ОПТИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ АССОЦИАТИВНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОРРЕЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК G11C11/42 G06E1/04 

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

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многоканальный ассоциативный оптический коррелятор для запоминающего устройства [1] содержащий блок оптического размножения, блок оптических модуляторов, блок оптического объединения, блок спектральных демультиплексоров и блок спектральных мультиплексоров, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического размножения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптических модуляторов, выходы каждой группы ячеек которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического объединения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока спектральных демультиплексоров и выходной регистрирующий блок, выход которого является выходом коррелятора. Основными недостатками данного устройства являются относительно низкие производительность и надежность.

Техническим результатом является повышение производительности, надежности и компактности, а также упрощение конструкции коррелятора.

Это достигается тем, что в оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор, содержащий блок оптического размножения, блок оптических модуляторов, блок оптического объединения, блок спектральных демультиплексоров, фотоприемный блок и блок спектральных мультиплексоров, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптических модуляторов, выходы каждой группы ячеек которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического объединения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока спектральных демультиплексоров, и выходной регистрирующий блок, выход которого является выходом коррелятора, введены первый и второй входные буферные блоки, блок временных мультиплексоров, блок временных демультиплексоров, причем вход первого входного буферного блока является первым входом коррелятора, каждая группа выходов первого входного буферного блока связана с одноименными входами соответствующего мультиплексора блока временных мультиплексоров, выход которого оптически связан с одноименным входом блока спектральных мультиплексоров, второй вход блока оптических модуляторов подключен к выходу второго входного буферного блока, вход которого является вторым входом коррелятора, выходы блока спектральных демультиплексоров оптически связаны с одноименными входами блока временных демультиплексоров, каждая группа выходов которого оптически связана с соответствующей группой входов выходного регистрирующего блока.

А также тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет электрические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы.

А также тем, что блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и электрические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы.

А также тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет оптические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы, а блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и оптические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы.

А также тем, что первый и второй входные буферные блоки выполнены в виде электронных запоминающих устройств с оптическими выходами, а выходной регистрирующий блок выполнен в виде электронного запоминающего устройства с оптическими входами.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство, обладающее более чем в 10-100 раз большим быстродействием, количеством одновременно обрабатываемых ассоциативных признаков и признаков опроса, надежностью, а также меньшими габаритами по сравнению с известными устройствами и прототипом.

Сущность изобретения заключается в том, что за счет использования в устройстве совместно спектрального и временного уплотнения резко снижаются требования ко всем параметрам оптоэлектронных блоков, в том числе и к их размерности, что приводит к возможности практического повышения объема обрабатываемой информации, надежности, упрощении конструкции и достигнуть производительности ≈10¹³опер/с.

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

Сравнение предлагаемого устройства с известными свидетельствует о соответствии его критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков предлагаемого устройства о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже (а и б ортогональные проекции) приведена функциональная схема оптического цифрового ассоциативного многоканального коррелятора.

Коррелятор содержит первый входной буферный блок 1, блок 2 временных мультиплексоров, блок 3 спектральных мультиплексоров, блок 4 оптического размножения, блок 5 оптических модуляторов, второй входной буферный блок 6, блок 7 оптического объединения, блок 8 спектральных демультиплексоров, выходной регистрирующий блок 10.

Первый входной буферный блок 1 служит для приема данных (например, ассоциативных признаков) от внешних устройств, их компоновки и хранения и может быть выполнен, например, в виде электронной памяти с электрическими или оптическими выходами, в зависимости от выполнения блока 2. Во втором случае разряды каждой группы признаков отображаются оптическими сигналами с одинаковой длиной волны, отличной от длин волн оптических сигналов, на которых отображаются остальные группы признаков в блоке 1.

Блок 2 временных мультиплексоров предназначен для временного уплотнения входных каналов. Блок 2 может быть выполнен, например, в виде групп оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет либо электрические входы и оптический выход, либо оптические входы и выходы. При первом варианте исполнения разряды всех признаков отображаются на выходе каждой группы мультиплексоров в виде оптических сигналов с одинаковой длиной волны, отличной от длин волн оптических сигналов, на которых отображаются остальные группы признаков в блоке 2.

