Оптоэлектронное устройство вычитания десятичных чисел Советский патент 1985 года по МПК G06F7/56 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для организации операции вычитании десятичных чисел в логико-временных средах. Известен оптоэлектронный десятичный сумматор параллельного действия, содержащий блок ввода, источник питания и в каждом разряде светоизлучатель, фотоприемник, модулятор, формирователь импульса переноса, элемент, задержки, усилитель мощности запускающих электрических сигналов, которые поступают на светоизлучатель старших разрядов, и оптоэлектронный модуль, оптический вход которого связан с первым выходом светоизлучателя, оптический выход - с входом фотоприемника, соответственно первый электрический вход подключен к выходу модулятора, второй - к общей щине питания, выход фотоприемника подключен к входу формирователя импульса переноса, элемент задержки включен между формирователем импульса переноса и усилителем мощности, выход которого соединен с вторым входом светоизлучателя соседнего старшего разряда, вход модулятора оптически связан с вторым выходом светоизлучателя, а первый вход снетоизлучателя подключен к соответствующему выходу блока ввода, который представляет собой оперативную память на оптоэлектронных модулях 1. Однако этот сумматор выполняет только арифметическое суммирование операндов, что исключает его использование при выполнении операции вычитания кодов. Наиболее близким к предлагаемому является оптоэлектронный десятичный сумматор, содержащий два блока ввода елагаемых и в каждой разрядной ячейке два оптоэлектронных квантующих модуля, два модулятора, два светоизлучателя, два блока памяти, выходы первого и второго блоков ввода подключены соответственно к первым и вторым входам слагаемых разрядных ячеек, первые электрические входы первого и второго оптоэлектронных квантующих модулей подключены к выходам первого и второго модуляторов соответственно, вторые электрические входы соединены с общей шиной питания сумматора, а первые оптические входы связаны с первыми выходами первого и второго светоизлучателей соответственно, вторые выходы которых оптически связаны с первыми входами первого и второго модуляторов соответственно, а электрические входы - с первыми и вторыми входами слагаемых разрядной ячейки соответственно, третий электрический вход второго оптоэлектронного квантующего модуля подключен к шине установки сумматора в начальное состояние, первый выход первого блока памяти оптически связан с вторым входом второго модулятора и входом установки в единичное состояние второго оптоэлектронного квантующего модуля, первый выход второго блока памяти оптически связан с вторым входом первого модулятора и входом установки в единичное состояние первого оптоэлектронного квантующего модуля, нулевые входы которого соответственно с младшего по старший разряд оптически связаны с единичными выходами соответственно со старщего по младший разряд второго оптоэлектронного квантующего модуля, а нулевые входы второго оптоэлектронного квантующего модуля, соответственно с младшего по старший разряд, оптически связаны с единичными выходами соответственно со старшего по младший разряд первого оптоэлектронного квантующего модуля, оптический выход которого связан с первым входом первого блока памяти, второй вход которого является первым оптическим входом разрядной ячейки, оптический выход второго оптоэлектронного квантующего модуля связан с первым входом второго блока памяти, второй вход которого является вторым оптическим входом разрядной ячейки, третий выход первого светоизлучателя является первым оптическим выходом ячейки, а третий выход второго светоизлучателя - вторым оптическим выходом ячейки, причем первый и второй оптические входы младшей разрядной ячейки сумматора связаны соответственно с первым и вторым оптическими выходами старшей разрядной ячейки сумматора, второй выход первого блока памяти является третьим оптическим выходом разрядной ячейки, а второй выход второго блока памяти является четвертым оптическим выходом разрядной ячейки, третий оптический вход первого модулятора и второй оптический вход первого оптоэлектронного квантующего модуля образуют третий оптический вход разрядной ячейки, который связан с третьим оптическим выходом младшей разрядной ячейки сумматора, третий оптический вход второго модулятора и второй оптический вход второго оптоэлектронного квантующего модуля образуют четвертый оптический вход разрядной ячейки, который связан с четвертым оптическим выходом младшей разрядной ячейки, причем четвертый оптический выход старшей разрядной ячейки сумматора связан с четвертым оптическим входом самой младшей разрядной ячейки сумматора, а третий оптический выход самой старшей разрядной ячейки является выходом сумматора, кроме того, оба оптоэлектронные квантующие модули выполнены в виде последовательно оптически связанных регенеративных бистабильнь1х оптронов, единичные входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами модуля 2.

