SU1376099A1 - Устройство дл разбиени графов на слои - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании сетевых графов , а также при решении задач организации вьщислительного процесса в мультипроцессорных вычислительных системах. Изобретение позвол ет расширить функциональные возможности

Description

(Л

00

Од

о со со

за счет разбиени  св зного ориентированного графа без контуров на слои. Дл  этого в устройство, содержащее матрицу 1 моделей дуг 5, счетчик 15, дешифратор 16, группу элементов ИЛИ 4, элементы И 11, 14, триггер 13, генератор 12 тактовых импульсов, причем кажда  модель дуги содержит гер 2 и элемент И 3, дополнительно

введены группа сумматоров 6, регистры 22 сло , группа элементов НЕ 18, группа элементов ИЛИ-НЕ 9, элемент 8 задержки, элементы ИЛИ 7,23, элемент И 17, регистры 24, 25, блок 26 вычитани  кодов, группа узлов 21 управлени , причем каждый узел управлени  содерзкит элемент НЕ 19 и элемент И 20. 3 ил.

f

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть исполь- зовакр при исследовании сетевых графов , а также при решении задач организации вычислительного процесса в мультипроцессорных вычислительных системах.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет разбиени  св зного ориентированного графа без контуров на слои.

На фиг, 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг.2 - граф, подлежащий разбиению на слои; на фиг.З - то же, после распределени  вершин по сло м.

Устройство содержит матрицу 1 моделей дуг, кажда  из которых состоит из триггера 2 и элемента 3. Устройство содержит также группу эле ментов ИЛИ 4, модель дуги 5, группу сумматоров 6, первый элемент ИЛИ 7, элемент 8 задержки, группу элементов ИЛИ-НЕ 9, вход 10 пуска устройства, первый элемент И 11, генератор 12 тактовых импульсов, триггер 13, второй элемент И 14, счетчик 15, дешифратор 16, третий элемент И 17, группу элементов НЕ 18, элементы НЕ 19 и И 20, составл ющие узел 21 управ- лени  группы, п регистров 22 сло , йторой элемент ИЛИ 23, первый регист 24, второй регистр 25 и блок 26 вы- читани  кодов.

Устройство работает следующим об- разом.

. В матрицу 1 заноситс  информаци  о топологии моделируемого графа сети При этом триггеры 2 устанавливаютс  в единичное состо ние, если соответствующие вершины графа соединены дугой .

. 5

Ю

5

0 0

5

0

5

Первый этап функционировани  устройства обозначаетс  по влением пускового сигнала (импульса) на входе 10 пуска устройства. Этот сигнал производит обнуление регистров 22 сло  и счетчика 15. Этот же сигнал через вторые входы группы элементов ИЛИ 4 поступает на группу входов элемента И 14 (в результате чего формируетс  управл ющий сигнал записи информации в регистр 24) и на управл ющие входы моделей дуг соответствующего столбца матрицы 1. По вление управл ющих сигналов на входах моделей дуг обеспечивает считьшание информации, поступа- ющер на входы групп сумматоров 6 со всех столбцов матрицы 1. На выходах сумматоров 6 формируютс  суммарные числа дуг, выход щих из соответствующих вершин моделируемого графа, которые образ тот п-мерный. вектор V.

Полученна  информаци  передаетс  на входа  регистров 24 и 25. Прием информации регистром 25 осуществл етс  беспреп тственно, а прием регистром 24 только при н.аличии сигнала разрешени  записи на его управл ющем входе. Одновременно с записью в регистр 24 с его группы выходов на входы группы элементов ИЛИ-НЕ 9 поступают сигналы о количестве выход щих дуг дл  каждой вершины. На выходах элементов ИЛИ-НЕ 9 формируютс  сигналы высокого потенциала, соответству- ющие вершинам, не имеющим выход щих дуг, которые состав т набор вершин, вход щих в первый слой. Эти сигналы аписьюаютс  в тот регистр 22 сло , на отдельном управл ющем входе кото-, iporo присутствует высокий потенциал, поступающий с выхода дешифратора 16.

Второй этап функционировани  устройства начинаетс  с по влением сигналов , поступакнцих с выходов регистра 22 сло , которые дают управл ющую информацию дл  группы элементов НЕ 18 (вырабатывающих сигналы управлени  записью в регистр 22 сло  с целью избежать повторов записи сигналов высокого потенциала, соответствующих вершинам, которые ранее распределены по сло м), формируют сигна на выходе элемента ИЛИ 23 и вызывают считывание информации с моделей дуг, принадлежащих тем столбцам матрицы 1, которые соответствуют вершинам, составл ющим первьш слой исследуемого графа.

