ОПТИЧЕСКИЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АССОЦИАТИВНЫЙ КОРРЕЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК G06F3/00 G11C11/42 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ассоциативного поиска информации в различных ее устройствах, например, запоминающих устройствах (оптоэлектронных, электронных, магнитных и т.д.), базах данных, процессорах и т.п.

Известно устройство для ассоциативной оптической выборки информации из запоминающего устройства [1] содержащее многоканальный спектральный излучательный блок, проекционный блок, оптически управляемый пространственно-временной модулятор света, блок формирования пучков, многоканальный излучательный блок, фокусирующий блок, блок сведения изображений, блок разведения изображений, фотоприемные блоки и блок управления. Основными недостатками данного устройства являются относительно низкие быстродействие и надежность.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является модуль многоканального ассоциативного оптического коррелятора для запоминающего устройства [2] содержащий первый многоканальный спектральный излучательный блок, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами первого световодного мультиплексора, первый световодный разветвитель, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами оптического многоканального модулятора, первую группу спектральных демультиплексоров, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного блока, и блок управления, первые выходы первой и второй групп выходов которого подключены к управляемым входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного блока и первого фотоприемного блока, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления, первый выход которого подключен к управляемому входу оптического многоканального модулятора, второй выход блока управления является адресным выходом коррелятора, информационным входом которого является информационный вход блока управления. Основными недостатками данного устройства являются относительно низкие быстродействие и производительность.

Целью изобретения является повышение быстродействия и производительности коррелятора.

Указанная цель достигается тем, что в оптическом многоканальном ассоциативном корреляторе, содержащем первый многоканальный спектральный излучательный блок, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами первого световодного мультиплексора, первый световодный разветвитель, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами оптического многоканального модулятора, первую группу спектральных демультиплексоров, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного блока и блок управления, первые выходы первой и второй групп выходов которого подключены к управляемым входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного блока и первого фотоприемного блока, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления, первый выход которого подключен к управляемому входу оптического многоканального модулятора, второй выход блока управления является адресным выходом коррелятора, информационным входом которого является информационный вход блока управления, первый многоканальный спектральный излучательный блок выполнен в виде первого многоканального спектрального излучательного блока с фиксированным параметром излучения, первые световодный мультиплексор и разветвитель выполнены соответственно в виде первых световодных параметрических мультиплексора и разветвителя, а в коррелятор введены второй многоканальный спектральный излучательный блок с фиксированным параметром излучения, второй световодный параметрический мультиплексор, световодный параметрический объединитель, группа световодных параметрических разветвителей, вторая группа спектральных демультиплексоров и второй фотоприемный блок, причем выходы второго многоканального спектрального излучательного блока с фиксированным параметром излучения оптически связаны с соответствующими входами второго световодного параметрического мультиплексора, выход которого оптически связан с первым входом световодного параметрического объединителя, второй вход которого оптически связан с выходом первого световодного параметрического мультиплексора, выход световодного параметрического объединителя оптически связан с входом первого световодного параметрического разветвителя, каждый выход оптического многоканального модулятора оптически связан с входом соответствующего разветвителя группы световодных параметрических разветвителей, первый выход которого оптически связан с входом соответствующего демультиплексора первой группы спектральных демультиплексоров, второй выход каждого разветвителя группы световодных параметрических разветвителей оптически связан с входом соответствующего демультиплексора второй группы спектральных демультиплексоров, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом второго фотоприемного блока, выход которого подключен к второму адресному входу блока управления, вторые выходы первой и второй групп выходов которого подключены к управляемым входам соответственно второго многоканального спектрального излучательного блока с фиксированным параметром излучения и второго фотоприемного блока.

Технических решений с совокупностью признаков, сходной с совокупностью отличительных признаков объекта изобретения, не имеется.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство, обладающее более чем в 2 раза большим быстродействием, количеством одновременно обрабатываемых ассоциативных признаков и признаков опроса, а также меньшими габаритами по сравнению с известными устройствами и прототипом.

Таким образом, предложенное устройство обладает свойствами, не присущими известным устройствам. Это объясняется новой совокупностью существенных признаков и новыми связями.

