ОПТИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ СТРАНИЧНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ КВАДРАТНЫХ КОРНЕЙ С ПЛАВАЮЩЕЙ ТОЧКОЙ Российский патент 1999 года по МПК G06E1/04 G02F3/00 G11C11/42 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в различных вычислительных устройствах при обработке информации в разнообразных радиолокационных, радионавигационных и вычислительных системах как наземного, так и бортового базирования.

Наиболее близким к предлагаемому является оптический страничный вычислитель квадратного корня [1], содержащий входной оптический регистр, вход которого является входом цифрового вычислителя, оптический сдвиговый регистр и выходной оптический регистр, выход которого является выходом цифрового вычислителя. Основным недостатком данного устройства является относительно невысокая точность и надежность вычислений.

Техническим результатом является повышение точности и надежности устройства.

Это достигается тем, что в оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой, содержащий входной оптический регистр, выход которого является входом цифрового вычислителя, оптический сдвиговый регистр и выходной оптический регистр, выход которого является выходом цифрового вычислителя, введены матрицы световодов с первой по пятую, источник излучения, оптический расширитель, оптическая маска парафазных "0", оптический фильтр парафазных "1", оптический вычислитель квадратных корней мантисс, причем выходы n (где n = 2, 3, 4 ... N, а N - число ячеек регистра порядков) разрядов порядков входного оптического регистра через первую и вторую матрицы световодов оптически связаны с (n-1)-ми старшими разрядами порядков выходного оптического регистра, два младших разряда которого через вторую матрицу световодов, оптическую маску парафазных "0", оптический расширитель связаны с оптическим выходом источника излучения, оптические выходы мантисс оптического регистра через третью матрицу световодов оптически связаны с информационным входом оптического сдвигового регистра, управляемый вход которого оптически связан с младшим разрядом порядков входного оптического регистра, оптические выходы оптического сдвигового регистра через четвертую матрицу световодов, оптический вычислитель квадратных корней мантисс, пятую матрицу световодов оптически связаны с оптическими входами мантисс выходного оптического регистра.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство обладающее более чем 10 - 100 раз большей точностью и надежностью вычислений.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе оригинального оптического алгоритма вычисления квадратных корней из чисел с плавающей точкой и применения в вычислителе оригинальных световодных способов и схем связи и передачи страниц операндов, оригинального метода формирования младшего разряда порядков подкоренных операндов, оптической маски парафазных "0", оптического фильтра парафазных "1" удалось построить оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой, обладающий вышеуказанными достоинствами.

Таким образом, предложенный вычислитель обладает свойствами, не присущими известным устройствам. Это объясняется 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 приведена схема оптического цифрового страничного вычислителя квадратных корней с плавающей точкой.

Оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой содержит входной оптический регистр 1, имеющий разряды порядков 1-1 (регистр порядков) и разряды мантисс 1-2 (регистр мантисс), и оптические вход и выходы порядков и мантисс; матрицу световодов 2; источник излучения 3, имеющий оптический выход; оптический расширитель 4; оптическую маску парафазных "0" 5; матрицу световодов 6; оптический фильтр парафазных "1" 7; матрицу световодов 8; оптический сдвиговый регистр 9, имеющий информационный и управляемый входы и оптические выходы; матрицу световодов 10; оптический вычислитель квадратных корней мантисс 11, имеющий оптические входы и выходы; матрицу световодов 12; выходной оптический регистр 13, имеющий разряды порядков 13-1 и разряды мантисс 13-2 и соответствующие им оптические входы порядков и мантисс и выход.

Входной оптический регистр 1 предназначен для ввода в вычислитель страниц подкоренных выражений в виде оптических парафазных сигналов, в том числе с преобразованием их из электрических. При электрическом вводе страниц операндов регистр может состоять из связанных между собой электронной памяти, например, на регистрах и матрицы лазерных диодов, а при оптическом вводе на входе регистров дополнительно располагается матрица фотоприемников.

Матрица световодов 2 предназначена для передачи оптических сигналов с регистра порядка 1-1 и может быть выполнена, например, в виде волоконно-оптического жгута или на основе интегрально-оптических световодов.

Источник излучения 3 предназначен для освещения оптической маски парафазных "0". В качестве источника излучения 3 может использоваться, например, лазерный диод.

Оптический расширитель 4 служит для обеспечения возможности освещения пучком источника излучения 3 всей оптической маски парафазный "0" и может быть выполнен, например, в виде фокона.

Оптическая маска парафазных "0" 5 предназначена для ввода в младшие два разряда порядков регистра 13 парафазных нулей и может быть выполнена, например, в виде фототрафарета двухразрядных парафазных нулей.

Матрица световодов 6 служит для передачи оптических сигналов в разряде порядков регистра 13 и может быть выполнена на основе волоконно-оптических или интегрально-оптических световодов.

Оптический фильтр парафазных "1" 7 предназначен для формирования оптических управляющих сигналов для оптического сдвигающего регистра 9 и может быть выполнен в виде фототрафарета одноразрядных парафазных "1".

Матрица световодов 8 служит для передачи оптических сигналов разрядов мантисс 1-2 и может быть выполнена на основе волоконно-оптических или интегрально-оптических световодов.