Блок 3 спектральных мультиплексоров предназначен для объединения оптических сигналов с разными длинами волн в соответствующий единый многоволновой (многоцветный) оптический сигнал и может быть выполнен, например, в виде группы волоконно-оптических или интегрально-оптических объединителей или в виде группы волноводных линз. Блок 3 может быть выполнен также в виде голограммы или из объемных цилиндрических линз.

Блок 4 оптического размножения предназначен для размножения многоволнового (многоцветного) оптического сигнала и может быть выполнен, например, в виде группы волоконно-оптических или интегрально-оптических разветвителей, или в виде группы волноводных линз, или в виде голограммы.

Блок 5 оптических модуляторов предназначен для отображения, например, признаков опроса, и может быть выполнен, например, в интегральном виде на основе электрооптического кристалла.

Второй входной буферный блок 6 служит для приема данных (например, признаков опроса) от внешних устройств, их компоновки и хранения и может быть выполнен, например, в виде электронной памяти.

Блок 7 оптического объединения предназначен для объединения многоволновых (многоцветных) оптических сигналов,соответствующих различным разрядам каждого признака, в единый многоволновой (многоцветный) оптический сигнал, каждый из которого соответствует определенному признаку. Блок 7 может быть выполнен, например, в виде группы волоконно-оптических или интегрально-оптических объединителей, или в виде группы интегральных линз, или в виде голограммы или объемных цилиндрических линз.

Блок 8 спектральных демультиплексоров предназначен для разделения многоволнового (многоцветного) оптического сигнала на составляющие его одноволновые (одноцветные) сигналы, и может быть выполнен, например, на основе группы сплавных ответвителей из одномодовых волоконных световодов или интегральных световодов, или гофрированных волноводных структур, или же на основе дифракционных решеток или голограмм.

Блок 9 временных демультиплексоров предназначен для временного разуплотнения выходных каналов. Блок 9 может быть выполнен, например, в виде групп оптоэлектронных модулей демультиплексоров, каждый из которых имеет либо оптический вход и электрические выходы, либо оптические входы и выходы.

Выходной регистрирующий блок 10 служит для определения совпадения ассоциативных признаков с признаками опороса их компоновки и хранения и может быть выполнен, например, в виде электронной памяти или интегральной матрицы фотоприемников, сопряженной с электронной памятью.

Оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор работает следующим образом.

Ассоциативные признаки данных подаются, например, на вход 1 и через первый входной буферный блок 1 поступают на блок 2 временных мультиплексоров, который осуществляет временное уплотнение сигналов, отображающих признаки. Блок 2 передает с разделением во времени каждую n-ю (где n=1,2,3.N, а N - число мультиплексоров в столбце блока 2) группу, состоящую из m (где m= 1,2,3,M, M максимальное число входов каждого мультиплексора блока 2) ассоциативных признаков, каждый из которых присутствует на отдельной m-й строке входов n-й строки (линейки) мультиплексоров на соответствующую одну n-ю строку их выходов n-я строка выходов блока 2. Таким образом, каждой n-й группе из m ассоциативных признаков на входе блока 2 соответствует одна n-я строка оптических сигналов на его выходе. Эта строка сигналов отображает на n-ом выходе блока 2 все p-ые (где p=1,2,3,S, S максимальное число разрядов в m-ом признаке n-й группы) разряды n-й группы признаков на одной и той же длине волны λ_n, отличной от длин волн, на которых отображаются остальные (n-1)-е группы признаков.

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, за которым следует во времени опорный сигнал. Опорный сигнал в последнем случае формируется, например, когда все излучательные элементы блока 2, отображающие все разряды каждой группы ассоциативных признаков, излучают свет, т.е. отображают "1" в простом коде [1]
На вход 2 поступают K (где K=1,2,3,Z, Z число строк в блоке 5 оптических модуляторов) признаков опроса, 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 K-й признак опроса занимает, например, соответствующую K-ю строку блока 5, а при подаче опорного сигнала в каждой K-й строке блока 5 остается открытой, например, только одна ячейка (остальные закрыты), т.е. в каждой строке блока 5 отображается только одна двоичная "1" остальные "0", все в простом коде.