Информаци  с моделей дуг поступает на входы сумматоров 6, на выходах которых формируетс  п-мерный вектор и, (характеризующий суммарное количество дуг, вход щих в вершины первого сло ), После этого п-мерный вектор и записываетс  только в регистр 25, а регистром 24 не может быть прин т из-за отсутстви  управл ющего сигнала. Содержимое регистров 24 и 25 подаетс  на входы блока 26 вычитани  кодов, в результате чего на выходе получаетс  новый п-мерный векто ,-U, которьй поступает по информационной шине на вход регистра 24 и записываетс  в него при наличии управл ющего сигнала. Сигнал гуправ- лени  формируетс  в результате пере ключени  триггера 13 в единичное состо ние , который переключаетс  по переднему фронту поступающего на его единичный вход сигнала с выхода элемента ИЛИ 23. Сигнал с вьпсода триггера 13 разрешает прохождение импульсов с генератора 12 через элемент И 11 на вход счетчика 15 и на вход элемента 8 задержки. Врем  зажержки импульса в элементе 8 задержки выбрано таким образом, что задерживаемый импульс поступает к тому моменту времени, когда завершено вычитание содержимого регистров 2 к 25.

Одновреме;1но с записью в регистр 24 с его группы выходов на входы группы элементов ИЛИ-НЕ 9 поступают сигналы о количестве выход щих дуг вершин, еще не распределенных по сло м исследуемого графа. В резуль- тате вы вл ютс  новые вершины, не имею1цие выход щих дуг, которые образованы в результате вычитани  п-мер0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ных векторов , что создает на выходах элементов ШШ-НЕ 9 высокие потенциалы, соответствующие вершинам, ранее распределенным по сло м, и новым вершинам, составл ющим второй слой.

Первый импульс, поступивший с выхода генератора 12 на вход счетчика 15, увеличивает его содержимое на единицу, вследствие чего на выходе дешифратора 16 формируетс  позиционный двоичный код, разрешающий запись информации в регистр 22 сло . : Сигналы с выходов rpynmi элементов ИЛИ-НЕ 9 записьюаютс  в соответствующие разр ды регистра 22 сло . Управление записью осуществл ют выходные сигналы группы элементов НЕ 18, которые разрешают запись в те разр ды регистра, которые ранее не участвовали при фиксировании вершин предыдущего сло . Таким образом, определ ютс  вершины, составл ющие новый слой исследуемого графа.

Последующие вычислительные этапы функционировани  устройства аналогичны предыдущему.

Останов устройства происходит после распределени  всех вершин моделируемого графа по сло м, чему соответ ствуют высокие потенциалы на выходах всех элементов ИЛИ-НЕ 9, которые по- ступают на входы элемента И 17, сигнал высокого потенциала с выхода которого устанавливает триггер 13 в нулевое состо ние, запреща  тем самым прохождение импульсов с генератора 12 через элемент И 11.

После останова устройства в соответствующих регистрах 22 сло  запи- сьшаютс  вершины, распределенные по сло м исследуемого графа.

Рассмотрим работу устройства при разбиении св зного графа без контуров на слои.

Пусть задан граф, описываемый матрицей св зности А.

00010100000 00000000000 00000010000 01000000000 00000000001 00000010000 00000000000 01000000000 10010000001 10000000000 00100001000

Первый этап функционировани  устройства обозначаетс  по влением пускового импульса на входе 10 пуска устройства. Этот сигнал обнул ет груп пу регистров 22 сло  и счетчик 15. Этот же импульс поступает на вторые входы группы элементов ИЛИ 4, с выходов которых подаютс  сигналы на входы элемента И 14 и на управл ющие входы моделей дуг, разреша  считывание информации со всех столбцов матрицы 1. На выходе соответствующего сумматора группы формируетс  в двоичном параллельном коде число дуг, выход щих из соответствзтащей вершины, образующее п-мерный вектор V,,i,0, 1,1,1,1,0,1,3,1,2.

