[发明专利]执行有效模糊逻辑运算的数据处理系统及其方法

说明书

本发明涉及数据处理系统，具体涉及执行模糊逻辑运算的数据处理系统。

业已开发了一些数据处理器，起二进制机器的作用，其输入和输出都用“1”或“0”来表示，其它表示的可能性不存在。虽在大多数情况下这样工作得很好，但有时回答并不是简单的“是”或“否”，而是在二者之间的一些东西。称为“模糊逻辑”的一种概念被开发可使基于二进制逻辑的数据处理器能提供“是”与“否”的回答。

模糊逻辑是一种逻辑系统，它具有模糊边界的隶属函数。隶属函数把主题表达语句(如“气温是暖和的”)转换成为典型的数据处理器可识别的一个值。标记(诸如“暖”)用于识别输入值的范围，该范围的边界不是点，在一侧的边界处该标记是“真”，而在另一侧的边界处该标记是“假”。而在实施模糊逻辑的系统中，隶属函数的边界是逐渐地变化的，并且可能与相邻隶属集的边界重叠。为此，隶属程度典型地指定给一个输入值。例如，在一个温度范围内给定两个隶属函数的情况下，一个输入温度可落入标记“冷”和“暖”的两个函数的重叠区域内。下一步的处理将要求确定在每个隶属函数中的隶属程度(即，该输入温度是否适合于该隶属集的每一个，即“冷”和“暖”)。

称为“模糊”的步骤用于将一个输入与采用模糊逻辑的系统中的隶属函数相关。该模糊过程将具体的数值附加到主题表达语句(诸如“气温是暖和的”)上。这些数值尝试提供出人体感觉的最佳近似，它一般不限于绝对真实的环境。在模糊步骤之后，执行规则评定步骤，在执行规则评定步骤期间，使用称为“最小最大”推理来计算数值结果以适合于用户规定的语言规则。从该规则评定步骤得到的结果称为“模糊输出”，对于变化的程度可能都是“真”。于是，可能产生竞争的结果(competing results)。在该模糊逻辑过程中最后的步骤称为“解除模糊”。如该名字所蕴义的，解除模糊是把所有的模糊输出组合为一个复合结果的过程，可用于标准的数据处理系统。有关模糊逻辑的更详细情况参见James M.Sibigtroth所著的“Implementing Fuzzy Expcrt Rules in Hardware”的论文。该文在1992年4月出版的“Al EXPERT”第25-31页。还可参见已转让给本发明受让人的、1994年3月15日授权的、名称为“在模糊逻辑运算中确定一组中的隶属的电路和方法”的美国专利5295229号。

模糊步骤典型地利用软件程序来实施，这些程序由外围设备或由数据处理器执行。这样的软件程序利用需要延长处理时间的数学公式来计算隶属程度。鉴此，虽然软件程序提供精确的结果，但是处理时间通常限制了所实施的系统的性能。另一个普通的软件解决方案实施“表查找”例行程序，其中存取存储在存储器中的数据表的一个值，该值对应于一个特定的输入值。虽然“表查找”例行程序比数学计算快些，但它要求大量的专用存储器，这种方案的实现是昂贵的。实施模糊步骤的硬件解决方案提供结果更快些。但硬件解决方案通常要求大量的专用电路，这很不灵活。虽然对于模糊步骤的硬件解决方案通常比软件实施方案快些，但是硬件解决方案要求大量的专用电路面积，而且太贵不能在数据处理系统中实施。

据此，现在需要一种用以快速执行模糊步骤但无需昂贵的硬件要求的电路或方法。在无需通常与软件解决方案相关的存储器的情况下，通常需要与硬件解决方案有关的速度。本发明可以满足这个需要，本发明的特点和优点将在结合以下附图详细阅读下文的描述就会明了。重要的是，要注意这些附图并不代表本发明的唯一形式。

图1以曲线图形式示出用于描述模糊逻辑的一些概念和基本术语；

图2较详细地示出图1的隶属集；

图3示出根据本发明的数据处理系统的方框图；

图4示出图3的执行单元的方框图；

图5示出图4的标记产生逻辑电路的逻辑电路形式；

图6示出图4的操作数指定逻辑电路的方框图；

图7示出图4的算法逻辑单元的方框图；和

图8示出根据这里所述的本发明在执行MEM指令期间所执行的功能的流程图。

本发明提供一种用以指示一组模糊操作结束的电路和方法，例如对快速的而且具有最小数量专用电路的数据电路输入一个输入信号。提供一个指令，该指令允许数据处理系统的用户快速地、不困难地、执行模糊步骤和长的软件程序。模糊步骤使一个单一输入标号在该指令中被编码，在数据处理系统中没有过量的附加电路的情况下快速和有效地执行该指令。一组模糊操作(诸如特定系统输入的那些操作)的结束容易被检测，而无需计数器等。