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

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, оптически управляемый пространственно-временной модулятор света, блок формирования пучков, многоканальный излучательный блок, проекционный блок, формирующий 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 многоканальный ассоциативный оптический коррелятор для запоминающего устройства [2] содержащий первый многоканальный спектральный излучательный блок, выходы каждой группы спектрально дифференцированных излучателей которого оптически связаны с одноименными входами соответствующих мультиплексора первой группы световодных мультиплексоров, первую группу световодных разветвителей, выходы которой оптически связаны с одноименными входами оптического многоканального модулятора, выходы каждой группы ячеек модулятора, которые отображают разряды одного признака, оптически связаны с одноименными входами соответствующего объединителя первой группы световодных объединителей, 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 каждой группы спектрально дифференцированных излучателей которого оптически связаны с одноименными входами соответствующего мультиплексора первой группы световодных мультиплексоров, первую группу световодных разветвителей, выходы которой оптически связаны с одноименными входами оптического многоканального модулятора, выходы каждой группы ячеек модулятора, которые отображают разряды одного признака, оптически связаны с одноименными входами соответствующего объединителя первой группы световодных объединителей, 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 входом 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 группы световодных мультиплексоров, разветвителей и объединителей выполнены соответственно в виде первых групп световодных параметрических мультиплексоров, разветвителей и объединителей, а в коррелятор введены второй многоканальный спектральный излучательный блок с фиксированным параметром излучения, вторая группа световодных параметрических мультиплексоров, вторая группа световодных параметрических объединителей, вторая группа световодных параметрических разветвителей, второй спектральный демультиплексор и второй фотоприемный блок, причем выходы каждой группы спектрально дифференцированных излучателей второго многоканального спектрального излучательного блока с фиксированным параметром излучения оптически связаны с группой входов соответствующего мультиплексора второй группы световодных параметрических мультиплексоров, каждый выход которой оптически связан с первым входом соответствующего объединителя второй группы световодных параметрических объединителей, второй вход которого оптически связан с выходом соответствующего мультиплексора первой группы световодных параметрических мультиплексоров, каждый выход второй группы световодных параметрических объединителей оптически связан с входом соответствующего разветвителя первой группы световодных параметрических разветвителей, каждый выход первой группы световодных параметрических объединителей оптически связан с входом соответствующего разветвителя второй группы световодных параметрических разветвителей, первый выход которого оптически связан с входом соответствующего демультиплексора первой группы спектральных демультиплексоров, второй выход каждого разветвителя второй 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 ко 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, группы световодных параметрических мультиплексоров 3, 4, группу световодных параметрических объединителей 5, группу световодных параметрических разветвителей 6, оптический многоканальный модулятор 7, группу световодных параметрических объединителей 8, группу световодных параметрических разветвителей 9, группы спектральных демультиплексоров 10, 11, фотоприемные блоки 12, 13 и блок 14 управления, который имеет вход 15-1, группу входов 15-2, группу выходов 16-1, выход 16-2, группу выходов 16-3 и выход 16-4.

Каждый многоканальный спектральный излучательный блок 1, 2 с фиксированным параметром излучения предназначен для ввода, например, ассоциативных признаков в коррелятор в виде световых пучков таким образом, что разряды каждого признака отображаются оптическими сигналами с одинаковой длиной волны, отличной от длин волн оптических сигналов, на которых отображаются остальные признаки в блоке, при этом все выходные оптические пучки каждого блока имеют, например, одинаковую ориентацию плоскости поляризации, которые для блоков 1 и 2 взаимно ортогональны. Блоки 1, 2 преобразуют, например, входные электрические сигналы в оптические и могут состоять, например, либо из групп (линеек) лазерных диодов, каждая из которых излучает на своей определенной длине волны с одинаково фиксированной ориентацией плоскости поляризации, либо из последовательно расположенных групп лазерных диодов, каждая из которых излучает на своей определенной длине волны, и поляризатора. Спектральный состав блоков 1 и 2 может быть одинаковым.