Так, в соответствии с топографией графа на выходе сумматора 6, будет число два, на выходе сумматора 6 ноль, сумматора 6 один и т.д. Эта информаци  беспреп тственно записываетс  в регистр 25, а в регистр 24 записьшаетс  после поступлени  на его управл ющий вход импульса с выхода элемента ИЛИ 7, на первый вход которого поступает импульс с выхода элемента И 14. После записи информации в регистр 24 импульс.с вькода элемента ИЛИ 7, а следовательно, и пусковой импульс заканчиваютс . Таким образом, во втором и седьмом разр дах регистра 24 записыЪаютс  нули. Это свидетельствует о том, что соответствующие вершины не имеют исход щих дуг. Одновременно с .записью в регистр 24 с его группы выходов на входы группы элементов ИЛИ-НЕ 9 поступает в параллельном двоичном коде информаци  о количестве дуг, выход щих из соответствующих вершин

Содержимое регистров 24 и 25 поступает по информационным шинам на входы блока 26 вь гаитани  кодов, где происходит вычитание содержимого регистра 24 и содержимого регистра 25. Так как в них содержитс  одинакова  информаци , то результат, равный нулю во всех разр дах, по информационной шине поступает на вход регистра 24, но отсутствие управл ющего сигнала записи в регистр 24 запрещает запись вновь поступившей информации, тем самым оставл   неизменным содержимое этого регистра. В то же врем  на выходах элементов ИЛИ-НЕ 9 и 9 формируютс  сигналы высокого потенциала , которые записываютс  в регист

Q

5

0

5

0

5

0

5

0

5

22 по разрешающему сигналу на управл ющем входе, поступающему с первого выхода дешифратора 16, Сигналы высокого потенциала, записанные во второй и седьмой разр ды регистра 22 сло , соответствуют тому, что данные вершины образуют первьш слой моделируемого графа.

Второй этап функционировани  устройства начинаетс  с момента, когда на втором и седьмом выходах регистра 22, сло  по вл ютс  сигналы высокого потенциала, поступающие на первые входы элементов ИЛИ 4 , и 4, элементов НЕ 18, и 18, вторые и седьмые оды элемента ИЛИ 23, Сигнал с выхода элемента ИЛИ 23 поступает на единичный в,ход триггера 13, устанавлива  его в единичное состо ние. Выходной сигнал триггера через элемент И 11 разрешает прохождение-импульсов с генератора 12, Первый импульс с генератора 12 поступает на счетчик

15,увеличива  его содержимое на единицу, и на вход элемента 8 задержки . Сигналы с выходов элементов НЕ

18 поступают на управл ющие входы регистра 22 2 сло  и на первые входы первой группы узлов 21 управлени . На выходах всех элементов НЕ 18, кроме элементов НЕ 18, и 18-,, присутствуют высокие потенциалы, нулевые потенциалы с выходов элементов НЕ 18 и 18-1 запрещают запись в соответствующие разр ды регистра 22 сло .

Когда счетчиком 15 прин т первый импульс с генератора 12, который увеличивает его содержимое на единицу, на его выходе формируетс  двоичный код, который вызьшает по вление сигнала высокого потенциала на втором выходе дешифратора 16. Сигнал, поступающий с второго выхода дешифратора

16,разрешает запись в регистр, так как поступает на управл ющий вход регистра 222 сло . В это же врем  сигналы высокого потенциала с выходов элементов ИЛИ 4 и 4 поступают на . управл кшще входы моделей дуг второго и седьмого столбца матрицы 1, разреша  считьтание информации с этих столбцов на выходы группы сумматоров 6, Суммарные сигналы, полученные на выходах группы сумматоров 6, формиру-, ют п-мерный вектор U,0,0,1,1,0,1, 0,1,0,0,01, который записьгоаетс  толь- ко в регистр 25, а регистром 24 не может быть прин т из-за отсутстви 

управл ющего сигнала записи. Содержимое регистров 24 и 25 поступает на входы блока 26 вычитани  кодов, в результате чего на выходе получаетс - новый п-мерный вектор 2,0, 0,0,1,0,0,0,3,1,2}, который проходит по информационной шине на вход регистра 24 и записьтаетс  в него при наличии управл ющего сигнала. Сигнал управлени  формируетс  в результате переключени  триггера 13 в единичное состо ние. Это переключение происхо- .дит по переднему фронту поступакщего на единичный вход триггера импульса с выхода элемента 23. Сигнал с выхода триггера 13 разрешает прохождение импульсов с генератора 12 через элемент И 11. Импульс, задержанный в элементе 8 задержки, приходит к тому моменту времени, когда завершено вычитание содержимого регистров 24 и 25.

