專利名稱：基于雙向并行的交換裝置以及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙向并行的交換裝置以及 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
代表數(shù)據(jù)處理先端技術(shù)的計算機(jī)自40年代問世以來，一直沿襲著馮 諾依曼機(jī)的 體系結(jié)構(gòu)，其主要特點是第一，程序內(nèi)存、串行處理；第二，存儲地址與存儲內(nèi)容分開；第 二，只能被動執(zhí)行確定程序。多年來，盡管計算機(jī)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但人們也越來越深刻地感受到 傳統(tǒng)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所帶來的限制。由于其硬件功能本質(zhì)上只有移位和相加兩種操作，所 以相對于數(shù)值運算，軟件算法與硬件結(jié)構(gòu)及功能比較協(xié)調(diào)，但當(dāng)擴(kuò)展到非數(shù)值應(yīng)用方面，軟 硬件就不那么協(xié)調(diào)，其中主要原因在于數(shù)據(jù)或知識在儲存時互不相關(guān)，必須通過地址才能 互相溝通，且這種溝通還不能超越線性二值邏輯限制，在進(jìn)行邏輯推理時亦具有很大的局 限性，不能進(jìn)行逆向邏輯推理。信息時代的飛速發(fā)展及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對計算機(jī)提出 了越來越多、越來越高的要求，如并行、運算、交換與控制功能一體化，且能雙向并行讀寫操 作。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種基于雙向并行的交換裝置以及系統(tǒng)，目的在于實現(xiàn)并行、運 算、交換與控制功能一體化，且能雙向并行讀寫操作。為達(dá)到上述目的，本實用新型提供一種基于雙向并行的交換裝置，所述交換裝置 包括一個選通陣列，由多個選通元件按nXm結(jié)構(gòu)形式組成，每個選通元件具有至少兩 個輸入腳及至少一個輸出腳；同一行上的選通元件的一個輸入腳連接在一起形成左、右兩 個行輸入接點，同一列上的選通元件的第二個輸入腳連接在一起形成上、下兩個列輸入接占.十二個輸入輸出單元，與所述選通陣列的輸入接點電連接，通過所述輸入輸出單 元對所述選通陣列進(jìn)行讀寫操作；形成十二入十二出的端口以進(jìn)行運算、交換與控制。本實用新型還提供一種基于雙向并行的交換系統(tǒng)，所述交換系統(tǒng)包括如前所述的 交換裝置，所述交換系統(tǒng)還包括端機(jī)和命令寄存器，所述端機(jī)和命令寄存器通過所述交換 裝置的輸入輸出單元與所述交換裝置的選通陣列連接。本實用新型實施例的有益效果在于，通過選通陣列和輸入輸出單元，可以實現(xiàn)并 行、運算、交換與控制功能一體化，且能雙向并行讀寫操作。該交換裝置可廣泛應(yīng)用于路由 選擇、時空并行交換、位控、點控以及互為因果關(guān)系的控制中。

〔0010〕 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例
或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅
是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前
提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中
〔0011〕 圖1是本實用新型的交換裝置的一個構(gòu)成示意〔0012〕 圖2是本實用新型的選通陣列的一個部分結(jié)構(gòu)示意〔0013〕 圖3是本實用新型的選通陣列的又一個部分結(jié)構(gòu)示意〔0014〕 圖4是本實用新型的選通陣列的又一個部分結(jié)構(gòu)示意〔0015〕 圖5是本實用新型的雙向交換的示意〔0016〕 圖6是本實用新型的交換系統(tǒng)的一個構(gòu)成示意〔0017〕 圖7是本實用新型的交換系統(tǒng)的又一個構(gòu)成示意圖。
具體實施方式
〔0018〕 為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖對本實用 新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型， 但并不作為對本實用新型的限定。
〔0019〕 本實用新型提供一種基于雙向并行的交換裝置，所述交換裝置包括選通陣列和輸 入輸出單元。圖1是本實用新型的交換裝置的一個構(gòu)成示意圖，如圖1所示，交換裝置包括 1個選通陣列101和12個輸入輸出單元102。