Каждый световодный параметрический мультиплексор групп 3, 4 предназначен для объединения световых пучков от соответствующих блоков 1, 2 с разными длинами волн в соответствующий единый многоволновой (многоцветный) пучок с сохранением их фиксированного параметра, например, ориентации плоскости поляризации пучков, и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического поляризационного объединителя, или в виде волноводной линзы. Группы 3, 4 могут быть также выполнены из объемных цилиндрических линз.

Каждый световодный параметрический объединитель группы 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.

Каждый световодный параметрический разветвитель группы 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 объединитель группы 8 предназначен для объединения многоволновых (многоцветных) световых пучков соответствующих различным разрядам каждого признака в единый многоволновой (многоцветный) световой пучок с сохранением их фиксированных параметров, и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического поляризационного объединителя.

Каждый световодный параметрический разветвитель группы 9 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 10, 11 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 10, 11 может быть также выполнен, например, на основе дифракционной решетки.

Каждый фотоприемный блок 12, 13 служит для определения совпадения ассоциативных признаков информации с признаками опроса и может быть выполнен, например, в виде интегральной матрицы фотоприемников.

Блок 14 управления обеспечивает работу коррелятора и может состоять, например, из канала 17 ввода-вывода, генератора 18 синхроимпульсов, буферного накопителя 19, формирователя 20 управляющих сигналов, буферного накопителя 21, формирователей 22, 23 управляющих сигналов, буферного накопителя 24.

Оптический многоканальный ассоциативный коррелятор работает следующим образом.

По команде генератора 18 синхроимпульсов из канала 17 ввода-вывода n n₁ ± n₂ (где n₁ 1, 2, 3,m₁, m₁ число строк излучательных элементов в блоке 1, n₂ 1, 2, 3,m₂, m₂ число строк излучательных элементов в блоке 2) ассоциативных признаков информации через буферный накопитель 19 и формирователь 20 управляющих сигналов поступают на излучательные блоки 1 и 2, например, в виде электрических сигналов. Блоки 1 и 2 преобразуют электрические сигналы в оптические, например, таким образом, чтобы каждому n₁-му и n₂-му ассоциативным признакам соответствовали n₁-ая и n₂-ая строки оптических сигналов, отображающих на выходах соответственно блоков 1 и 2 все р₁-ые (где р₁ 1, 2, 3, S₁, S₁ число разрядов в признаке n₁) и р₂-ые (где р₂ 1, 2, 3,S₂, S₂ число разрядов в признаке n₂) разряды соответственно n₁-го и n₂-го признаков на одних и тех же длинах волн λ_n1 и λ_n2, отличающихся от длин волн, на которых отображаются остальные соответственно (n₁-1) и (n₂-1) признаки. Причем выходные оптические сигналы блоков 1 и 2 имеют, например, ортогонально ориентированные плоскости поляризации. Эти оптические сигналы отображают ассоциативные признаки, например, или в коде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в прямом парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде [1] или 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 которым следует во времени опорный сигнал. Опорный сигнал в последнем случае формируется, например, когда все излучательные элементы блоков 1 и 2, отображающие все разряды каждого ассоциативного признака, излучают свет, т.е. отображают "1" в простом коде [2]
По команде генератора 18 из канала 17 ввода-вывода К (где К 1, 2, 3,r, r число строк в оптическом многоканальном модуляторе 7) признаков опроса через накопитель 21 и формирователь 22 поступают на модулятор 7, например, или в коде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в обратном парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде [1] или в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в обратном коде Манчестера, с разделенным во времени опорным сигналом. При этом каждый К-й признак опроса занимает, например, соответствующую К-ю строку модулятора 7, а при подаче опорного сигнала в каждой К-й строке модулятора 7 остается открытой, например, только одна ячейка (остальные закрыты), т.е. в каждой строке модулятора 7 отображается только одна двоичная "1" остальные "0", все в простом коде.

Ниже будет дано описание работы коррелятора в случае использования второго способа кодирования.