Недостатком известного сумматора является необходимость использования двух блоков ввода слагаемых, что объясняется вводом информации в виде длительности электрического сигнала, подаваемой на соответствующие светоизлучатели разрядных ячеек оптооэлектронного сумматора. Кроме того, если известный сумматор в качестве функционального узла входит в состав оптоэлектронного процессора, то операции сложения-вычитания выполняются им над oneрандами, предварительно занесенными в соответствующие регистры процессора, а затем последовательно поступающими на его соответствующие входы. Таким образом, для обеспечения реальной работы сумматора необходимо наличие еще хотя бы одного регистра, что приводит к увеличению используемого оборудования.

Цель изобретения - уменьшение аппаратурных затрат устройства.

Поставленная гхель достигается тем, что оптоэлектронное устройство вычитания десятичных чисел, содержащее первый оптоэлектронный регистр, каждая разрядная ячейка которого содержит два оптоэлектронных квантующих модуля и два модулятора, причем в каждой разрядной ячейке первые электрические входы первого и второго оптоэлектронных квантующих модулей соединены с выходами соответственно первого и второго модуляторов, а вторые электрические входы подключены к щине питания устройства, первый оптический вход первого оптоэлектронного квантующего модуля соединен с выходом второго оптоэлектронного квантующего модуля, первый оптический вход которого соединен с выходом первого оптоэлектронного квантующего модуля, содержит второй оптоэлектронный регистр, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ и регенеративный бистабильный оптрон, четыре элемента И и два элемента НЕ, причем в каждой разрядной ячейке первого и второго оптоэлектронных регистров оптические входы первых модуляторов являются оптическими входами разрядной ячейки соответственно первого и второго операндов устройства, вторые оптические входы первого и второго оптоэлектронных квантующих модулей соединены с выходами соответственно первого и второго модуляторов, а первый оптический .выход девятого разряда второго оптоэлектронного квантующего модуля соединен с соответствующими входами первого и второго элементов И соответственно в первом и втором оптоэлектронных регистрах, выход первого элемента И соединен оптически с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и через первый элемент НЕ - с первым оптическим входом третьего элемента И, выход второго элемента И соединен оптически с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и через второй элемент НЕс первым оптическим входом четвертого элемента И, первый электрический вход первого оптоэлектронного квантующего модуля в каждой разрядной ячейке соединен с электрическим выходом второго модулятора, в младщей разрядной ячейке каждого оптоэлектронного регистра второй выход девятого разряда второго оптоэлектронного квантующего модуля соединен с третьими оптическими входами первого и второго оптоэлектронных квантующих модулей и с оптическим входом второго модулятора следующей разрядной ячейки, оптические входы вторых модуляторов младщих разрядных ячеек первого и второго оптоэлектронных регистров соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с выходом регенеративного бистабильного оптрона, единичный оптический вход которого соединен с щиной запуска устройства, первый нулевой оптический вход регенеративного бистабильного оптрона соединен с выходом первого элемента И, а второй нулевой оптический вход соединен с выходом второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соединены с выходом регенеративного бистабильного оптрона, выход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом признака присутствия разности в первом оптоэлектронном регистре устройства, а выход второго - с выходом признака присутствия разности во втором оптоэлектронном регистре устройства.

В известных устройствах операция вычитания десятичных чисел выполняется путем сложения прямого кода одного операнда и обратного кода другого операнда. Введение в предлагаемое устройство второго оптоэлектронного регистра, регенеративного бистабильного оптрона, двух элементов ИЛИ-НЕ, двух элементов НЕ и четырех элементов И позволяет получить разность исходных чисел за счет одновременного сдвига информации в обоих оптоэлектронных регистрах до обнуления одного из них. Таким образом, предлагаемое устройство вычитания десятичных чисел обладает существенными отличиями.

На чертеже представлена структурная схема оптоэлектронного устройства вычитания десятичных чисел.