〔0020〕 其中，選通陣列101由多個選通元件按??！父！!結(jié)構(gòu)形式組成，每個選通元件具有至 少兩個輸入腳及至少一個輸出腳；同一行上的選通元件的一個輸入腳連接在一起形成左、 右兩個行輸入接點，同一列上的選通元件的第二個輸入腳連接在一起形成上、下兩個列輸 入接點；輸入輸出單元102與選通陣列101的輸入接點電連接，通過輸入輸出單元102對選 通陣列101進(jìn)行讀寫操作；形成12入12出的端口以進(jìn)行運算、交換與控制。 〔0021〕 在具體實施時，所述選通元件可以是數(shù)字門或模擬傳輸門，隔離電路為數(shù)字或門 或運算放大器。但本實用新型不限于此，可以根據(jù)實際情況確定具體的實施器件。 〔0022〕 圖2和圖3分別是本實用新型的選通陣列的一部分結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2或圖3所 示，選通陣列102可以由選通元件201按!1行X！！列結(jié)構(gòu)形式組成，每個選通元件201具 有至少兩個輸入腳及至少一個輸出腳；同一行上的選通元件的一個輸入腳連接在一起形成 左、右兩個行輸入接點，同一列上的選通元件的第二個輸入腳連接在一起形成上、下兩個列 輸入接點，各行的行輸入接點之間具有不同的輸入值態(tài)，各列的列輸入接點之間亦具有不 同的輸入值態(tài)，且每個選通元件的輸入值態(tài)與其在陣列中所處的位置具有對應(yīng)關(guān)系，行輸 入接點的輸入值態(tài)取值范圍為0至(！！ 一 1〉，列輸入接點的輸入值態(tài)取值范圍為0至(?。? 一 0；
〔0023〕 所述這些選通元件的每個輸出腳也具有輸出值態(tài)，每個選通元件的輸出值態(tài)與其 輸入值態(tài)之間具有預(yù)設(shè)的運算關(guān)系，將運算輸出值態(tài)相同的選通元件的輸出腳通過一隔離 電路連接在一起作為一個輸出接點，輸出接點的輸出值態(tài)取值范圍為0至(！！十??！! 一 1〉；而 輸出值態(tài)是通過選通元件的選通來確定輸出的；輸出值態(tài)是輸入值態(tài)的差和丨或輸入值態(tài) 的和。[0024]如圖2所示，示出了體現(xiàn)一種加法運算關(guān)系及實現(xiàn)加法運算功能的多值態(tài)、多功 能運算裝置，具有輸入兩入、一輸出，用A + B = add (無進(jìn)位和)或A + B = cadd (進(jìn)位和) 定義，以行輸入接點為A0、A1、A2，3個值態(tài)，列輸入接點為B0、B1、B2，3個值態(tài)為例，輸出接 點為addO、addl、add2、caddl、cadd2, 5個值態(tài),入出值態(tài)定義體現(xiàn)加法運算關(guān)系。如圖3所示，示出了體現(xiàn)一種減法運算關(guān)系及實現(xiàn)減法運算功能的多值態(tài)、多功 能運算裝置，具有兩輸入A、B，一輸出，用A — B = dec (正值)或A — B = ndec (負(fù)值)定 義，以行輸入接點為403132，3個值態(tài)，列輸入接點為80』1』2，3個值態(tài)為例，輸出接點 正值為decO、decl、dec2，3個值態(tài)，輸出接點負(fù)值為ndecl、ndec2，2個值態(tài)，入出值態(tài)定義 體現(xiàn)減法運算關(guān)系。圖4是本實用新型的選通陣列的又一部分結(jié)構(gòu)示意圖，示出了一個圖2與兩個圖 3的組合后其中的一個選通元件，即由3個選通元件100構(gòu)成，體現(xiàn)邏輯可逆關(guān)系。請參見 圖4，3個選通元件100合并后有6個端口，三個入口，三個出口，入端口 al (a3)及出端口 a2統(tǒng)一用端口 A表示，入端口 bl (b2)及出端口 b3統(tǒng)一用端口 B表示，入端口 c2 (c3)及 出端口 cl統(tǒng)一用端口 C表示，由于al + bl = cl,c2—b2 = a2且c3 — a3 = b3，則體現(xiàn)了 一種4 + 8 = (，(一8 = 1(一4 = 8的邏輯可逆關(guān)系，可實現(xiàn)雙向輸入輸出。實現(xiàn)交換、 運算及控制功能一體化。例如，如果進(jìn)行運算，讀A、讀B、結(jié)果寫在C。讀C、讀A、結(jié)果寫在B，讀C、讀B、結(jié) 果寫在A。如進(jìn)行交換，是從A 口給一高電平，B、C兩口即可進(jìn)行雙向交換；如從B 口給一 高電平，則A、C兩口可進(jìn)行雙向交換;如從C 口給一高電平，則A、B兩口可進(jìn)行雙向交換。 