ОПТИЧЕСКИЙ СУММАТОР Российский патент 1997 года по МПК G06E1/04 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в электронных, оптоэлектронных и оптических вычислительных системах и устройствах для выполнения операции алгебраического сложения страниц операндов.

Известно оптоэлектронное вычислительное устройство [1] содержащее световоды, плоскопараллельный инвертирующий преобразователь, источник света и дешифратор.

Основными недостатками этого устройства являются относительно невысокие производительность и надежность из-за невозможности представления операндов в парафазном коде и выполнения сквозного переноса.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является оптический сумматор [2] содержащий первый и второй блоки ввода изображений, входы которых являются соответственно первым и вторым входами оптического сумматора.

Основными недостатками данного устройства являются относительно низкие производительность, надежность и громоздкость из-за невозможности представления операндов и парофазном коде и выполнения сквозного переноса, а также наличия большого числа элементов интерференционного типа.

Технической задачей является повышение производительности, надежности и компактности сумматора.

В виду того, что предложенное техническое решение по сравнению с известными выполняет алгебраические операции световодными методами, значительно повышаются производительность, надежность и компактность устройств.

На фиг.1 приведена функциональная схема оптического сумматора; на фиг.2
схема выполнения операций блоком сложения единиц; на фиг.3 схема выполнения операций и схема блока анализа переноса; на фиг.4 схема выполнения операций блоком преобразования единиц.

Оптический сумматор содержит блоки ввода изображений 1, 2, блок разложения изображений 3 с выходами 21-1.21-3, состоящий из оптического узла конъюнкции 4, оптического узла сложения по модулю два 5, оптического узла дизъюнкции 6, фильтров единиц 7, 8, фильтра нулей 9; блок разведения изображений 10 с выходными каналами 22-1 и 22-2 блок сложения единиц 11, состоящий из узла разведения изображений 12 с выходами 23-1 и 23-2 и узла сведения изображений 13 с входами 24-1 и 24-2; блок анализа переноса 14 с выходом 25; блок разведения изображений 15 с выходными каналами 26-1, 26-2; управляемый блок разведения изображений 16 с выходными накалами 27-1 и 27-2; блок преобразования единиц 17, состоящий из узла разведения изображений 18 с выходами 28-1 и 28-2 и узла сведения изображений 19 с выходами 29-1 29-2 и блок сведения изображений 20 с входными каналами 30-1.30-4, соответствующми входам с 1 по 4.

Блоки ввода 1, 2 предназначены для ввода операндов в оптический сумматор в виде, оптических либо электрических сигналов и могут в первом случае состоять, например, из световодного разветвителя изображений, а во втором из электрического разветвителя или матрицы лазерных диодов и световодного разветвителя изображений.

Блок разложения изобретений 3 предназначен для выделения и направления на раздельные свои выходы 21-1.21-3 изображений, содержащих в одноименных разрядах обеих страниц операндов соответственно, только единицы (страница A), разноименные двоичные знаки страница B), или только нули (страница C). Блок 3 может состоять, например, из оптических узлов конъюнкции 4, сложения по модулю два 5 и дизъюнкции 6 [например, авт. свид. СССР N 1394982 и N 1396827 от 29.09.86 кл. C 11 C 11/42] и фильтров единиц 7, 8 и фильтра нулей 9. Фильтр представляет собой маску, состоящую из раствора прозрачных и непрозрачных полос, блокирующих соответственно оптические сигналы парафазных нулей в фильтре единиц или парафазных единиц в фильтре нулей.

Блок разведения изображений 10 предназначен для размножения входного изображения и может быть выполнен, например, из волоконно-оптических жгутов или матриц волоконно-оптических или интегрально-оптических разветвителей с выходными ветвями 22-1, 22-2.

Блок сложения единиц 11 предназначен для сложения одноименных разрядов страниц операндов, содержащих только парафазные двоичные единицы. Блок 11 состоит, например, из узла разведения изображений 12 с выходами 23-1 и 23-2 и узла сведения изображений 13 с выходами 24-1 и 24-2. Узлы разведения 12 и сведения 13 изображений могут быть выполнены, например, из волоконно-оптических или интегрально-оптических разветвителей (объединителей) или волоконно-оптических жгутов.

Блок анализа переноса 14 предназначен для выявления групп единичных разрядов страницы B, в которые поступают единицы переноса из соседних более младших групп единиц страницы A. Блок 14 состоит, и например, из узла сведения изображения 31, фотоприемного узла 32 и электронного логического узла 33. Узел сведения изображений 31 может быть выполнен, например, из волоконно-оптических или интегрально-оптических разветвителей или волоконно-оптических жгутов. Фотоприемный узел 32 может быть выполнен в виде интегральной матрицы фотоприемников. Электронный логический узел 33 может быть выполнен, например, на основе групп интегральных логических схем "И" (вентилей) 33-1. 33-3.

Блок разведения изображений 15 предназначен для размножения входного изображения и может быть выполнен, например, из волоконно-оптических или интегрально-оптических разветвителей с выходными ветвями 26-1 и 26-2.