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

Оптические сигналы, отображающие одноименные p-е-разряды всех n-х групп ассоциативных признаков, объединяются соответствующими мультиплексорами блока 3 спектральных мультиплексоров в единые n-цветные оптические сигналы. Блок 4 оптического размножения размножает эти оптические сигналы на K строк одинаковых пучков, которые направляются на все ячейки блока 5 оптических модуляторов, отображающие p-е разряды всех K признаков опроса.

Так как оптические сигналы, отображающие одноименные p-е двоичные разряды всех nm-х ассоциативных признаков на различных длинах волн и при временном уплотнении, проходят через все ячейки блока 5, отображающие соответствующие p-е разряды всех K признаков опроса, то осуществляется оптическое умножение всех nm-х ассоциативных признаков на все K признаков опроса, и при этом оптические сигналы произведений спектрально и по времени разделены.

Многоцветные оптические сигналы, соответствующие всем p разрядам каждого K-го признака опроса, блоком 7 оптического объединения объединяются в единый сигнал, который поступает на блок 8 спектральных демультиплексоров. Блок 8 направляет каждую n-ю спектральную составляющую многоцветного оптического сигнала на соответствующий вход блока 9 временных демультиплексоров, который направляет каждую m-ю временную составляющую сигнала на соответствующий nmK-й вход выходного регистрирующего блока 10. При этом блок 10 на своем входе с координатами nmK регистрирует оптический сигнал, соответствующий nm-му ассоциативному признаку и K-му признаку опроса. Координаты n, m и K входа блока 10, на котором сигнал от оптического опорного сигнала превышает сигнал от оптического сигнала основных разрядов, определяют соответственно nm-й ассоциативный признак и K-й признак опроса, по которым произошло совпадение. Код адреса этого nmK-го входа и выдается на выход коррелятора. Таким образом производится определение адреса ассоциативного признака в массиве ассоциативных признаков и адреса признака опроса в массиве признаков опроса, по которым произошло совпадение.

Использование предлагаемого оптического цифрового ассоциативного многоканального коррелятора позволит более чем в 10-100 раз повысить производительность, надежность, количество одновременно обрабатываемых признаков и компактность такого рода устройств.

Изобретение относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение производительности, надежности, компактности, а также упрощение конструкции коррелятора. Оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор содержит первый входной буферный блок, блок временных мультиплексоров, блок спектральных мультиплексоров, блок оптического размножения, блок оптических модуляторов, второй входной буферный блок, блок оптического объединения, блок спектральных демультиплексоров, блок временных демультиплексоров и выходной регистрирующий блок. Оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор, решая задачу ассоциативного поиска данных в различных устройствах по большому количеству признаков опроса, позволяет более чем в 10-100 раз повысить производительность, надежность, количество одновременно обрабатываемых признаков и компактность такого рода устройств. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор, содержащий блок оптического размножения, блок оптических модуляторов, блок оптического объединения, блок спектральных демультиплексоров и блок спектральных мультиплексоров, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического размножения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптических модуляторов, выходы каждой группы ячеек которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического объединения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока спектральных демультиплексоров, и выходной регистрирующий блок, выход которого является выходом коррелятора, отличающийся тем, что в коррелятор введены первый и второй входные буферные блоки, блок временных мультиплексоров, блок временных демультиплексоров, причем вход первого входного буферного блока является первым входом коррелятора, каждая группа выходов первого входного буферного блока связана с одноименными входами соответствующего мультиплексора блока временных мультиплексоров, выход которого оптически связан с одноименным входом блока спектральных мультиплексоров, второй вход блока оптических модуляторов подключен к выходу второго входного буферного блока, вход которого является вторым входом коррелятора, выходы блока спектральных демультиплексоров оптически связаны с одноименными входами блока временных демультиплексоров, каждая группа выходов которого оптически связана с соответствующей группой входов выходного регистрирующего блока. 2. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет электрические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы. 3. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и электрические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы. 4. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет оптические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы, а блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и оптические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы
5. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй входные буферные блоки выполнены в виде электронных запоминающих устройств с оптическими выходами, а выходной регистрирующий блок выполнен в виде электронного запоминающего устройства с оптическими входами.