整體選通陣列進(jìn)行交換，則是從A 口設(shè)置(假設(shè)選通陣列的輸入為16個值態(tài)，0 — 15全部設(shè) 定為高電平)，B、C兩個口可以實現(xiàn)雙向同步交換。如從B 口 0 — 15全部設(shè)定為高電平，則 A、C兩個口(0 - 15)可以實現(xiàn)雙向同步交換。如從B 口 0 — 15全部設(shè)定為高電平，則A、 C兩個口(0 - 15)可以實現(xiàn)雙向同步交換。利用A、B 口相對于C 口的互補關(guān)系，及A、B、C 三個口的邏輯可逆關(guān)系與運算關(guān)系，可實現(xiàn)雙向互為因果關(guān)系控制。在具體實施時，輸入輸出單元可以通過編譯碼器和雙口 RAM實現(xiàn)。12個輸入輸出 單元可以包括兩個行譯碼單元，所述行譯碼單元各具有n個輸出腳，用于將二進(jìn)制輸入值譯碼 輸出到所述選通陣列中對應(yīng)的行輸入接點上；其中一個行譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接 于所述選通陣列的左側(cè)行輸入接點中的一個，另一個行譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接于 所述選通陣列的右側(cè)行輸入接點中的一個；兩個列譯碼單元，所述列譯碼單元各具有m個輸出腳，用于將二進(jìn)制輸入值譯碼 輸出到所述選通陣列中對應(yīng)的列輸入接點上；其中一個列譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接 于所述選通陣列的上側(cè)列輸入接點中的一個，另一個列譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接于 所述選通陣列的下側(cè)列輸入接點中的一個； 四個行編碼輸出單元，各具有n個輸入腳，其中兩個行編碼輸出單元的n個輸入腳 分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列左側(cè)的行輸出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點， 另外兩個行編碼輸出單元的n個輸入腳分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列右側(cè)的行輸 出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點； 四個列編碼輸出單元，各具有m個輸入腳，其中兩個列編碼輸出單元的m個輸入腳分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列上側(cè)的行輸出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點， 另外兩個列編碼輸出單元的m個輸入腳分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列下側(cè)的行輸 出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點。其中，所述12個輸入輸出單元還包括12個雙口隨機(jī)存儲器RAM，與所述行譯碼單 元、列譯碼單元、行編碼單元、列編碼單元連接；其中每個行譯碼單元、列譯碼單元、行編碼 單元、列編碼單元都連接一個雙口 RAM。圖5是本實用新型的雙向交換的示意圖，如圖5所示，選通陣列兩端連接編譯碼 器，共享選通陣列并增加了雙口 RAM。通過圖5可以看出，橫豎線是輸入線，斜線是輸出線。 橫豎線的兩端均可匹配雙口 RAM輸入(非同時)；同樣道理，斜線的兩端同樣可以匹配雙口 RAM輸出(亦非同時)。由此，可以構(gòu)成十二入十二出的12個端口。由上述實施例可知，通過選通陣列和輸入輸出單元，可以實現(xiàn)并行、運算、交換與 控制功能一體化，且能雙向并行讀寫操作。該交換裝置可廣泛應(yīng)用于路由選擇、時空并行交 換、位控、點控以及互為因果關(guān)系的控制中。本實用新型還提供一種基于雙向并行的交換系統(tǒng)，所述交換系統(tǒng)包括上所述的交 換裝置，所述交換系統(tǒng)還包括端機(jī)和命令寄存器，所述端機(jī)和命令寄存器通過所述交換裝 置的輸入輸出單元與所述交換裝置的選通陣列連接。圖6是本實用新型的交換系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖，其中圖6中的I表示譯碼器；圖6中 的2表不編碼器；圖6中的3表不雙口 RAM ;圖6中的4表不端機(jī)。如圖6所不，交換系統(tǒng) 可以通過前述的交換裝置加上命令寄存器、端機(jī)及主機(jī)等構(gòu)成。如圖6所示，輸入輸出單元 可以由編碼器和雙口 RAM，或者譯碼器和雙口 RAM實現(xiàn)。