В виду того, что предложенное техническое решение по сравнению с известными выполняет ассоциативный поиск информации по многим признакам опроса в электронных и других типах устройств световодными методами, значительно повышаются быстродействие и производительность поиска, а также обеспечивается компактность конструкции, уменьшается относительное число связей и их длины и расширяются функциональные возможности устройств.

На фиг.1, 2 (ортогональные проекции) приведена функциональная схема оптического многоканального ассоциативного коррелятора; на фиг.3 структурная схема блока управления.

Оптический многоканальный ассоциативный коррелятор содержит многоканальные спектральные излучательные блоки 1, 2, каждый с фиксированным параметром излучения, световодные параметрические мультиплексоры 3, 4, световодный параметрический объединитель 5, световодный параметрический разветвитель 6, оптический многоканальный модулятор 7, группу световодных параметрических разветвителей 8, группы спектральных демультиплексоров 9, 10, фотоприемные блоки 11, 12 и блок 13 управления, который имеет вход 14-1, группу входов 14-2, группу выходов 15-1, выход 15-2, группу выходов 15-3 и выход 15-4.

Каждый многоканальный спектральный излучательный блок 1, 2 с фиксированным параметром излучения предназначен для ввода, например, ассоциативных признаков в коррелятор в виде световых пучков. При этом разряды каждого признака представляются световыми пучками с одинаковой длиной волны (отличающейся от длин волн световых пучков, на которых отображаются остальные признаки в блоке) и вводятся в коррелятор одним и тем же излучательным элементом, причем все выходные оптические пучки каждого блока имеют, например, одинаковую ориентацию плоскости поляризации, которые для блоков 1 и 2 взаимно ортогональны. Каждый блок 1, 2 преобразует, например, входные электрические сигналы в оптические, и может состоять, например, либо из линейки лазерных диодов, каждый из которых излучает на своей определенной длине волны с одинаково фиксированной ориентацией плоскости поляризации, либо из последовательно расположенных линейки лазерных диодов, каждый из которых излучает на своей определенной длине волны, и поляроида. Спектральный состав блоков 1 и 2 может быть одинаковым.

Каждый световодный параметрический мультиплексор 3, 4 предназначен для объединения световых пучков от соответствующих блоков 1 и 2 с разными длинами волн в соответствующий единый многоволновой (многоцветный) пучок с сохранением их фиксированного параметра, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического поляризационного объединителя, или в виде волноводной линзы.

Световодный параметрический объединитель 5 предназначен для объединения многоцветных пучков, сформированных мультиплексорами 3, 4 в единый многоцветный пучок с сохранением их параметра, например, ориентации плоскости поляризации объединяемых пучков и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического поляризационного объединителя.

Световодный параметрический разветвитель 6 предназначен для размножения многоволнового (многоцветного) светового пучка с сохранением их фиксированных параметров и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического поляризационного разветвителя.

Оптический многоканальный модулятор 7 предназначен, например, для отображения признаков опроса, и может быть выполнен, например, в интегральном виде на основе электрооптического кристалла.

Каждый световодный параметрический разветвитель группы 8 предназначен для разделения оптических сигналов по их параметрам, например, в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического поляризационного разветвителя.

Каждый спектральный демультиплексор групп 9, 10 предназначен для разделения многоволнового (многоцветного) светового пучка на составляющие его одноволновые (одноцветные) пучки, и может быть выполнен, например, на основе сплавных ответвителей из одномодовых волоконных световодов или интегральных световодов или гофрированных волноводных структур. Каждый спектральный демультиплексор групп 9, 10 может быть также выполнен, например, на основе дифракционной решетки.

Каждый фотоприемный блок 11, 12 служит для определения совпадения ассоциативных признаков информации с признаками опроса и может быть выполнен, например, в виде интегральной матрицы фотоприемников.

Блок 13 управления обеспечивает работу коррелятора и может состоять, например, из канала 16 ввода-вывода, генератора 17 синхроимпульсов, буферного накопителя 18, формирователя 19 управляющих сигналов, буферного накопителя 20, формирователей 21, 22 управляющих сигналов, буферного накопителя 23.

Оптический многоканальный ассоциативный коррелятор работает следующим образом.