Оптический сдвиговый регистр 9 предназначен для сдвига мантисс операндов на один разряд и может быть выполнен в виде управляемого раствора переключателей поляризации и пластинки двулучепреломляющего кристалла или матрицы поляризационных разветвителей.

Матрица световодов 10 служит для передачи оптических сигналов с регистра 9 на вычислитель 11 и может быть выполнена на основе волоконнооптических или интегрально-оптических световодов.

Оптический вычислитель квадратных корней 11 предназначен для извлечения квадратных корней из страниц мантисс. В качестве такого вычислителя может использоваться, например, [1].

Матрица световодов 12 служит для передачи оптических сигналов с вычислителя 11 в разряды мантисс регистра 13.

Выходной оптический регистр 13 предназначен для формирования, хранения и выдачи результата и может быть выполнен, например, из последовательно соединенных матрицы фотоприемников и электронных регистров при электрическом выходе или на выходе может располагаться матрица лазерных диодов при оптическом выходе.

Алгоритм выполнения операций.

В предложенном оптическом цифровом страничном вычислителе с плавающей точкой операция извлечения квадратных корней из страниц операндов выполняется по следующему алгоритму.

При извлечении квадратного корня порядок подкоренного выражения приводится к четному числу. Для обеспечения четности порядка для любого операнда в спецпроцессоре в его младшем разряде всегда хранится нуль, а мантисса сдвигается на один разряд влево, если порядок входного операнда нечетен. После этого порядок умножается на два путем сдвига на один разряд влево, а их мантиссы извлекается квадратный корень. Результат в любом случае сразу оказывается нормализованным.

Работа вычислителя. Оптический цифровой вычислитель с плавающей точкой работает следующим образом. Входная страница операндов поступает на вход входного оптического регистра 1. Оптические сигналы порядков слов с выходов разрядов порядков 1-1 через матрицы световодов 2 и 6 поступают в разряды порядков 13-1 выходного оптического регистра 13. При этом торец матрицы световодов 2 сдвинут относительно торца матрицы световодов 6 влево на один парафазный разряд. Аналогично на один парафазный разряд влево сдвинут торец матрицы световодов 6 на входе разрядов порядков 13-1 выходного оптического регистра 13. С помощью источника излучения 3, оптического расширителя 4 и двухразрядной оптической маски парафазных "0" 5 в младшие два разряда порядков регистра 13 вводятся парафазные нули. Во входной торец матрицы световодов 2 вводятся все разряды порядков 1-1 регистра 1 за исключением младшего. Младший разряд порядков 1-1 через одноразрядный оптический фильтр парафазных "1" 7, выделяющий единичные младшие разряды операндов, поступает на управляемый вход оптического сдвигающего регистра 9 в качестве управляющих сигналов.

Оптические сигналы страницы мантисс через матрицу световодов 8 поступают на оптический сдвигающий регистр 9, в котором сдвигаются на один разряд влево только те операнды, на соответствующих управляющих входах регистра 9 которых присутствуют сигналы единиц. Оптические сигналы с регистра 9 через матрицу световодов 10 поступают на вычислитель 11, который выполняет операцию извлечения квадратных корней из страницы мантисс и передает результат через матрицу световодов 12 в разряды мантисс 13-2 выходного оптического регистра 13. Выходной оптический регистр 13 формирует и хранит результат вычисления и при необходимости передает его на внешние устройства.

Использование изобретения позволит реализовать оптическими методами операцию квадратных корней в различных вычислительных устройствах, увеличивая в 10-100 раз их точность и надежность вычислений. Такие устройства могут широко применяться в разнообразных радиолокационных, радионавигационных и вычислительных системах как наземного так и бортового базирования.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для обработки информации в вычислительных системах. Техническим результатом является повышение точности и надежности устройства. Оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой содержит входной оптический регистр, матрицу световодов, источник излучения, оптический расширитель, оптическую маску парафазных "0", матрицу световодов, оптический фильтр парафазных "1", матрицу световодов, сдвиговый регистр, матрицу световодов, оптический вычислитель квадратных корней мантисс, матрицу световодов, выходной оптический регистр. 1 ил.

Оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой, содержащий входной оптический регистр, вход которого является входом цифрового вычислителя, оптический сдвиговый регистр и выходной оптический регистр, выход которого является выходом цифрового вычислителя, отличающийся тем, что введены матрицы световодов с первой по пятую, источник излучения, оптический расширитель, оптическая маска парафазных "0", оптический фильтр парафазных "1", оптический вычислитель квадратных корней мантисс, причем выходы n (где n = 2, 3, 4 ..., N, а N - максимальное число разрядов порядков) разрядов порядков входного оптического регистра через первую и вторую матрицы световодов оптически связаны с (n - 1)-ми старшими разрядами порядков выходного оптического регистра, два младших разряда которого через вторую матрицу световодов, оптическую маску парафазных "0", оптический расширитель связаны с оптическим выходом источника излучения, оптические выходы мантисс входного оптического регистра через третью матрицу световодов оптически связаны с информационным входом оптического сдвигового регистра, управляемый вход которого через оптический фильтр парафазных "1" оптически связан с младшим разрядом порядков входного оптического регистра, оптические выходы оптического сдвигового регистра через четвертую матрицу световодов, оптический вычислитель квадратных корней мантисс, пятую матрицу световодов оптически связаны с оптическими входами разрядов мантисс выходного оптического регистра.