在本實用新型中，前述的交換裝置具體可以通過現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield Programmable GateArray)實現(xiàn)?？梢圆捎蒙逃眉壐咚貴PGA,例如Xilinx Virtex6系列。圖7是本實用新型的交換系統(tǒng)的又一構(gòu)成示意圖。如圖7所示，所述交換系統(tǒng)包括 用FPGA實現(xiàn)的交換裝置，此外交換系統(tǒng)還可以包括多個外設(shè)組件互連(PCI，Peripheral Component Interconnection)總線，PCI總線可以連接交換裝置的輸入輸出單元與外部設(shè) 備、或者連接命令寄存器和外部設(shè)備、或者連接端機(jī)和外部設(shè)備。在本實用新型中，可以具有PC通用的PCI express X8接口 ；可以至少三個接口并 行同時同步讀寫，極端的情況下可以六口同步讀寫。如圖7所示，所述交換系統(tǒng)還可以包括多個排線，排線可以連接交換裝置的輸入 輸出單元與外部設(shè)備、或者連接端機(jī)和外部設(shè)備、或者連接命令寄存器和外部設(shè)備。如圖7所示，所述交換系統(tǒng)還可以包括多個光纖接口，光纖接口可以連接交換裝 置的輸入輸出單元與外部設(shè)備、或者連接端機(jī)和外部設(shè)備、或者連接命令寄存器和外部設(shè) 備。在本實用新型中，可以至少包括8個光纖接口，速度可以在3. 125Gbps以上。如圖7所示，所述交換系統(tǒng)還可以包括閃存(FLASH)，可以至少包含I片配套的 FLASH。如圖7所示，所述交換系統(tǒng)還可以包括USB接口，可以至少具有4個USB接口。此 外，還可以包括RAM存儲，可以包含4片QDR II SRAM。由上述實施例可知，通過交換系統(tǒng)可以實現(xiàn)并行、運算、交換與控制功能一體化， 且能雙向并行讀寫操作。該交換系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于路由選擇、時空并行交換、位控、點控以及互為因果關(guān)系的控制中。 以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一 步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限定本 實用新型的保護(hù)范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改 進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于雙向并行的交換裝置，所述交換裝置包括 一個選通陣列，由多個選通元件按nXm結(jié)構(gòu)形式組成，每個選通元件具有至少兩個輸入腳及至少一個輸出腳；同一行上的選通元件的一個輸入腳連接在一起形成左、右兩個行輸入接點，同一列上的選通元件的第二個輸入腳連接在一起形成上、下兩個列輸入接點； 十二個輸入輸出單元，與所述選通陣列的輸入接點電連接，通過所述輸入輸出單元對所述選通陣列進(jìn)行讀寫操作，形成十二入十二出的端口以進(jìn)行運算、交換與控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交換裝置，所述十二個輸入輸出單元包括 兩個行譯碼單元，所述行譯碼單元各具有η個輸出腳，用于將二進(jìn)制輸入值譯碼輸出到所述選通陣列中對應(yīng)的行輸入接點上；其中一個行譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接于所述選通陣列的左側(cè)行輸入接點中的一個，另一個行譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接于所述選通陣列的右側(cè)行輸入接點中的一個； 兩個列譯碼單元，所述列譯碼單元各具有m個輸出腳，用于將二進(jìn)制輸入值譯碼輸出到所述選通陣列中對應(yīng)的列輸入接點上；其中一個列譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接于所述選通陣列的上側(cè)列輸入接點中的一個，另一個列譯碼單元的每個輸出腳對應(yīng)連接于所述選通陣列的下側(cè)列輸入接點中的一個； 四個行編碼輸出單元，各具有η個輸入腳，其中兩個行編碼輸出單元的η個輸入腳分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列左側(cè)的行輸出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點，另外兩個行編碼輸出單元的η個輸入腳分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列右側(cè)的行輸出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點； 