдвига регистров 5.

Блок 36 - подача одиночного импульса на полюс 30, св занный с выходом (1) блока 15 формировани  сигналов управлени .

Блок 37-установка признака обратного хода на полюсе 2А.

Блок 38 - подача одиночного импульса на полюс 25 дл  сдвига назад регистров 5.

Блок 39 - передача кода номера вершины в счетчик (6) (аналогично блоку 32).

Блок 40 - сдвиг регистров 4 (аналогично блоку 33).

Блок 41 - то же, что и в блоке 34. Если О - перейти на блок 42, иначе - на блок 43.

Блок 42 - установить признак пр мого хода на полюсе 24 и перейти на блок 35.

Блок 43 - сравнить код на полюсах 26 с кодом, содержащим единицы во всех разр дах . Если О - то перейти на блок 38, иначе - конец.

Использование изобретени  позвол ет распараллелить на аппаратном уровне гТро- цесс поиска, а также обеспечивает определенную степень универсальности в области решени  задач на графах дл  специализированных вычислительных систем.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   Устройство дл  анализа параметров графа, содержащее блок управлени  пере- .бором вершин, группу последовательно соединенных моделей вершин, причем выход сигнала опроса предыдущей модели вершины группы подключен к входу сигнала опро- . са последующей модели вершины группы, вход сигнала опроса первой модели вершины группы подключен к выходу опроса блока управлени  перебором вершин, выход сигнала реверса, первый выход сигнала сдвига, вход осведомительного сигнала и информационный вход которого подключены соответственно к группе входов реверса, первой группе входов сдвига, группе осведомительных выходов и к группе информационных выходов моделей вершин группы, а вход управлени  пустом блока управлени  перебором вершин  вл етс  входом пуска устройства, причем кажда  модель вершины группы содержит первый и второй регистры сдвига, триггер, первый) второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу третьего элемента И, первый вход которого подключен к первому входу второго элемента И и  вл етс  входом сигнала опроса модели, первый вход первого элемента И подключен к второму входу третьего элемента И и выходу первого регистра сдвига, входы реверса и сдвига второго регистра сдвига  вл ютс  соответственно сходами реверса и сдвига модели, первый вход четвертого элемента И подключен к выходу триггера, отличающеес  тем, что, с 5 целью расширени  функциональных возможностей путем осуществлени  процедуры поиска в глубину, второй выход сигнала сдвига блока управлени  перебором вершин подключен к второй группе входов

0 сдвига моделей вершин группы, группы входов задани  начальной вершины и задани  кода номера вершины которой  вл ютс  соответственно первой и второй группами входов задани  устройства, а выход сигнала

5 опроса последней модели вершины группы  вл етс  выходом устройства, причем в каждую модель вершины введены первый и второй элементы НЕ, блок элементов И, выход которого  вл етс  информационным выхо0 дом модели, первый вход - входом задани  кода номера вершины, а второй вход подключен к выходу младшего разр да второго регистра сдвига, вход записи которого подключен к второму вхрду элемента ИЛИ и

5  вл етс  входом задани  начальной вершины модели, а вход управлени  записью подключен к выходу четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, выход элемента ИЛИ

0 подключен к установочному входу триггера, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к входам соответственно первого и второго элементов НЕ, выход первого из

5 которых  вл етс  осведомительным выходом модели, а выход второго подключен к второму входу второго элемента И, выход которого  вл етс  выходом сигнала опроса устройства, вторым входом сдвига которого

0  вл етс  вход первого регистра сдвига, а блок управлени  перебором вершин содержит блок формировани  сигналов управлени , первый и второй элементы И, элемент . ИЛИ, первый и второй счетчики импульсов,

5 триггер, генератор импульсов, вйход которого подключен соответственно к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к пр мому и обратному выходам

0 триггера, выход второго элемента И подключен к входу запуска блока формировани  сигналов управлени , а выход первого элемента И  вл етс  вторым выходом сигнала сдвига блока и подключен к входу вы5 читани  первого счетчика импульсов и к входу второго счетчика импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу триггера, второй вход  вл етс  входом управлени  пуском блока,

а третий вход подключен к выходу первого счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к информационному входу блока формировани  сигналов управлени  и  вл етс  информационным входом блока, а вход стробировани  подключен к тактовому выходу блока формировани  сигналов управлени , выход сброса которого подключен к входу сброса триггера, а выходы опроса, реверса, сдвига и осведомительный вход  вл ютс  соответственно выходами сигнала опроса, сигнала реверса, первым выходом сигнала сдвига и входом осведомительного сигнала блока.

-фО(В)

г (4

&

Фиг./

23 24

% Щ8)

г&

s 4 з г /

Матрица с/ъе #0слгг/ &

H

«J

Pff3P( ufiutmff0Ј4 S 6

гг/

Фиг. Z

faf J0a/JltHltЈJU Јf{Јct

V