Оптоэлектронное устройство вычитания содержит два регистра 1 и 2 операндов А и В соответственно, каждый нз которых представлен двумя разрядны.ми ячейками 3 и 4, и регенеративный бистабильный оптрон 5. Каждая разрядная ячейка регистров 1 и 2 содержит два оптоэлектронных квантующих модуля 6 и 7 и два модулятора 8 и 9, причем оптический вход 10 модулятора 8 является оптическим входом

каждой разрядной ячейки 3 и 4 регистров 1 и 2. В каждой разрядной ячейке регистров 1 и 2 у модуля 6 оптический вход 11 соединен с выходом модулятора 8, а электрически модуль 6 подключен к выходу 12 модулятора 8 и к шине 13 питания, у модуля 7 оптический вход 14 соединен с выходом модулятора 9, а электрически модуль 7 подключен к выходу 15 модулятора 9 и к шине 13 питания. Кроме того, оптически модуль 6 соединен с выходом 16 модуля 7, который оптически соединен с выходом 17 модуля 6, а электрически модуль 6 подключен также к выходу 15 модулятора 9. В младших разрядных ячейках 3 обоих регистров 1 и 2 выход девятого разряда модуля 7 оптически соединен с входом 18 модуля 6, входом 19 модуля 7 и входом 20 модулятора 9 старшей разрядной ячейки 4. В обоих регистрах 1 и 2 выход 21 девятого разряда модуля 7 каждой разрядной ячейки оптически соединен с входом элемента И 22, выход которого соединен оптически через инвертор 23 с первым входом элемента И 24, второй вход которого оптически соединен с выходом 25 регенеративного бистабильного оптрона 5, а выход - с входом 20 модулятора 9 младшей, разрядной ячейки 3. Выходы элементов И 22 регистров 1 и 2 оптически соединены с нулевыми входами 26 и 27 регенеративного бистабильного оптрона 5 и первыми входами элементов ИЛИ-НЕ 28 и 29 соответственно, вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 28 и 29 оптически соединены с выходом 25 регенеративного бистабильного оптрона 5, единичный оптический 30 которого соединен с шиной запуска устройства, выход элемента ИЛИ-НЕ 28 соединен с выходом 31 признака присутствия разности в регистре 1, а выход элемента ИЛИ-НЕ 29 - с выходом 32 признака присутствия разности в регистре 2.

Оптоэлектронное устройство вычитания десятичных чисел работает следуюш.им об-, разом.

По оптическому входу 10 модулятора 8 во всех разрядных ячейках регистров I и 2 происходит запись соответствующих операндов А и В параллельно по разрядам в единичном нормальном коде: в регистр 1 записывается операнд А, в регистр 2 - операнд В. Причем в модуле 6 каждой разрядной ячейки обоих регистров, записывается соответствующая цифра в прямом коде, а в модуле 7 - в дополнительном до девяти коде за счет оптической связи по выходу 17 модуля 6. Например, цифра 7 записывается в следующем виде: модуль 6: 111111100; модуль 7: 000000011.

При поступлении на вход 30 регенеративного бистабильного оптрона 5 запускающего оптического сигнала длительностью 1 tr происходит срабатывание последнего и

появление на его выходе 25 оптического сигнала, который поступает одновременно на оптические входы элементов И 24 обоих регистров 1 и. 2 и при отсутствии единичного сигнала на выходах элементов И 22, что возможно в случае, когда хотя бы в одной из разрядных ячеек обоих регистров 1 и 2 находится информация, вызывает срабатывание модуляторов 9 в младших разрядных ячейках 3 обоих регистров 1 и 2. Последнее приводит к увеличению записанной в модулях 7 информации, а следовательно, к обнулению соответствующих разрядов модуля 6 за счет оптической связи по выходу 16 модуля 7.

