СВЕТОВОДНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АССОЦИАТИВНЫЙ КОРРЕЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к области вычислительной техники 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 разделения изображений, фотоприемные блоки и блок управления. Основными недостатками данного устройства являются относительно низкое быстродействие и надежность.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многоканальный ассоциативный оптический коррелятор для запоминающего устройства [2] содержащий первый многоканальный спектральный излучательный узел, 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 первого узла 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 разделителей, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного узла и блок управления, первые выходы с первой по третью групп выходов которого подключены к управляемым входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного узла, первого узла оптического многоканального модулятора и первого фотоприемного узла, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления. Основным недостатком данного устройства является относительно низкая производительность.

Технической задачей является повышение производительности коррелятора.

Это достигается тем, что в световодный многоканальный ассоциативный коррелятор, содержащий первый многоканальный спектральный излучательный узел, 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 первого узла 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 разделителей, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного узла и блок управления, первые выходы с первого по третью групп выходов которого подключены к управляемым входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного узла, первого узла оптического многоканального модулятора и первого фотоприемного узла, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления, введены (mn-1) (где n 1, 2, 3, m 2, 3, 4,) многоканальных спектральных излучательных узлов, (nm-1) групп мультиплексоров первого блока световодных мультиплексоров, n групп мультиплексоров второго блока световодных мультиплексоров, q (где q 2, 3, 4,) групп мультиплексоров (k-1)-го (где k 3, 4, 5,) блока световодных мультиплексоров, группа мультиплексоров k-го блока световодных мультиплексоров, группа разветвителей первого блока световодных разветвителей, d (где d 2, 3, 4,) групп второго блока световодных разветвителей, r групп разветвителей (c-1)-го (где с 3, 4, 5,) блока световодных разветвителей, (rl-1) групп разветвителей с-го блока световодных разветвителей, [(rl-1)(fh-1)] где r,f 1, 2, 3, l,h 2, 3, 4,) узлов оптических многоканальных модуляторов, (fh-1) групп объединителей (k-1)-го блока световодных объединителей, f групп (k+2)-го блока световодных объединителей, а (где а 2, 3, 4,) групп k+(b-1)-го (где b 3, 4, 5,) блока световодных объединителей, группа световодных объединителей (k+b)-го блока световодных объединителей, (rl-1) групп спектральных разделителей, (ml-1) фотоприемных узлов, причем выходы каждой группы спектрально дифференцированных излучателей каждого (nm-1)-го многоканального спектрального излучательного узла оптически связаны с группой входов соответствующего мультиплексора (nm-1)-й группы первого блока световодных мультиплексоров, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом соответствующего мультиплексора n-й группы мультиплексоров второго блока световодных мультиплексоров, каждый выход q-й группы мультиплексоров (k-1)-го блока световодных мультиплексоров оптически связан с одноименным входом соответствующего мультиплексора группы мультиплексоров k-го блока световодных мультиплексоров, каждый выход которой оптически связан со входом соответствующего разветвителя группы разветвителей первого блока световодных разветвителей, каждая группа выходов которого оптически связана с группой входов соответствующей d-ой группы разветвителей второго блока световодных разветвителей, каждая группа выходов r-й группы разветвителей (с-1)-го блока световодных разветвителей оптически связана с группой входов соответствующей rl-й группы разветвителей с-го блока световодных разветвителей, выходы (rl-1)-х групп с-го блока световодных разветвителей оптически связаны с одноименными входами соответствующих [(rl-1)(fh-1)]-х узлов оптических многоканальных модуляторов, выходы каждой группы ячеек которых, отображающие разряды одного признака оптически связаны с одноименными входами соответствующего объединителя (fh-1)-й группы объединителей (k+1)-го блока световодных объединителей, каждый выход которой оптически связан с соответствующим входом объединителя f-й группы (k+2)-го блока световодных объединителей, каждый выход а-й группы объединителей [k+(b-1)] -го блока световодных объединителей оптически связан с соответствующим входом объединителя группы объединителей (k+b)-го блока световодных объединителей, каждый выход которой оптически связан со входом соответствующего спектрального разделителя соответствующей rl-й группы, каждый выход спектрального разделителя каждой (rl-1)-й группы спектральных разделителей оптически связан с соответствующим входом (ml-1)-го фотоприемного узла, (nm-1)-е, [(rl-1)(fh-1)]-е и (ml-1)-е выходы соответствующих групп с первой по третью блока управления подключены соответственно к управляемым входам соответствующих (mn-1)-х узлов многоканальных спектральных излучателей, [(rl-1)(fh-1)] -х узлов многоканальных модуляторов и (ml-1)-х фотоприемных узлов, выходы которых подключены к соответствующим (ml-1)-м адресным входам блока управления.