四個列編碼輸出單元，各具有m個輸入腳，其中兩個列編碼輸出單元的m個輸入腳分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列上側(cè)的行輸出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點，另外兩個列編碼輸出單元的m個輸入腳分別對應(yīng)連接于交匯在所述選通陣列下側(cè)的行輸出接點的第一組或第二組值態(tài)輸出接點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交換裝置，所述十二個輸入輸出單元還包括 十二個雙口隨機(jī)存儲器RAM，與所述行譯碼單元、列譯碼單元、行編碼單元、列編碼單元連接；其中每個行譯碼單元、列譯碼單元、行編碼單元、列編碼單元都連接一個雙口 RAM。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交換裝置，其特征在于所述選通陣列的運算關(guān)系為加法運算，所述的每個選通元件的輸出值態(tài)等于其行輸入值態(tài)與列輸入值態(tài)之和；所述的行輸入接點的個數(shù)為n，所述的列輸入接點的個數(shù)為m，所述的輸出接點的個數(shù)則為(n + m — I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交換裝置，其特征在于所述選通陣列的運算關(guān)系為減法運算，所述的每個選通元件的輸出值態(tài)等于其行輸入值態(tài)與列輸入值態(tài)之差，所述的行輸入接點的個數(shù)為n，所述的列輸入接點的個數(shù)為m，所述的輸出接點的個數(shù)則為(n + m — I)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交換裝置，其特征在于所述選通陣列的運算關(guān)系為一加法、一減法運算關(guān)系的組合，將由加法運算關(guān)系所確定的輸出值態(tài)相同的選通元件的輸出腳通過一隔離電路連接在一起作為一個加法輸出接點，將由減法運算關(guān)系所確定的輸出值態(tài)相同的選通元件的輸出腳，通過一隔離電路連接在一起作為一個減法輸出接點，所述的行輸入接點的個數(shù)為n，所述的列輸入接點的個數(shù)為m，所述的輸出接點的個數(shù)則為2 (n + m —I)。
7.一種基于雙向并行的交換系統(tǒng)，所述交換系統(tǒng)包括如權(quán)利要求I所述的交換裝置，所述交換系統(tǒng)還包括端機(jī)和命令寄存器，所述端機(jī)和命令寄存器通過所述交換裝置的輸入輸出單元與所述交換裝置的選通陣列連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的交換系統(tǒng)，所述交換系統(tǒng)還包括 多個外設(shè)組件互連PCI總線，所述PCI總線連接所述交換裝置的輸入輸出單元與外部設(shè)備、或者連接所述命令寄存器和外部設(shè)備、或者連接所述端機(jī)和外部設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的交換系統(tǒng)，所述交換系統(tǒng)還包括 多個排線，所述排線連接所述交換裝置的輸入輸出單元與外部設(shè)備、或者連接所述端機(jī)和外部設(shè)備、或者連接所述命令寄存器和外部設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的交換系統(tǒng)，所述交換系統(tǒng)還包括 多個光纖接口，所述光纖接口連接所述交換裝置的輸入輸出單元與外部設(shè)備、或者連接所述端機(jī)和外部設(shè)備、或者連接所述命令寄存器和外部設(shè)備。
專利摘要本實用新型公開了一種基于雙向并行的交換裝置以及交換系統(tǒng)，所述交換裝置包括一個選通陣列，由多個選通元件按n×m結(jié)構(gòu)形式組成；十二個輸入輸出單元，與所述選通陣列的輸入接點電連接，通過所述輸入輸出單元對所述選通陣列進(jìn)行讀寫操作，形成十二入十二出的端口以進(jìn)行運算、交換與控制。通過本實用新型，可以實現(xiàn)并行、運算、交換與控制功能一體化，且能雙向并行讀寫操作。
文檔編號G06F13/16GK202758348SQ20122033388
公開日2013年2月27日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者王迪興 申請人:王迪興