Управляемый блок разведения изображений 16 предназначен для разделения изображения страницы B на страницу B на страницу B⁰ (выход 27-1), в группу разрядов которой не производится перенос единицы, и на страницу B^* (выход 27-2), в группы разрядов которой осуществляется перенос единицы из страницы A. Блок 16 может быть выполнен, например, из последовательно расположенных поляроида, матричного переключателя поляризации и поляризационного световодного разветвителя (волоконно или интегрально-оптического) или поляризационного куба, отражающего или пропускающего световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации.

Блок преобразования единиц 17, предназначен для преобразования всех групп разрядов страницы B^* в связи с переносом в них единицы переноса из страницы A. Блок 17 может быть выполнен, например, из узла разведения изображений 18 с выходами 28-1 и 28-2 и узла сведения изображений 19 с выходами 29-1 и 29-2. Узлы разведения 18 и сведения 19 изображений могут быть выполнены, например, из волоконно-оптических или интегрально-оптических разветвителей (объединителей) или волоконно-оптических жгутов.

Блок сведения изображений 20 с входами 30-1.30-4, соответственно с 1 по 4, предназначен для объединения изображений страниц результатов, полученных в блоках 3, 11, 16, 17, в изображение страницы суммы операндов, поступающих на вход сумматора. Блок 20 может состоять например, из волоконно-оптических жгутов или матриц волоконно-оптических или интегрально-оптических объединителей с входными ветвями 30-1.30-4.

Оптический сумматор работает следующим образом.

Парафазные оптические или электрические сигналы страниц слагаемых поступают на блоки ввода 1, 2, в которых они размножаются, а электрические сигналы могут преобразовываться в оптические (в зависимости от способа ввода информации в логические узлы 4.6) и поступают на входы узлов 4.6 блока 3. После выполнения логических операций и фильтрации оптических сигналов фильтрации 7. 9 на выходах 21-1.21-3 блока 3 появятся соответственно страницы оптических сигналов парафазных единиц страницы A и B и страница оптических сигналов парафазных нулей страница C. В страницах A, B и C каждый оптический парафазный сигнал соответствует наличию в одноименных разрядах обеих входных страниц слагаемых соответственно только единиц, разноименных двоичных знаков и только нулей.

Блоком разведения изображений 10 оптические сигналы страницы A размножаются и направляются по каналу 22-1 на вход блока сложения единиц 11, а по каналу 22-2 на вход блока анализа переноса 14. Схема выполнения операций блоком 11 поясняется на фиг. 2. Узлы 12 и 13 блока сложения единиц 11 оптически связаны таким образом, что каждый парафазный оптический сигнал с выхода 23-1 переходит в ближайший старший парафазный разряд входа 24-1, а каждый оптический сигнал старшего парафазного полуразряда выхода 23-2 переходит в одноименный младший парафазный полуразряд входа 24-2. Это можно достичь, например, за счет соответствующего смещения стыкуемых торцов матриц разветвителей и объединителей, как показано на фиг. 2. При этом мощность оптических сигналов на входе 24-1 должна быть больше, чем на входе 24-2. Полученный на выходе узла 13 результат сложения единиц направляется на вход 10-1 блока сведения изображений 20.

Схема блока анализа 14 и схема выполнения им операций изображения на фиг.3. На его входы одновременно по каналам 22-2 и 26-1 поступают оптические сигналы страниц A и B, а на выходе появляются управляющие сигналы, соответствующие только тем разрядам страницы B, в которые осуществляется перенос единицы из ближайшего единичного разряда страницы A. Управляющие сигналы с выхода 25 блока 14 поступают на управляемый блок разведения изображений 16, который, например, переключает плоскость поляризации соответствующих оптических сигналов страницы B, поступающих на блок 16 через блок 15 с блока 3, на 90^o и направляет их в канал 27-2 (страница B^*) а остальные сигналы (страница B⁰) непосредственно по каналу 27-1 поступают на вход 30-3 блока 20.

Схема выполнения операций над страницей B^* блоком преобразования единиц 17 поясняется фиг. 4. Узлы 18 и 19 блока 17 оптически связаны таким образом, что каждому парафазному разряду на выходе 28-1 соответствует ближайший старший парафазный разряд на входе 29-1, а каждому полуразряду на выходе 28-2 соответствует ближайший младший полуразряд одноименного разряда на входе 29-2. Это можно достичь, например, за счет соответствующего смещения стыкуемых торцов матриц разветвителей и объединителей, как показано на фиг. 4. При этом мощность (P) оптических сигналов на входе 29-2 должна быть больше мощности сигналов на входе 29-1. Результат направляется на вход 30-2 блока 20.

Оптические сигналы страницы C с выхода 21-3 блока 3 непосредственно поступают на вход 30-4 блока 20. При этом должно соблюдаться следующее соотношение мощностей оптических сигналов: P_19-2>P_19-1>P_13-1>P_13-2>P_20-4.