А также тем, что каждый спектральный разделитель состоит из световодного спектрального разветвителя, первой группы световодных спектральных разветвителей, содержащей ρ световодных спектральных разветвителей, (a-1)-й группы световодных спектральных разветвителей, содержащей n световодных спектральных разветвителей, a-й группы световодных спектральных разветвителей, содержащей nm световодных спектральных разветвителей, причем вход световодного спектрального разветвителя является входом спектрального разделителя, каждый выход световодного спектрального разветвителя оптически связан со входом соответствующего r-го световодного спектрального разветвителя, каждый выход n-го световодного спектрального разветвителя ((α-1)-1)-й группы световодных спектральных разветвителей оптически связан со входом соответствующего nm-го световодного спектрального разветвителя α-й группы световодных спектральных разветвителей, выходы которой являются выходами спектрального разветвителя.

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 в 10^2 oC 10⁴ раз большим быстродействием, надежностью, количеством одновременно обрабатываемых ассоциативных признаков и признаков опроса, а также меньшими габаритами по сравнению с известными устройствами и прототипом.

Предложенное устройство обладает свойствами не присущими известным устройствам. Это объясняется новой совокупностью существенных признаков и новыми связями.

Ввиду 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, производительность и надежность поиска, а также обеспечивается компактность конструкции, уменьшается относительное число связей и их длины и расширяются функциональные возможности устройств.

На фиг. 1 (а и б ортогональные проекции) приведена функциональная схема световодного многоканального ассоциативного коррелятора; на фиг. 2 схема спектрального разделителя; на фиг. 3 блок-схема блока управления.

Световодный многоканальный ассоциативный корреляторт содержит многоканальные спектральные излучательные блок 1-1.1-n, каждый из которых содержит m многоканальных спектральных излучательных узлов 2-1.2-m, каждый из которых имеет V-строк (где V 1, 2, 3,) излучательных элементов, блоки 3-1.3-n световодных мультиплексоров, каждый из которых содержит m групп 4-1.4-m световодных мультиплексоров по S световодных мультиплексоров в каждой, n групп 5-1. 5-n световодных мультиплексоров, каждая из которых содержит S световодных мультиплексоров, группу световодных мультиплексоров 6, содержащую S световодных мультиплексоров, группу световодных разветвителей 7 из S световодных разветвителей, r групп 8-1.8-r световодных разветвителей по S световодных разветвителей в каждой, блоки 9-1.9-r световодных разветвителей, каждый из которых содержит l групп 10-1.10-l световодных разветвителей по S световодных разветвителей в каждой, rf блоков 11-1.11-r, 11-1.11-f оптических многоканальных модуляторов, каждый из которых содержит lh узлов оптических многоканальных модуляторов 12-1.12-l, 12-1.12-h, каждый из которых содержит w (где w 1, 2, 3,) строк светоканальных элементов, f блоков 13-1.13-f световодных объединителей, каждый из которых содержит h групп 14-1.14-h световодных объединителей по rlw световодных объединителей в каждой, f групп световодных объединителей 15-1.15-f по rlw световодных объединителей в каждой, группу световодных объединителей 16, содержащую rlw световодных объединителей, группу спектральных разделителей 17, содержащую rlw спектральных разделителей, rn блоков фотоприемников 18-1.18-r, 18-1.18-n, каждый из которых содержит lm фотоприемных узлов 19-1.19-l, 19-1.19-m, и блок 20 управления, который имеет группу входов 21-1, вход 21-2 и три группы выходов 22-1.22-3 и выход 22-4.