Световые пучки, отображающие одноименные р₁-ые и р₂-ые разряды всех соответственно n₁ и n₂ ассоциативных признаков, объединяются соответствующими мультиплексорами 3 и 4 в единые n₁-цветный и n₂-цветный пучки (цвета которых могут совпадать, т.е. случай λ_n1 λ_n2 не исключается), которые имеют, например, ортогонально ориентированные плоскости поляризации. Эти световые пучки объединителем 5 объединяются в единый n-цветный пучок с сохранением ориентаций плоскостей поляризации пучков n₁ и n₂. Разветвитель группы 6 размножает этот световой пучок на К одинаковых пучков, которые направляются на все ячейки многоканального модулятора 7, отображающие p-е разряды всех К признаков опроса.

Так как световые пучки, отображающие одноименные p-е двоичные разряды всех n ассоциативных признаков на различных длинах волн (например, λ_n1 λ_n2) и при ортогональной ориентации плоскостей поляризации пучков, отображающих признаки n₁ и n₂, проходят через все ячейки модулятора 7, отображающие соответствующие 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.

Многоцветные световые пучки, соответствующие всем p разрядам каждого К-го признака опроса, объединителем 8 объединяются в единый пучок, который поступает на соответствующий разветвитель группы 9. Этот разветвитель группы 9 разделяет оптические сигналы по их параметру, например, в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, и направляет оптические сигналы соответственно на спектральные демультиплексоры групп 10 и 11. Каждый демультиплексор групп 10 и 11 направляет каждую n₁-ю и n₂-ю спектральную составляющую многоцветного светового пучка на соответствующий n₁К-ый и n₂К-ый фотоприемник блоков 12 и 13. При этом фотоприемный элемент блоков 12 и 13 соответственно с координатами n₁K и n₂K регистрирует оптический сигнал, соответствующий n₁-му и n₂-му ассоциативному признаку и К-му признаку опроса.

По команде генератора 18 формирователь 23 подает напряжение на блоки 12, 13. Координаты n₁ (или n₂) и К фотоприемного элемента блока 12 (или 13), 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 18 код адреса n₁K-го (или n₂K-го) фотоприемного элемента с блока 12 (или 13) через накопитель 24 передается в канал 17 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, группы световодных параметрических объединителей, группу световодных параметрических разветвителей, оптический многоканальный модулятор, группу световодных параметрических объединителей 8, группу световодных параметрических разветвителей 9, группы спектральных демультиплексоров 10, 11, фотоприемные блоки 12, 13 и блок 14 управления, который имеет вход 15 - 1, группу входов 15 - 2, группу выходов 16 - 1, выход 16 - 2, группу выходов 16 - 3 и выход 16 - 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, первую группу световодных мультиплексоров, первую группу световодных разветвителей, оптический многоканальный модулятор, первую группу световодных объединителей, первую группу спектральных демультиплексоров, первый фотоприемный блок и первый многоканальный спектральный излучательный блок, группы выходов которого оптически связаны с одноименными входами соответствующего световодного мультиплексора первой группы, выходы световодных разветвителей первой группы оптически связаны с одноименными входами оптического многоканального модулятора, выходы каждой группы ячеек которого оптически связаны с одноименными входами соответствующего световодного объединителя первой группы, 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, вторая группа световодных мультиплексоров, вторая группа световодных объединителей, вторая группа световодных разветвителей, вторая группа спектральных демультиплексоров и второй фотоприемный блок, причем группа входов второго многоканального спектрального излучательного блока оптически связана с одноименными входами соответствующего мультиплексора второй группы, выход каждого из которых оптически связан с первым входом соответствующего световодного объединителя второй группы, второй вход которого оптически связан с выходом соответствующего световодного мультиплексора первой группы, выход каждого световодного объединителя второй группы оптически связан с входом соответствующего световодного разветвителя первой группы, выход каждого световодного объединителя первой группы оптически связан с входом соответствующего световодного разветвителя второй группы, первый выход которого оптически связан с входом соответствующего спектрального демультиплексора первой группы, второй выход каждого световодного разветвителя второй группы оптически связан с входом соответствующего спектрального демультиплексора второй группы, выход каждого из которых 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, световодные мультиплексоры в виде световодных параметрических мультиплексоров, световодные разветвители в виде световодных параметрических разветвителей, световодные объединители в виде световодных параметрических объединителей.