Страницы оптических сигналов, поступившие на вход блока сведения изображений 20, объединяются им в единую выходную страницу оптических сигналов таким образом, что сигнал единиц переноса накладываются на менее мощные сигналы младших парафазных разрядов соседних страниц и в этих разрядах появляются оптические сигналы парафазных единиц. Полученная в блоке 20 страница оптических сигналов является выходной страницей сумматора и представляет собой сумму его входных страниц.

Использование предлагаемого оптического сумматора позволит в 10²-10⁴ раз повысить производительность, надежность и компактность такого рода устройств.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технической задачей является повышение производительности, надежности и компактности сумматора. В состав оптического сумматора входят блоки ввода 1, 2, блок 3 разложения изображений, состоящий из оптических узлов 4, 5 и 6 конъюнкции, сложения по модулю два и дизъюнкции, фильтров 7, 8 единиц фильтра 9 нулей; блок 10 разведения изображений, блок 11 сложения единиц, состоящий из узлов 12 и 13 разведения и сведения изображений, блок 14 анализа переноса, блок 15 разведения изображений, управляемый блок разведения изображений, блок 17 преобразования единиц, состоящий из узлов 18 и 19 разведения и сведения изображений, и блок 20 сведения изображений. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Оптический сумматор, содержащий первый и второй блоки ввода изображений, входы которых являются, соответственно, первым и вторым входами оптического сумматора, отличающийся тем, что введены блок разложения изображений, блок сложения единиц, блок преобразования единиц, первый и второй блоки разведения изображений, блок анализа переноса и управляемый блок разведения изображений, причем выходы блоков ввода связаны с соответствующими входами блока разложения изображений, выход двойных единиц которого оптически связан с входом первого блока разведения изображений, первый выход которого оптически связан с входом блока сложения единиц, выход которого оптически связан с первым входом блока сведения изображений, второй вход которого оптически связан с выходом блока преобразования единиц, вход которого оптически связан с вторым выходом управляемого блока разведения изображений, первый выход которого оптически связан с третьим входом блока сведения изображений, четвертый вход которого оптически связан с выходом нулей блока разложения изображений, выход единиц которого оптически связан с входом второго блока разведения изображений, первый выход которого оптически связан с первым входом блока анализа переноса, второй вход которого оптически связан с вторым выходом первого блока разведения изображений, выход блока анализа переноса связан с управляемым входом управляемого блока разведения изображений, вход которого оптически связан с вторым выходом второго блока разведения изображений, выход блока сведения изображений является выходом оптического сумматора. 2. Сумматор по п.1, отличающийся тем, что блок разложения изображений содержит оптический узел конъюнкции, оптический узел сложения по модулю два, оптический узел дизъюнкции, первый и второй фильтры единиц и фильтр нулей, причем первые и вторые входы оптических узлов конъюнкции, сложения по модулю два и дизъюнкции являются входами блока разложения изображений с первого по третий и с четвертого по шестой, выходы оптических узлов конъюнкции и сложения по модулю два оптически связаны с входами соответственно первого и второго фильтров единиц, выходы которых являются соответственно выходом двойных единиц и выходом единиц блока разложения изображений, выходом нулей которого является выход фильтра нулей, вход которого оптически связан с выходом узла дизъюнкции. 3. Сумматор по п.1, отличающийся тем, что блок сложения единиц содержит первый узел разведения изображений, вход которого является входом блока сложения единиц, и первый узел сведения изображений, выход которого является выходом блока сложения единиц, первый выход первого узла разведения изображений так оптически связан с первым входом первого узла сведения изображений, что каждый его парафазный разряд является ближайшим старшим парафазным разрядом на первом входе первого узла сведения изображений, второй вход которого так оптически связан с вторым выходом первого узла разведения изображений, что каждый его старший парафазный полуразряд является одноименным младшим парафазным полуразрядом второго входа первого узла сведения изображений, причем мощность его оптических сигналов меньше, чем на первом входе. 4. Сумматор по п.1, отличающийся тем, что блок преобразования единиц содержит второй узел разведения изображений, вход которого является входом блока преобразования единиц и второй узел сведения изображений, выход которого является выходом блока преобразования единиц, первый выход второго узла разведения изображений так оптически связан с первым входом второго узла сведения изображений, что каждый его парафазный разряд является ближайшим старшим парафазным разрядом первого входа второго узла сведения изображений, второй вход которого так оптически связан с вторым выходом второго узла разведения изображений, что каждый его старший парафазный полуразряд является одноименным младшим парафазным полуразрядом второго входа второго узла сведения изображений, при этом мощность его оптических сигналов больше, чем на первом входе. 5. Сумматор по п.1, отличающийся тем, что блок анализа переноса содержит третий узел сведения изображений, фотоприемный узел и электронный логический узел, причем первый и второй входы третьего узла сведения изображений являются соответственно первым и вторым входами блока анализа переноса, выходом которого является выход электронного логического узла, вход которого через фотоприемный узел связан с выходом третьего узла сведения изображений.