Каждый многоканальный спектральный излучательный узел 2 предназначен для ввода, например, ассоциативных признаков в коррелятор в виде световодных 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 коррекляторе, и преобразует, например, входные электрические сигналы в оптические. Узел 2 может состоять, например, из групп (линеек) лазерных диодов, каждая из которых излучает на своей определенной длине волн.

Каждый световодный мультиплексор групп 4.6 предназначен для объединения световых пучков с разными длинами волн в единый многоволновой (многоцветный) пучок и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического объединителя, или в виде волноводной линзы. Группы световодных объединителей 4.6 могут быть также выполнены из объемных цилиндрических линз.

Каждый световодный разветвитель групп 7, 8, 10 предназначен для размножения многоволнового (многоцветного) светового пучка и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического разветвителя или в виде волноводной линзы. Группы световодных разветвителей 7, 8, 10 могут быть также выполнены из объемных цилиндрических линз.

Оптический многоканальный модулятор 12 предназначен, например, для отображения признаков опроса и может быть выполнен, например, в интегральном виде на основе электрооптического кристалла.

Каждый световодный объединитель групп 14.16 предназначен для объединения многоволновых (многоцветных) световых пучков, соответствующих различным разрядам каждого признака в единый многоволновой (многоцветный) пучок и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического объединителя, или из волноводных линз. Группы световодных объединителей 14.16 могут быть также выполнены из объемных цилиндрических линз.

Каждый спектральный разделитель группы 17 предназначен для разделения многоволнового (многоцветного) светового пучка на составляющие его одноволновые (одноцветные) световые пучки и может быть выполнен, например, на основе сплавных ответвителей из одномодовых волоконных световодов или интегральных световодов, или спектральных разветвителей из гофрированных волноводных структур. В этом случае он может состоять, например, из (фиг. 2) спектральных разветвителей 23, 24, 26. Каждый спектральный разветвитель группы 17 может быть также выполнен, например, на основе дифракционной решетки.

Каждый фотоприемный узел 19 служит для определения совпадения ассоциативных признаков с признаками опроса и может быть выполнен, например, в виде интегральной матрицы фотоприемников.

Блок 20 управления (фиг. 3) обеспечивает работу коррелятора и может состоять, например, из канала 27 ввода-вывода, генератора 28 синхроимпульсов, буферного накопителя 29, формирователя 30 управляющих сигналов, буферного накопителя 31, формирователей 32, 33 управляющих сигналов, буферного накопителя 34.

Световодный многоканальный ассоциативный корреляторт работает следующим образом.

По команде генератора 28 синхроимпульсов из канала 27 ввода-вывода i (где i 1, 2, 3, nmv) ассоциативных признаков информации через буферный накопитель 29 и формирователь 30 управляющих сигналов поступают на излучательные блоки 1, например, в виде электрических сигналов. Каждый n-ый блок 1 преобразует электрические сигналы в оптические, например, таким образом, чтобы каждому i-му ассоциативному признаку соответствовала i-ая строка оптических сигналов, отображающаяся на выходе блоков 1 все р-ые (где р 1, 2, 3,S, S максимальное число разрядов в признаке) разряды i-го признака на одной и той же длине волны l_i, отличающейся от длины волн на которых отображаются остальные (i-1) признаки. Причем эти оптические сигналы отображают ассоциативные признаки, например, или в воде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в прямом парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде [2] 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, отображающие все разряды каждого ассоциативного признака, излучают свет, т.е. отображают "1" в простом коде.

По команде генераторе 28 из канала 27 ввода-вывода j (где j 1, 2, 3, rlw) признаков опроса через накопитель 31 и формирователь 32 поступают на блоки модуляторов 11, например, или в коде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в обратном парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде [2] или в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в обратном коде Манчестера, с разделенным во времени опорным сигналом. При этом каждый j-й признак опроса занимают, например, соответствующую j-ю строку в блоках 11, а при подаче опорного сигнала в каждой j-й строке блоков 11 остается открытой, например, только одна ячейка (остальные закрыты), т.е. в каждой строке блоков 11 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 р-ые разряды всех v ассоциативных признаков каждого узла 2, объединяются соответствующими мультиплексором 4 в единый v-цветный пучок. Все v-цветные световые пучки от каждого блока 1 объединяются соответствующим мультиплексором 5 в единый mv-цветный световой пучок. Все mv-цветные световые пучки от всех блоков 1 мультиплексором 6 объединяются в единый (nmv)-цветный световой пучок, который разветвителями 7, 8, 10 размножается на rlw=j (nmv)-цветных световых пучков. Эти пучки направляются на все ячейки всех блоков 11, отображающие р-ые разряды всех j признаков опроса.