Одновременно с записью в регистр 24 с его группы выходов на входы элементов ИЛИ-НЕ 9 поступают сигналы о количестве выход ш х дуг дл  вершин, еще не распределенных по сло м исследуемого графа. В результате на выходе элементов ИЛИ-НЕ и 94.-9g по  вл ютс  сигналы высокого пoтeнJiиaлa запись которых происходит во все разр ды регистра 222 сло , за исключением второго и .седьмого разр дов. Таким образом, в регистре 22д с;ло  в

третьем, четвертом, шестом и восьмом разр дах записьгеаютс  сигналы высокого потенциала, определ юпще вершины второго сло .

В дальнейшем выполн ютс  два последующих этапа распределени  вершин исследуемого графа по сло м, аналогичных второму этапу, где в результате производимых вычислений получаютс  новые п-мерные векторы, которые определ ют окончательное распределение оставшихс  вершин моделируемого графа по сло м. По окончании вычислительного процесса, производимого устройством, в соответствующих разр дах регистров сло  записываютс  сигналы высокого потенциала, которые указывают, какие вершины составл ют тот или иной слой моделируемого графа при его разбиении на слои

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  разбиени  графов на слои, содержащее матрицу пип мо10

   15

   60998

   делей дуг где п - число вершин графа , счетчик, депмфратор, группу элементов ИЛИ, первый и второй элементы И, триггер и генератор тактовых импульсов , выход которого подключен к первому входу первого элемента И, а выход триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с информационным входом дешифратора, а кажда  модель дуги состоит из триггера и элемента И, причем в каждой модели дуги выход триггера подключен к первому входу элемента И, о т л ио

   0

   5

   5

   0

   5

   0

   5

   расширени  функциональных возможностей за счет разбиени  св зного ориентированного графа без контуров на слои, в него, введены группа из п сумматоров, п регистров сло , группа из п элементов НЕ, группа из п элементов ИЛИ-НЕ, элемент задержки, первый и второй элементы ПНИ, третий элемент И, первый и второй регистры, блок вычитани  кодов и п-2 группы из п узлов управлени , причем каждый узел управлени  содержит элемент И и ;элемент НЕ, вьгход которого соединен с первым входом элемента И того же узла управлени , выход элемента И  вл етс  выходом узла управлени , второй вход элемента И  вл - . етс  первым входом узла управлени , вход элемента НЕ  вл етс  вторым входом узла управлени , выходы моде- лей дуг каждой строки матрицы соединены с информационными входами со- ответствукщего сумматора группы, выходы которых подключены к информаци- .онным входам первой группы первого регистра и к информационным входам второго регистра, выходы первой груп пы первого регистра и выходы второго регистра соединены соответственно с входами уменьшаемого и вычитаемого блока вычитани  кодов, выходы которого подключены к информационным входам группы первого регистра, входы второй группы первого регистра соединены с входами элементов ИЛИ-НЕ группы, выходы которых подключены к информационным входам всех регистров сло  и к входам третьего элемента И, выходы первого регистра сло  под- ключены к входам соответствующих элементов НЕ группы, выходы которых подключены к входам разрешени  запи-

   си второго регистра сло  и первым входам узлов управлени  первой группы , выходы которых подключены к входам разрешени  записи третьего регистра сло  и первым входам узлов управлени  второй группы, выходы узлов управлени  (п-2)-й группы подключены к входам разрешени  записи п-го регистра сло , выходы одноименных раз- р дов всех регистров сло  объединены и подключены к входам второго элемента ИЛИ и первым входам соответствующих элементов ИЛИ группы, выход второго элемента ИЛИ подключен к входу установки в 1 триггера, вход установки в О которого соединен с выходом третьего элемента И, выход первого элемента И подключен к входу элемента задержки, выход которого соФи .2

   единен с первым входом первого элемента ИЛИ, выходы дешифратора подключены к входам разрешени  записи всех регистров сло , второй вход - элемента И каждой модели дуги  вл етс  управл ющим входом этой модели дуги, вход пуска устройства соединен с входами установки в О счетчика и всех регистров сло  и с вторыми входами элементов ИЛИ группы, выходы которых подключены к управл ющим входам всех моделей дуг соответствующего столбца матрицы и к входам второго элемента И устройства, выход второго элемента И подключен к второму входу первого элемента ИЖ, выход которого соединен с входом разрешени  записи первого ре- гистра.