ОПТИЧЕСКИЙ ЦИФРОВОЙ КОМПЬЮТЕР "АЛЕКС-ВЕРБ" АЛЕКСАНДРА ВЕРБОВЕЦКОГО Российский патент 2006 года по МПК G06E1/00 G06F15/76 G06F13/36 

Изобретение относится к вычислительной и информационной технике и может быть использовано для создания высокопроизводительной и отказоустойчивой многофункциональной компьютерной и информационной аппаратуры, в различных сферах деятельности Человека, в том числе в военной, ракетно-космической, экологической и бытовой сферах.

Известна оптоэлектронная вычислительная система с общей системной шиной [1], содержащая процессоры, оперативную и другие памяти, периферийные устройства, оптическую системную шину для обмена информацией между устройствами системы. Основным недостатком данной структуры является недостаточно высокое быстродействие из-за использования одной шины.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является оптоэлектронная вычислительная система [2], содержащая блоки памяти, интерфейс памяти, процессорные блоки, процессорный интерфейс, процессорные блоки ввода-вывода, интерфейс ввода-вывода, узлы управления селекторными и мультиплексными блоками, оптические интерфейсы периферии, селекторные и мультиплексные периферийные блоки. Основными недостатками данной структуры являются недостаточно высокое быстродействие, надежность и относительно узкие функциональные возможности.

Техническим результатом является повышение производительности, быстродействия, помехозащищенности и отказоустойчивости компьютеров, а также расширение их функциональных возможностей за счет одновременного и независимого аппаратного выполнения оптической процессорной обработки информации, оптической ассоциативной процессорной поисковой обработки информации и процессорной обработки сигналов управления.

Это достигается тем, что в оптический цифровой компьютер "АЛЕКС-ВЕРБ" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО, содержащий блоки памяти, каждый из которых через оптический интерфейс ввода/вывода оптически связан с общим системным интерфейсом, введены оптический процессорный блок, оптические процессоры, узлы памяти, общий оптический интерфейс процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптических процессоров, оптические интерфейсы ввода/вывода узлов памяти, оптический интерфейс ввода/вывода оптического процессорного блока, оптический ассоциативный поисковый процессорный блок, оптические ассоциативные поисковые процессоры, узлы памяти, общий оптический интерфейс ассоциативного поискового процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптических ассоциативных поисковых процессоров, оптические интерфейсы ввода/вывода узлов памяти, оптический интерфейс ввода/вывода оптического ассоциативного поиского процессорного блока, оптический цифровой сигнальный процессорный блок, оптические цифровые сигнальные процессоры, узлы памяти, общий оптический интерфейс оптического цифрового сигнального процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптических цифровых сигнальных процессоров, оптические интерфейсы ввода/вывода узлов памяти, оптический интерфейс ввода/вывода оптического цифрового сигнального процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптической интерфейсной сети компьютерной периферии, оптическая интерфейсная сеть компьютерной периферии, причем оптический интерфейс ввода/вывода каждого процессорного блока оптически связан с одноименным входом/выходом оптического системного интерфейса, соответствующие входы/выходы которого оптически связаны через одноименные оптические интерфейсы ввода/вывода оптической интерфейсной сети компьютерной периферии с соответствующими входами/выходами оптической интерфейсной сети компьютерной периферии, соответствующие оптические входы/выходы которой через одноименные оптические интерфейсы ввода/вывода оптической интерфейсной сети компьютерной периферии оптически связаны с соответствующими входами/выходами одноименных оптических процессорных блоков, оптические процессорные блоки каждого из которых через соответствующие оптические интерфейсы ввода/вывода оптически связаны с одноименным общим оптическим интерфейсом, соответствующие входы/выходы которого через одноименные оптические интерфейсы ввода/вывода связаны с одноименными узлами памяти.

А также тем, что оптический системный интерфейс и общие оптические интерфейсы процессорных блоков содержат одну единственную оптическую магистраль.

А также тем, что оптический системный интерфейс и общие оптические интерфейсы процессорных блоков содержат оптическую магистраль адресов, оптическую магистраль данных, оптическую магистраль управления.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство, обладающее более чем в 1000 раз большей производительностью, быстродействием, помехозащищенностью и надежностью, а также более широкими функциональными возможностями.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе использования оптических методов передачи сигналов, применения оптических шин, использующих в качестве передающей среды свободное пространство и/или световоды (волоконные и/или интегральные), оригинальных схем оптического ввода/вывода сигналов из блоков процессора, оригинальной структуры процессора создана архитектура оптического цифрового компьютера "АЛЕКС-ВЕРБ-1" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО, позволяющая существенно повысить производительность, быстродействие, помехозащищенность и надежность компьютеров, а также расширить функциональные возможности компьютерных технологий.