Так как световые пучки, отображающие одноименные р-ые двоичные разряды всех i ассоциативных признаков на различных длинах волн λ_i проходят через все ячейки всех блоков 11, отображающие соответствующие р-ые разряды всех j признаков опроса, то осуществляется оптическое умножение всех i ассоциативных признаков на все j признаки опроса и при этом оптические сигналы произведений спектрально разделены.

Многоцветные световые пучки, соответствующие всем р разрядам каждого j-го признака опроса объединителями 14.16 объединяются в единый nmv-цветный пучок, который поступает на соответствующий спектральный разделитель группы 17. Этот разделитель группы 17, например, с помощью спектральных разветвителей 23, 24, 26 направляет каждую nmv-ю спектральную составляющую многоцветного светового пучка на соответствующий ij-й фотоприемник блоков 19. При этом фотоприемный элемент блоков 19 с координатами ij регистрирует оптический сигнал, соответствующий i-му ассоциативному признаку и j-му признаку опроса.

По команде генератора 28 формирователь 33 подает напряжение на блоки 19. Координаты i и j фотоприемного элемента блоков 19, на котором оптический опорный сигнал превышает оптический сигнал основных разрядов, определяют соответственно i-й ассоциативный признак и j-й признак опроса, по которым произошло совпадение. По команде генератора 28 код адреса ij-го фотоприемного элемента с блоков 19 через накопитель 34 передается в канал 27 ввода-вывода. Таким образом производится определение адреса ассоциативного признака в странице ассоциативных признаков и адреса признака опроса в странице признаков опроса по которым произошло совпадение.

Использование предлагаемого световодного многоканального ассоциативного коррелятора позволит в 10² 10⁴ раз повысит производительность, увеличить надежность и компактность такого рода устройств.

