ОПТИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ НОРМАЛИЗАТОР Российский патент 1999 года по МПК G06E1/00 G02F3/00 

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптических и оптоэлектронных вычислительных системах и устройствах различного назначения, например, в оптических сумматорах с плавающей точкой для выполнения операции нормализации чисел в странице информации.

Известен оптический цифровой многоканальный сдвигающий регистр, содержащий блок ввода информации, блок смещения изображений и оптические мультиплексор и демультиплексор. Основным недостатком этого устройства является невозможность выполнения операции нормализации слов в странице информации в автоматическом режиме.

Наиболее близким техническим решением является оптический страничный преобразователь для оптоэлектронного запоминающего устройства, содержащий оптический цифровой многоканальный сдвигающий регистр и оптический сумматор. Основными недостатками данного устройства являются относительно невысокие быстродействие и надежность, а также его громоздкость.

Техническим результатом является повышение быстродействия, надежности, компактности, а также упрощение конструкции устройства.

Это достигается тем, что в оптический цифровой многоканальный нормализатор, содержащий оптический цифровой многоканальный сдвигающий регистр и оптический сумматор, введены входной распределительный блок, оптический цифровой фильтр, оптоэлектронный управляющий блок, оптоэлектронный дешифратор, причем вход входного распределительного блока является оптическим входом нормализатора, первый выход мантисс входного распределительного блока через оптический цифровой фильтр оптически связан со входом оптоэлектронного управляющего блока, группа управляющих выходов которого подключена к группе одноименных управляемых входов оптического цифрового многоканального сдвигающего регистра, информационный вход которого оптически связан со вторым выходом мантисс входного распределительного блока, выход порядков которого оптически связан с первым входом оптического сумматора, второй вход которого оптически связан через оптоэлектронный дешифратор с группой выходов разрядов сдвига мантисс оптоэлектронного управляющего блока, выход оптического цифрового многоканального сдвигающего регистра является оптическим выходом мантисс нормализатора, оптическим выходом порядков которого является выход оптического сумматора.

А также тем, что оптоэлектронный управляющий блок содержит фотоприемный узел, узел схем конъюнкции и узел формирователей управляющих сигналов, причем оптический вход фотоприемного узла является входом оптоэлектронного управляющего блока, выходы фотоприемного узла, соответствующие всем разрядам мантиссы, кроме старшего, подключены соответственно к первым входам схем конъюнкции узла схем, выход каждой из которых подключен к соответствующему входу формирователя управляющих сигналов узла формирователей и ко второму входу схемы конъюнкции предыдущего разряда мантиссы, выход фотоприемного узла, соответствующий старшему разряду мантиссы, подключен к соответствующему формирователю управляющих сигналов узла формирователей и второму входу схемы конъюнкции узла схем предшествующего разряда мантиссы, группы выходов узла формирователей управляющих сигналов являются соответственно управляющей группой выходов и группой выходов разрядов сдвига мантисс 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 10-100 раз большим быстродействием, надежностью, а также меньшими габаритами по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения заключается в том, что за счет использования в устройстве оптической цифровой фильтрации, а также оптоэлектронного управления и дешифрации резко упрощается схема устройства, что приводит к возможности практического повышения быстродействия, надежности и компактности устройства.

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 фиг. 1 приведена функциональная схема оптического цифрового многоканального нормализатора; на фиг. 2 - оптическая схема входного распределительного блока; на фиг. 3 - схема оптоэлектронного управляющего блока.

Нормализатор содержит входной распределительный блок 1, вход которого является оптическим входом нормализатора и имеющий первый и второй выходы мантисс соответственно 2-1 и 2-2 и выход порядков 2-3; оптический цифровой фильтр 3, имеющий вход 2-1 и выход 4-1, оптоэлектронный управляющий блок 5, имеющий вход 4-1, группу 6-1 управляющих выходов и группу 6-2 выходов разрядов сдвига мантисс; оптический цифровой многоканальный сдвигающий регистр 7, выход которого является оптическим выходом мантисс нормализатора, и имеющий группу 8-1 управляемых входов и информационный вход 8-2; оптоэлектронный дешифратор 9, имеющий группу входов 6-2, оптический сумматор 10, выход которого является оптическим выходом порядков нормализатора и имеющий два входа 11-1 и 11-2.

Входной распределительный блок 1 служит для приема входной страницы информации от внешних устройств, разделения и разведения оптических сигналов, отображающих разряды мантисс слов страницы информации на выходы 2-1 и 2-2, а разряды порядков - на выход 2-3. Блок 1 может быть выполнен, например, /фиг. 2/ из: жгута волоконных световодов 12, светоделителя 13 и жгута волоконных световодов 14.

Оптический цифровой фильтр 3 предназначен для цифровой оптической фильтрации оптических сигналов парафазных мантисс, поступающих по входу 2-1 и выдачи на выход 4-1 отфильтрованных оптических сигналов в простом коде. Фильтр 3 представляет собой, например, фильтр парафазных нулей и может быть выполнен, например, в виде трафарета-страницы парафазных нулей.

Оптоэлектронный управляющий блок 5 предназначен для выработки управляющих сигналов и передачи их на выходы 6-1 (для блока 7), а также для передачи на выходы 6-2 сигналов, соответствующих нулевым старшим разрядам мантисс вплоть до первого единичного разряда в каждой мантиссе. Блок 5 может быть выполнен, например, из (фиг. 3): фотоприемного узла 15, узла схем "И" (конъюнкции) 16 и узла формирователей управляющих сигналов 17, который формирует сигналы, необходимые для срабатывания, например, электрооптических переключателей поляризации оптического цифрового многоканального сдвигающего регистра 7. Узел 17 может быть выполнен, например, в виде стандартных электронных схем.

