[發(fā)明專(zhuān)利]執(zhí)行有效模糊邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及其方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 95121133.1
• 申請(qǐng)日: 1995-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1133994A
• 公開(kāi)（公告）日: 1996-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹姆斯·格雷格·瓦特
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 摩托羅拉公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 陸立英

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具體涉及執(zhí)行模糊邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

業(yè)已開(kāi)發(fā)了一些數(shù)據(jù)處理器，起二進(jìn)制機(jī)器的作用，其輸入和輸出都用“1”或“0”來(lái)表示，其它表示的可能性不存在。雖在大多數(shù)情況下這樣工作得很好，但有時(shí)回答并不是簡(jiǎn)單的“是”或“否”，而是在二者之間的一些東西。稱(chēng)為“模糊邏輯”的一種概念被開(kāi)發(fā)可使基于二進(jìn)制邏輯的數(shù)據(jù)處理器能提供“是”與“否”的回答。

模糊邏輯是一種邏輯系統(tǒng)，它具有模糊邊界的隸屬函數(shù)。隸屬函數(shù)把主題表達(dá)語(yǔ)句(如“氣溫是暖和的”)轉(zhuǎn)換成為典型的數(shù)據(jù)處理器可識(shí)別的一個(gè)值。標(biāo)記(諸如“暖”)用于識(shí)別輸入值的范圍，該范圍的邊界不是點(diǎn)，在一側(cè)的邊界處該標(biāo)記是“真”，而在另一側(cè)的邊界處該標(biāo)記是“假”。而在實(shí)施模糊邏輯的系統(tǒng)中，隸屬函數(shù)的邊界是逐漸地變化的，并且可能與相鄰隸屬集的邊界重疊。為此，隸屬程度典型地指定給一個(gè)輸入值。例如，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)給定兩個(gè)隸屬函數(shù)的情況下，一個(gè)輸入溫度可落入標(biāo)記“冷”和“暖”的兩個(gè)函數(shù)的重疊區(qū)域內(nèi)。下一步的處理將要求確定在每個(gè)隸屬函數(shù)中的隸屬程度(即，該輸入溫度是否適合于該隸屬集的每一個(gè)，即“冷”和“暖”)。

稱(chēng)為“模糊”的步驟用于將一個(gè)輸入與采用模糊邏輯的系統(tǒng)中的隸屬函數(shù)相關(guān)。該模糊過(guò)程將具體的數(shù)值附加到主題表達(dá)語(yǔ)句(諸如“氣溫是暖和的”)上。這些數(shù)值嘗試提供出人體感覺(jué)的最佳近似，它一般不限于絕對(duì)真實(shí)的環(huán)境。在模糊步驟之后，執(zhí)行規(guī)則評(píng)定步驟，在執(zhí)行規(guī)則評(píng)定步驟期間，使用稱(chēng)為“最小最大”推理來(lái)計(jì)算數(shù)值結(jié)果以適合于用戶(hù)規(guī)定的語(yǔ)言規(guī)則。從該規(guī)則評(píng)定步驟得到的結(jié)果稱(chēng)為“模糊輸出”，對(duì)于變化的程度可能都是“真”。于是，可能產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果(competing?results)。在該模糊邏輯過(guò)程中最后的步驟稱(chēng)為“解除模糊”。如該名字所蘊(yùn)義的，解除模糊是把所有的模糊輸出組合為一個(gè)復(fù)合結(jié)果的過(guò)程，可用于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。有關(guān)模糊邏輯的更詳細(xì)情況參見(jiàn)James?M.Sibigtroth所著的“Implementing?Fuzzy?Expcrt?Rules?in?Hardware”的論文。該文在1992年4月出版的“Al?EXPERT”第25-31頁(yè)。還可參見(jiàn)已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的、1994年3月15日授權(quán)的、名稱(chēng)為“在模糊邏輯運(yùn)算中確定一組中的隸屬的電路和方法”的美國(guó)專(zhuān)利5295229號(hào)。

模糊步驟典型地利用軟件程序來(lái)實(shí)施，這些程序由外圍設(shè)備或由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行。這樣的軟件程序利用需要延長(zhǎng)處理時(shí)間的數(shù)學(xué)公式來(lái)計(jì)算隸屬程度。鑒此，雖然軟件程序提供精確的結(jié)果，但是處理時(shí)間通常限制了所實(shí)施的系統(tǒng)的性能。另一個(gè)普通的軟件解決方案實(shí)施“表查找”例行程序，其中存取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)表的一個(gè)值，該值對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的輸入值。雖然“表查找”例行程序比數(shù)學(xué)計(jì)算快些，但它要求大量的專(zhuān)用存儲(chǔ)器，這種方案的實(shí)現(xiàn)是昂貴的。實(shí)施模糊步驟的硬件解決方案提供結(jié)果更快些。但硬件解決方案通常要求大量的專(zhuān)用電路，這很不靈活。雖然對(duì)于模糊步驟的硬件解決方案通常比軟件實(shí)施方案快些，但是硬件解決方案要求大量的專(zhuān)用電路面積，而且太貴不能在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中實(shí)施。

據(jù)此，現(xiàn)在需要一種用以快速執(zhí)行模糊步驟但無(wú)需昂貴的硬件要求的電路或方法。在無(wú)需通常與軟件解決方案相關(guān)的存儲(chǔ)器的情況下，通常需要與硬件解決方案有關(guān)的速度。本發(fā)明可以滿足這個(gè)需要，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在結(jié)合以下附圖詳細(xì)閱讀下文的描述就會(huì)明了。重要的是，要注意這些附圖并不代表本發(fā)明的唯一形式。

圖1以曲線圖形式示出用于描述模糊邏輯的一些概念和基本術(shù)語(yǔ)；

圖2較詳細(xì)地示出圖1的隸屬集；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的方框圖；

圖4示出圖3的執(zhí)行單元的方框圖；

圖5示出圖4的標(biāo)記產(chǎn)生邏輯電路的邏輯電路形式；

圖6示出圖4的操作數(shù)指定邏輯電路的方框圖；

圖7示出圖4的算法邏輯單元的方框圖；和

圖8示出根據(jù)這里所述的本發(fā)明在執(zhí)行MEM指令期間所執(zhí)行的功能的流程圖。

本發(fā)明提供一種用以指示一組模糊操作結(jié)束的電路和方法，例如對(duì)快速的而且具有最小數(shù)量專(zhuān)用電路的數(shù)據(jù)電路輸入一個(gè)輸入信號(hào)。提供一個(gè)指令，該指令允許數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的用戶(hù)快速地、不困難地、執(zhí)行模糊步驟和長(zhǎng)的軟件程序。模糊步驟使一個(gè)單一輸入標(biāo)號(hào)在該指令中被編碼，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中沒(méi)有過(guò)量的附加電路的情況下快速和有效地執(zhí)行該指令。一組模糊操作(諸如特定系統(tǒng)輸入的那些操作)的結(jié)束容易被檢測(cè)，而無(wú)需計(jì)數(shù)器等。