Таким образом, предложенный оптический цифровой компьютер "АЛЕКС-ВЕРБ-1" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО 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 приведена функциональная схема оптического цифрового компьютера "АЛЕКС-ВЕРБ-1" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО.

Оптический цифровой компьютер "АЛЕКС-ВЕРБ-1" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО содержит: блоки общей памяти 1-1...1-К, интерфейсы ввода/вывода 2-1...2-К блоков общей памяти 1, оптический системный интерфейс 3, оптический интерфейс ввода/вывода 4 оптического процессорного блока 7, оптический интерфейс ввода/вывода 5 оптического ассоциативного поискового процессорного блока 8, оптический интерфейс ввода/вывода 6 оптического сигнального процессорного блока 9, оптический процессорный блок 7, состоящий из оптических процессоров 7-1-1...7-1-N, оптических интерфейсов ввода/вывода 7-2-1...7-2-N оптических процессоров 7-1, общий оптический интерфейс 7-3 оптического процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода 7-4-1...7-4-М узлов памяти 7-5 оптического процессорного блока, узлы памяти 7-5-1...7-5-М оптического процессорного блока, оптический ассоциативный поисковый процессорный блок 8, состоящий из оптических ассоциативных поисковых процессоров 8-1-1...8-1-Р, оптических интерфейсов ввода/вывода 8-2-1...8-2-N оптических ассоциативных поисковых процессоров 8-1, общий оптический интерфейс 8-3 оптического ассоциативного поискового процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода 8-4-1...8-4-М узлов памяти 8-5 оптического ассоциативного поискового процессорного блока, узлы памяти 8-5-1...8-5-М оптического ассоциативного поискового процессорного блока, оптический цифровой сигнальный процессорный блок 9, состоящий из оптических цифровых сигнальных процессоров 9-1-1...9-1-F, оптических интерфейсов ввода/вывода 9-2-1...9-2-D оптических цифровых сигнальных процессоров 9-1, общий оптический интерфейс 9-3 оптического цифрового сигнального процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода 9-4-1...9-4-D узлов памяти 9-5 оптического цифрового сигнального процессорного блока, узлы памяти оптического цифрового сигнального процессорного блока 9-5-1...9-5-D, оптические интерфейсы ввода/вывода 10, 11, 12, 13, 14 оптической интерфейсной сети компьютерной периферии 15, оптическую интерфейсную сеть компьютерной периферии 15.

Блоки общей памяти 1-1...1-К могут состоять из групп, имеющих различное функциональное назначение, например групп оперативных памятей, постоянных памятей, массовых памятей, ассоциативных памятей, стековых памятей, буферных памятей и т.д., которые могут иметь различное физическое исполнение, например электронное, магнитное, оптоэлектронное, оптическое.

Оптические интерфейсы ввода/вывода 2-1...2-К блоков общей памяти 1 служат для обмена сигналами между блоками памяти 1-1...1-К и оптическим системным интерфейсом 3 и могут быть выполнены, например, на основе элементной базы световодной (волоконной и/или интегральной) оптики.

Оптический системный интерфейс 3 служит для передачи оптических сигналов между различными блоками оптического цифрового компьютера и может содержать одну единственную или несколько оптических магистралей, выполненных в виде одного или нескольких световодов (волоконных и/или интегральных) или свободного пространства.

Оптический интерфейс ввода/вывода 4 оптического процессорного блока 7 служит для обмена сигналами между оптическим системным интерфейсом 3 и оптическим процессорным блоком 7 и может быть выполнен, например, на основе элементной базы световодной (волоконной и/или интегральной) оптики.

Оптический интерфейс ввода/вывода 5 оптического ассоциативного поискового процессорного блока 8 служит для обмена сигналами между оптическим системным интерфейсом 3 и оптическим ассоциативным поисковым процессорным блоком 8 и может быть выполнен, например, на основе элементной базы световодной (волоконной и/или интегральной) оптики.

Оптический интерфейс ввода/вывода 6 оптического цифрового сигнального блока 9 служит для обмена сигналами между оптическим системным интерфейсом 3 и оптическим цифровым сигнальным блоком 9 и может быть выполнен, например, на основе элементной базы световодной (волоконной и/или интегральной) оптики.