Оптический цифровой многоканальный сдвигающий регистр 7 предназначен для осуществления, согласно присутствующим на входе 8-1 управляющим сигналам, дискретного сдвига оптических сигналов мантисс каждого слова, поступающих на вход 8-2, в определенную позицию, отображающую сдвиг каждой мантиссы слова на соответствующее число разрядов. Регистр 7 может быть выполнен известным способом.

Оптоэлектронный дешифратор 9 предназначен для преобразования числа разрядов, на которое сдвигается мантисса страницы, в соответствующее двоичное число, равное сумме этих разрядов. Дешифратор 9 может быть выполнен, например, в виде электронных суммирующих счетчиков с оптическим выходом.

Оптический сумматор 10 предназначен для уменьшения порядка каждого слова на величину, соответствующую двоичной сумме разрядов сдвига мантиссы этого слова. Оптический сумматор 10 может быть выполнен на оптоэлектронных компонентах и иметь, например, два оптических входа 10-1 и 10-2.

Предположим, что слова в странице информации представлены числами с плавающей запятой. При фиксированном количестве разрядов мантиссы любая величина представляется с наибольшей возможной точностью нормализованным числом. В процессе вычислений может получиться ненормализованное число. В этом случае данный нормализатор автоматически нормализует его.

Пусть r старших разрядов мантиссы равны "0". Тогда нормализация заключается в сдвиге мантиссы на r единиц. При этом в младшие r разрядов мантиссы записываются "0".

Оптический цифровой многоканальный нормализатор работает следующим образом.

Оптические сигналы, переносящие страницу мантисс парафазной информации, поступают на вход нормализатора. С выхода 2-1 блока 1 оптические сигналы переносящие полную страницу мантисс, проходят через фильтр 3, который пропускает на вход 4-1 блока 5, например, только парафазные нули.

Управляющие сигналы, соответствующие старшим нулевым разрядам мантисс, с выхода 6-1 поступают на вход 8-1 блока 7 и обеспечивают сдвиг каждой мантиссы страницы на соответствующее число разрядов, необходимое для нормализации соответствующего числа.

С выхода 2-2 блока 1 оптические сигналы, отображающие разряды мантисс слов страницы информации, поступают на вход 8-2 блока 7, в котором они смещаются в определенные позиции в зависимости от соответствующих управляющих сигналов, поступивших на вход 8-1, обеспечивая поступление на выход 1 оптических сигналов нормализованной страницы мантисс информации.

Оптические сигналы, соответствующие старшим нулевым разрядам мантисс, с выхода 6-2 блока 5 поступают на оптоэлектронный дешифратор 9, который преобразует их в суммы.

С выхода 2-3 блока 1 оптические сигналы, переносящие страницу порядков входной страницы информации, поступают на вход 11-1 сумматора 10, на второй вход 11-2 которого поступают сигналы с блока 5. Оптический сумматор вычитает из каждого порядка страницы число, равное сумме разрядов, на которое сдвинута соответствующая мантисса, и выдает на выход 2 оптические сигналы, отображающие страницу порядков, соответствующую нормализованной странице мантисс.

Таким образом, оптические сигналы на выходах 1 и 2 нормализатора отображают нормализованную страницу информации.

Использование предлагаемого оптического цифрового многоканального нормализатора позволяет более чем в 100 раз повысить быстродействие, надежность и компактность такого рода устройств.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптических вычислительных системах. Техническим результатом является повышение быстродействия и надежности и упрощение устройства. Нормализатор содержит оптический цифровой многоканальный сдвигающий регистр, оптический сумматор, входной распределительный блок, оптический цифровой фильтр, оптоэлектронный управляющий блок и оптоэлектронный дешифратор. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Оптический цифровой многоканальный нормализатор, содержащий оптический цифровой многоканальный сдвигающий регистр и оптический сумматор, отличающийся тем, что введены входной распределительный блок, оптический цифровой фильтр, оптоэлектронный управляющий блок и оптоэлектронный дешифратор, причем вход входного распределительного блока является оптическим входом нормализатора, первый выход мантисс входного распределительного блока через оптический цифровой фильтр оптически связан с входом оптоэлектронного управляющего блока, группа управляющих выходов которого подключена к группе одноименных управляемых входов оптического цифрового многоканального сдвигающего регистра, информационный вход которого оптически связан с вторым выходом мантисс входного распределительного блока, выход порядков которого оптически связан с первым входом оптического сумматора, второй вход которого оптически связан через оптоэлектронный дешифратор с группой выходов разрядов сдвига мантисс оптоэлектронного управляющего блока, выход оптического цифрового многоканального сдвигающего регистра является оптическим выходом мантисс нормализатора, оптическим выходом порядков которого является выход оптического сумматора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоэлектронный управляющий блок содержит фотоприемный узел, узел схем конъюнкции, узел формирователей управляющих сигналов, причем оптический вход фотоприемного узла является входом оптоэлектронного управляющего блока, выходы фотоприемного узла, соответствующие всем разрядам мантиссы, кроме старшего, подключены соответственно к первым входам схем конъюнкции узла схем, выход каждой из которых подключен к соответствующему входу формирователей управляющих сигналов узла формирователей и к второму входу схемы конъюнкции предыдущего разряда мантиссы, выход фотоприемного узла, соответствующий старшему разряду мантиссы, подключен к соответствующему формирователю управляющих сигналов узла формирователей и к второму входу схемы конъюнкции узла схем предшествующего разряда мантиссы, группы выходов узла формирователей управляющих сигналов являются соответственно группой управляющих выходов и группой выходов разрядов сдвига мантисс блока.