По команде генератора 17 синхроимпульсов из канала 16 ввода-вывода n n₁ + n₂ (где n₁ 1, 2, 3, m₁; m₁ число излучательных элементов в блоке 1, n₂ 1, 2, 3,m₂, m₂ число излучательных элементов в блоке 2) ассоциативных признаков информации через буферный накопитель 18 и формирователь 19 управляющих сигналов поступают на излучательные блоки 1 и 2, например, в виде электрических сигналов, так, что, например, разряды р₁ (где р₁ 1, 2, 3,S₁, a S₁ максимальная разрядность признака n₁) и р₂ (где р₂ 1, 2, 3,S₂, a S₂ максимальная разрядность признака n₂) каждого признака n₁ и n₂ поступают последовательно на соответствующий один и тот же излучатель блока 1 и 2. Блоки 1 и 2 преобразуют электрические сигналы, например, таким образом, чтобы всем р₁ и р₂ разрядам соответственно n₁-го и n₂-го ассоциативных признаков соответствовали свои λn₁ и λn₂ длины волн света. При этом разряды разных n₁-ых и n₂-ых признаков представляются пучками с разными длинами волн, т.е. например, λ₁≠λ₂≠λ₃≠.≠λ_n1≠λ₁≠λ₂≠λ₃≠. ≠ ≠λ_n2 (однако λ_n1 λ_n2 допускается). Причем выходные оптические сигналы блоков 1 и 2 имеют, например, ортогонально ориентированные плоскости поляризации. Эти оптические сигналы отображают, например, ассоциативные признаки в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в прямом коде Манчестера (т.е. когда каждый двоичный знак признака представляется во времени, например, двумя состояниями света, отображающими его в прямом и обратном простом коде, т.е. отображающими двоичный знак во временном парафазном коде), за которыми следуют во времени опорные сигналы. Опорные сигналы для всех n₁ и n₂ признаков формируются, например, когда все n₁ и n₂ излучательных элементов соответственно блоков 1 и 2 излучают свет, например, на соответствующих λn₁ и λn₂ длинах волн, т.е. отображают "1" в простом коде.

По команде генератора 17 из канала 16 ввода вывода К (где К 1, 2, 3,r, r число светоклапанных ячеек в модуляторе 7) признаков опроса через накопитель 20 и формирователь 21 поступают на модулятор 7, например, так, что разряды p каждого признака поступают последовательно на одну и ту же ячейку модулятора 7, соответствующую этому признаку. При этом каждая ячейка модулятора 7 отображает, например, разряды соответствующего признака опроса в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в обратном коде Манчестера, за которым следует во времени опорный сигнал. При этом опорный сигнал отображает "1" в простом коде, т.е. все ячейки модулятора 7, например, открыты.

С блоков 1, 2 оптические сигналы поступают соответственно в мультиплексоры 3, 4, которые объединяют одноименные р₁-ые и р₂-ые разряды всех n₁ и n₂ ассоциативных признаков в единые n₁-цветный и n₂-цветный пучки (цвета которых могут совпадать, т.е. _λn1 λ_n2), которые имеют, например, ортогонально ориентированные плоскости поляризации. Эти световые пучки объединителем 5 объединяются в единый n-цветный пучок с сохранением ориентации плоскостей поляризации пучков n₁ и n₂. Разветвитель 6 размножает этот световой пучок на К одинаковых пучков, которые направляются на все ячейки модулятора 7, отображающие К признаков опроса.

Так как световые пучки, отображающие одноименные p-е двоичные разряды всех n ассоциативных признаков на различных длинах волн n (например, λ_n1 λ_n2) и при ортогональной ориентации плоскостей поляризации пучков, отображающих признаки n₁ и n₂, проходят через всей ячейки модулятора 7, отображающие p-ые разряды всех К признаков опроса, то осуществляется оптическое умножение всех n ассоциативных признаков на все К признаков опроса, и при этом оптические сигналы произведений спектрально и поляризационно разделены.

Каждый разветвитель группы 8 разделяет оптические сигналы по их периметру, например в зависимости от ориентации их плоскости поляризации и направляет оптические сигналы соответственно на спектральные демультиплексоры группы 9, 10. Каждый демультиплексор групп 9 и 10 направляет каждую n₁-ю и n₂-ю спектральную составляющую многоцветного светового пучка на соответствующий n₁ К-ый и n₂ К-ый фотоприемник блоков 11 и 12. При этом фотоприемный элемент блоков 11 и 12 соответственно с координатами n₁К и n₂К регистрирует оптический сигнал, соответствующий n₁-му и n₂-му ассоциативному признаку и К-му признаку опроса.