Оптический процессорный блок 7 имеет архитектуру с общим оптическим интерфейсом и может состоять, например, из группы оптических процессоров 7-1-1...7-1-N, оптических интерфейсов ввода/вывода 7-2-1...7-2-N, общего оптического интерфейса 7-3 блока 7, оптических интерфейсов ввода/вывода 7-4-1...7-4-М и группы узлов памятей 7-5-1...7-5-М. Оптические процессоры 7-1-1...7-1-N, могут состоять из процессоров, имеющих различное функциональное назначение, например центральных процессоров, скалярных процессоров, векторно-конвейерных процессоров и т.д., которые могут быть выполнены подобно оптическому процессору "ВЕРБ-1" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО, описанному в заявке на патент № 2003124284/09. Оптические интерфейсы 7-2-1...7-2-N, 7-3-1, 7-4-1...7-4-М могут иметь то же выполнение, что и оптические интерфейсы 2-1...2-К, 3, 4, 5, 6. Группа узлов памятей 7-5-1...7-5-М может иметь такое же выполнение, как и блоки памяти 1-1...1-К.

Оптический ассоциативный поисковый процессорный блок 8 имеет архитектуру с общим оптическим интерфейсом и может состоять, например, из группы оптических ассоциативных поисковых процессоров 8-1-1...8-1-Р, интерфейсов ввода/вывода 8-2-1...8-2-Р, общего оптического интерфейса 8-3 блока 8, интерфейсов ввода/вывода 8-4-1...8-4-R и группы узлов памятей 8-5-1...8-5-R. Оптические ассоциативные поисковые процессоры 8-1-1...8-1-Р могут состоять из процессоров, имеющих различную структуру и функциональное назначение, которые могут быть выполнены, например, подобно оптическому ассоциативному поисковому процессору "ВЕРБ-2" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО, описанному в заявке на патент № 2003130034/09. Оптические интерфейсы 8-2-1...8-2-Р, 8-3-1, 8-4-1...8-4-R могут иметь то же выполнение, что и оптические интерфейсы 2-1...2-К, 3, 4, 5, 6. Группа узлов памятей 8-5-1...8-5-М, может иметь такое же выполнение, как и блоки памяти 1-1...1-К.

Оптический цифровой сигнальный процессорный блок 9 имеет архитектуру с общим оптическим интерфейсом и может состоять, например, из группы оптических цифровых сигнальных процессоров 9-1-1...9-1-F, интерфейсов ввода/вывода 9-2-1...9-2-F, общего оптического интерфейса 9-3 блока 9, интерфейсов ввода/вывода 9-4-1...9-4-D и группы узлов памятей 9-5-1...9-5-D. Оптические цифровые сигнальные процессоры 9-1-1...9-1-F могут состоять из процессоров, имеющих различную структуру и функциональное назначение, которые могут быть выполнены, например, подобно оптическому цифровому сигнальному процессору "ВЕРБ-3" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО, описанному в заявке на патент № 2003130697/09. Оптические интерфейсы 9-2-1...9-2-F, 9-3, 9-4-1...9-4-D могут иметь то же выполнение, что и оптические интерфейсы 2-1...2-К, 3, 4, 5, 6. Группа узлов памятей 9-5-1...9-5-D, может иметь такое же выполнение, как и блоки памяти 1-1...1-К.

Оптические интерфейсы ввода/вывода 10, 11, 12, 13, 14 оптической интерфейсной сети компьютерной периферии 15 могут иметь то же выполнение, что и оптические интерфейсы ввода/вывода 2-1...2-К, 4, 5, 6.

Оптическая интерфейсная сеть компьютерной периферии 15 предназначена для подключения периферийного оборудования и может быть выполнена как описано в Российском патенте №2206117.

Оптический цифровой компьютер "АЛЕКС•ВЕРБ-1" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО работает следующим образом.

Каждый из передающих информацию активных блоков 1, 7-1, 7-5, 8-1, 8-5, 9-1, 9-5, 15 передает ее, например, в виде электронных или оптических сигналов, которые через однозначные интерфейсы ввода/вывода соответствующих блоков 2, 4, 7-2, 7-4, 8-2, 8-4, 9-2, 9-4, 15 поступают в соответствующий общий оптический интерфейс 3, 7-3, 8-3, 9-3, например, в виде спектральных оптических сигналов со спектральным уплотнением.

Спектральные оптические сигналы от всех передающих блоков 1, 7-1, 7-5, 8-1, 8-5, 9-1, 9-5, 15 одновременно со спектральным уплотнением распространяются по соответствующим общим оптическим интерфейсам 3, 7-3, 8-3, 9-3 и поступают на входы всех одноименных интерфейсов ввода/вывода блоков 1, 7-1, 7-5, 8-1, 8-5, 9-1, 9-5, 15, принимающих информацию, которые настраиваются управляющими сигналами на пропускание групп спектральных оптических сигналов, передаваемых от соответствующих передающих информацию блоков, с которыми они производят сеанс связи. Затем выделенные этими интерфейсами спектральные оптические сигналы поступают на входы соответствующих приемных блоков 1, 7-1, 7-5, 8-1, 8-5, 9-1, 9-5, 15.