Использование: в области вычислительной техники для ассоциативного поиска информации в различных устройствах. Сущность изобретения: коррелятор содержит многопанельные спектральные излучательные узлы, блоки из групп световодных мультиплексоров, блоки из групп световодных разветвителей, узел оптических многоканальных модуляторов, блоки из группы световодных объединителей, группы спектральных разделителей, фотоприемные узлы и блок управления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Световодный многоканальный ассоциативный коррелятор, содержащий первый многоканальный спектральный излучательный узел, первую группу световодных мультиплексоров, первую группу световодных разветвителей, первый узел оптического многоканального модулятора, первую группу световодных объединителей, первую группу спектральных разделителей, первый фотоприемный узел и блок управления, первые выходы с первой по третью групп выходов которого подключены к управляющим входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного узла, первого узла оптического многоканального модулятора и первого фотоприемного узла, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления, выходы каждой группы спектрально дифференцированных излучателей первого многоканального спектрального излучательного узла оптически связаны с одноименными входами соответствующего мультиплексора первой группы, выходы световодных разветвителей первой группы оптически связаны с одноименными входами первого узла оптического многоканального модулятора, выходы ячеек каждой группы которого оптически связаны с одноименными входами соответствующего световодного объединителя первой группы, выход каждого спектрального разделителя первой группы оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного узла, отличающийся тем, что в него введены (nm 1) (где n 1, 2, 3. m 2, 3, 4.) многоканальных спектральных излучательных узлов, первый блок световодных мультиплексоров, состоящий из nm 1 групп световодных мультиплексоров, второй блок световодных мультиплексоров, состоящий из n групп световодных мультиплексоров, (k 1)-х (где k 3, 4, 5.) блоков световодных мультиплексоров, каждый из которых состоит из q (где q 2, 3, 4.) групп световодных мультиплексоров, группа мультиплексоров k-го блока световодных мультиплексоров, первый блок световодных разветвителей, содержащий группу световодных разветвителей, второй блок световодных разветвителей, состоящий из d (где d 2, 3, 4.) групп световодных разветвителей, (с 1)-х (где с 3, 4, 5.) блоков световодных разветвителей, каждый из которых состоит из r групп световодных разветвителей, с-й блок световодных разветвителей, состоящий из (rl 1) групп световодных разветвителей, [(rl 1)(fh 1)] (где r, f 1, 2, 3. l, h 2, 3, 4.) узлов оптических многоканальных модуляторов, (k + 1)-й блок световодных объединителей, состоящий из (fh 1) групп световодных объединителей, (k + 2)-й блок световодных объединителей, состоящий из f групп световодных объединителей, [k + (b 1)]-х (где b 3, 4, 5.) блоков световодных объединителей, каждый из которых состоит из а (где а 2, 3, 4.) групп световодных объединителей, (k + b)-й блок световодных объединителей, состоящий из группы световодных объединителей, (rl 1) групп спектральных разделителей, (ml 1) фотоприемных узлов, причем выходы каждой группы спектрально дифференцированных излучателей каждого (nm 1)-го многоканального спектрального излучательного узла оптически связаны с группой входов соответствующего световодного мультиплексора (nm 1)-й группы первого блока световодных мультиплексоров, каждый выход которого оптически связан с одноименным входом соответствующего световодного мультиплексора n-й группы второго блока световодных мультиплексоров, выход каждого световодного мультиплексора q-й группы (k 1)-го блока световодных мультиплексоров оптически связан с одноименным входом соответствующего мультиплексора группы мультиплексоров k-го блока световодных мультиплексоров, каждый выход которого оптически связан с входом соответствующего световодного разветвителя соответствующей группы первого блока световодных разветвителей, выходы которых оптически связаны с входами световодных разветвителей соответствующей d-й группы второго блока световодных разветвителей, выходы световодных разветвителей r-х групп каждого (с 1)-го блока световодных разветвителей оптически связаны с входами световодных разветвителей соответствующих rl-х групп с-го блока световодных разветвителей, выходы световодных разветвителей (rl 1)-х групп с-го блока световодных разветвителей оптически связаны с одноименными входами соответствующих [(rl 1) • (fh 1)]-х узлов оптических многоканальных модуляторов, выходы ячеек каждой группы которых оптически связаны с одноименными входами соответствующего световодного объединителя (fh 1)-й группы (k + 1)-го блока световодных объединителей, выходы каждой группы которых связаны с соответствующим входом световодного объединителя f-й группы (k + 2)-го блока световодных объединителей, выходы световодных объединителей а-й группы каждого [k + (b 1)]-го блока световодных объединителей оптически связаны с входом световодного объединителя соответствующей группы (k + b)-го блока световодных объединителей, выход каждого из которых оптически связан с входом соответствующего спектрального разделителя соответствующей rl-й группы, выход каждого спектрального разделителя (rl 1)-х групп оптически связан с соответствующим входом (ml - 1)-го фотоприемного узла, (nm 1)-, [(rl 1)(fh 1)] и (ml 1)-е выходы соответствующих с первой по третью групп выходов блока управления подключены соответственно к управляющим входам соответствующих (nm 1)-х узлов многоканальных спектральных излучателей, [(rl 1)(fh 1)]-х узлов многоканальных модуляторов и (ml 1)-х фотоприемных узлов, выходы которых подключены к соответствующим (ml 1)-м адресным входам блока управления. 2. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что спектральный разделитель состоит из световодного спектрального разветвителя, первой группы ρ световодных спектральных разветвителей, (α-1)-x групп по n световодных спектральных разветвителей и α-й группы nm световодных спектральных разветвителей, причем вход световодного спектрального разветвителя является входом спектрального разделителя, каждый выход световодного спектрального разветвителя оптически связан с входом соответствующего ρ-го световодного спектрального разветвителя первой группы, выход каждого n-го световодного спектрального разветвителя (α-1)-й группы оптически связан с входом соответствующего nm-го световодного спектрального разветвителя α-й группы, выходы которых являются выходами спектрального разделителя.