По команде генератора 17 формирователь 22 подает напряжение на блоки 11, 12. Координаты n₁ (или n₂) и К фотоприемного элемента блока 11 (или 12), на котором оптический опорный сигнал превышает оптический сигнал основных разрядов, определяют соответственно n₁-ый (или n₂-ый) ассоциативный признак и К-й признак опроса, по которым произошло совпадение. По команде генератора 17 код адреса n₁К-го (или n₂К-го) фотоприемного элемента с блока 11 (или 12) через накопитель 23 передается в канал 16 ввода-вывода. Таким образом производится определение адреса ассоциативного признака в страницах ассоциативных признаков и адреса признака опроса в странице признаков опроса, по которым произошло совпадение.

Использование предлагаемого оптического многоканального ассоциативного коррелятора позволит более чем в 2 раза повысить быстродействие, надежность, количество одновременно обрабатываемых признаков и компактность такого рода устройств.

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель: повышение быстродействия и производительности коррелятора. Оптический многоканальный ассоциативный коррелятор(ОМАК) содержит многоканальные спектральные излучательные блоки каждый с фиксированным параметром излучения, световодные параметрические мультиплексоры, световодный параметрический объединитель, световодный параметрический разветвитель, оптический многоканальный модулятор, группу световодных параметрических разветвителей 8, группы спектральных демультиплексоров 9, 10, фотоприемные блоки 11, 12 и блок 13 управления, который имеет вход 14 - 1, группу входов 14 - 2, группу выходов 15 - 1, выход 15 - 2, группу выходов 15 - 3 и выход 15 - 4. ОМАК, решая задачу ассоциативного поиска информации в различных устройствах по большому количеству признаков опроса, позволяет более чем в 2 раза повысить быстродействие, надежность, количество одновременно обрабатываемых признаков и компактность такого рода устройств. 3 ил.

ОПТИЧЕСКИЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АССОЦИАТИВНЫЙ КОРРЕЛЯТОР, содержащий блок управления, первый световодный мультиплексор, световодный разветвитель, оптический многоканальный модулятор, первую группу спектральных демультиплексоров, первый фотоприемный блок и первый многоканальный спектральный излучательный блок, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами первого световодного мультиплексора, выходы световодного разветвителя оптически связаны с соответствующими входами оптического многоканального модулятора, выход каждого спектрального демультиплексора первой группы оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного блока, первые выходы первой и второй групп выходов блока управления подключены к управляющим входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного блока и первого фотоприемного блока, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления, первый выход которого подключен к управляющему входу оптического многоканального модулятора, второй выход блока управления является адресным выходом коррелятора, информационным входом которого является информационный вход блока управления, отличающийся тем, что в коррелятор введены второй многоканальный спектральный излучательный блок, второй световодный мультиплексор, световодный объединитель, группа световодных разветвителей, вторая группа спектральных демультиплексоров и второй фотоприемный блок, причем выходы второго многоканального спектрального излучательного блока оптически связаны с соответствующими входами второго световодного мультиплексора, выход которого оптически связан с первым входом световодного объединителя, второй вход которого оптически связан с выходом первого световодного мультиплексора, выход световодного объединителя оптически связан с входом световодного разветвителя, каждый выход оптического многоканального модулятора оптически связан с входом соответствующего световодного разветвителя группы, первый выход каждого из которой оптически связан с входом соответствующего спектрального демультиплексора первой группы, второй выход каждого световодного разветвителя группы оптически связан с входом соответствующего спектрального демультиплексора второй группы, выход каждого из которой оптически связан с одноименным входом второго фотоприемного блока, выход которого подключен к второму адресному входу блока управления, вторые выходы первой и второй групп выходов которого подключены к управляющим входам соответственно второго многоканального спектрального излучательного блока и второго фотоприемного блока, каждый многоканальный спектральный излучательный блок выполнен в виде многоканального спектрального излучательного блока с фиксированным параметром излучения, каждые световодный мультиплексор и световодный разветвитель выполнены в виде соответственно световодного параметрического мультиплексора и световодного параметрического разветвителя, световодный объединитель выполнен в виде световодного параметрического объединителя.