Следует отметить, что передача информации по всем оптическим интерфейсам вычислительной системы может производится сигналами как только со спектральным уплотнением, так и одновременно со спектральным и временным уплотнением, как параллельным, так и параллельно-последовательным или последовательным кодом, при этом сеансы связи блоков системы могут осуществляться как одновременно между всеми блоками системы, так и между отдельными группами с разделением во времени.

Использование изобретения позволит реализовать оптические цифровые компьютеры, увеличив более чем в 1000 раз их производительность, быстродействие помехозащищенность, надежность и расширить их функциональные назначения и применения в автоматизированных информационных технологиях. Такие оптические цифровые компьютеры "АЛЕКС-ВЕРБ-1" Александра ВЕРБОВЕЦКОГО могут широко применяться в разнообразных радиолокационных, радионавигационных системах как наземного, так и бортового базирования на планете ЗЕМЛЯ, а также в КОСМОСЕ И ВСЕЛЕННОЙ.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.А.Вербовецкий "Основы компьютерных технологий & персональные ПК", Москва, АЛЕКС•ВЕРБ, 2004 г., с.316 (с. 128), ISBN 5-902598-01-Х.

2. Патент (Россия) № 2155367, МКИ G 06 E 1/00, 05.09.1999.

Изобретение относится к компьютерной технике, а именно к вычислительным устройствам, выполненным на оптоэлектронной элементной базе. Техническим результатом является повышение производительности, быстродействия, помехозащищенности, отказоустойчивости и расширение функциональных возможностей компьютера. Компьютер содержит блоки памяти, оптические интерфейсы ввода/вывода, общий системный интерфейс, оптический процессорный блок, оптический ассоциативный процессорный блок, оптический цифровой сигнальный процессорный блок, оптические интерфейсы ввода/вывода оптической интерфейсной сети компьютерной периферии, оптическую интерфейсную сеть компьютерной периферии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Оптический цифровой компьютер, содержащий блоки памяти, каждый из которых через оптический интерфейс ввода/вывода оптически связан с общим системным интерфейсом, отличающийся тем, что в компьютер введены оптический процессорный блок, оптические процессоры, узлы памяти, общий оптический интерфейс процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптических процессоров, оптические интерфейсы ввода/вывода узлов памятей, оптический интерфейс ввода/вывода оптического процессорного блока, оптический ассоциативный поисковый процессорный блок, оптические ассоциативные поисковые процессоры, узлы памяти, общий оптический интерфейс ассоциативного поискового процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптических ассоциативных поисковых процессоров, оптические интерфейсы ввода/вывода узлов памятей, оптический интерфейс ввода/вывода оптического ассоциативного поискового процессорного блока, оптический цифровой сигнальный процессорный блок, оптические цифровые сигнальные процессоры, узлы памяти, общий оптический интерфейс оптического цифрового сигнального процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптических цифровых сигнальных процессоров, оптические интерфейсы ввода/вывода узлов памятей, оптический интерфейс ввода/вывода оптического цифрового сигнального процессорного блока, оптические интерфейсы ввода/вывода оптической интерфейсной сети компьютерной периферии, оптическая интерфейсная сеть компьютерной периферии, причем оптический интерфейс ввода/вывода каждого процессорного блока оптически связан с одноименным входом/выходом оптического системного интерфейса, соответствующие входы/выходы которого оптически связаны через одноименные оптические интерфейсы ввода/вывода оптической интерфейсной сети компьютерной периферии с соответствующими входами/выходами оптической интерфейсной сети компьютерной периферии, соответствующие оптические входы/выходы которой через одноименные оптические интерфейсы ввода/вывода оптической интерфейсной сети компьютерной периферии оптически связаны с соответствующими входами/выходами одноименных оптических процессорных блоков, одноименные оптические процессоры каждого из которых через соответствующие оптические интерфейсы ввода/вывода оптически связаны с одноименным общим оптическим интерфейсом, соответствующие входы/выходы которого через одноименные оптические интерфейсы ввода/вывода связаны с одноименными узлами памяти.2. Оптический цифровой компьютер по п.1, отличающийся тем, что оптический системный интерфейс и общие оптические интерфейсы процессорных блоков содержат одну единственную оптическую магистраль.3. Оптический цифровой компьютер по п.1, отличающийся тем, что оптический системный интерфейс и общие оптические интерфейсы процессорных блоков содержат оптическую магистраль адресов, оптическую магистраль данных, оптическую магистраль управления.