Оптический сигиал поступает с выхода 25 регенеративного бистабильного оптрона

5до тех пор, пока не происходит обнуление оптрона 5 по оптическим сигналам, поступающим на его нулевые входы 26 или 27. Таким образом, в обоих модулях 7 младщей разрядной ячейки 3 регистров 1 и 2 происходит последовательное увеличение информации до тех пор, пока в одном из двух модулей 7 не появляется единичный оптический сигнал в девятом разря/се. Например, раньше это произойдет в регистре 1. Но если с выхода 21 девятого разряда модуля 7 старшей разрядной ячейки 4 регистра 1 на вход элемента И 22 не поступает в это время оптический сигнал, что соответствует наличию информации в модуле 6 этой разрядной ячейки, то установки в нулевое состояние регенеративного бистабильного оптрона 5 не происходит.

Однако наличие оптического сигнала на выходе 25 оптрона 5 приводит в следующий момент к установке в единичное состояние по оптическому входу 18 всего модуля 6, к обнулению по оптическому входу 19 всего модуля 7, а также увеличивает на один единичный разряд информацию в модуле 7 старшей разрядной ячейки 4, что соответственно вызывает обнуление соответствующего разряда модуля 6 этой же разрядной ячейки 4. Таким образом происходит перезапись единицы из модуля 6 старшей разрядной ячейки 4 регистра I в девять единиц модуля 6 младшей разрядной ячейки 3.

В дальнейшем присутствие оптического сигнала на выходе 25 оптрона 5 аналогично осуществляет процесс обнуления модуля

6младшей разрядной ячейки 3 соответствующего регистра и дальнейшую перезапись единицы из модуля 6 старЦ1ей разрядной ячейки 4 в девять единиц модуля 6 младшей разрядной ячейки 3. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на одном из регистров не появляется одновременно оптический сигнал на выходе 21 девятого разряда модуля 7 всех его разрядных ячеек, что свидетельствует о том, что информация, записанная в соответствующем регистре. равна нулю. Например, произошло обнуление всего регистра 1. Тогда единичный оптический сигнал на выходе элемента И 22 вызывает обнуление регенеративного бистабильного оптрона 5 и прекращает поступление оптического сигнала через элемент И 24 на вход 20 модулятора 9 младшей разрядной ячейки 3 обоих регистров, что необходимо для предотвраш.ения установки в единичное состояние всего модуля 6 и обнуления модуля 7 младшей разрядной ячейки 3 регистра 1. Таким образом, регистр 1 является обнуленным, а в регистре 2 записана разность операндов А и В. О том, что разность находится в регистре 2, свидетельствует наличие оптического сигнала на выходе 32 признака присутствия разности в регистре 2, в противном случае, оптический сигнал присутствует на выходе 31 признака присутствия разности в регистре 1. Ввод информации параллельно по разрядам в оптической форме позволяет отказаться от блоков ввода, кроме того, операция вычитания десятичных чисел выполняется непосредственно на оптоэлектронных регистрах, где хранятся операнды, за счет параллельного сдвига информации .в отличие от оптоэлектронного десятичного сумматора, взятого в качестве известного, на котором операция вычитания выполняется в результате записи последовательно сначала первого операнда в прямом коде, а затем второго в обратном коде из соответствуюш,их регистров. Все это приводит к сокращению аппаратурных затрат при выполнении операции вычитания десятичных чисел.

ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ВЫЧИТАНИЯ ДЕСЯТИЧНЫХ ЧИСЕЛ, содержащее первый оптоэлектронный регистр, каждая разрядная ячейка которого содержит два оптоэлектронных квантующих модуля и два модулятора, причем в каждой разрядной ячейке первые электрические ВХОДЫ первого и второго оптоэлектронных квантующих модулей соединены с выходами соответственно первого и второго модуляторов, a вторые электрические ВХОДЫ подключены к шине питания устройства, первый оптический вход первого оптоэлектронного квантующего модуля соеди«ен с ВЫХОДОМ второго оптоэлектронного квантующего модуля, первый оптический ВХОД которого соединен с выходом первого оптоэлектронного квантующего модуля, отли чающееся тем, что, с целью уменьшения аппаратурных затрат, оно содержит второй оптоэлектронный регистр, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ и регенеративный бистабильный оптрон, четыре элемента И и два элемента НЕ, причем в каждой разрядной ячейке первого и второго оптоэлектронных регистров оптические входы первых модуляторов являются оптическими входами разрядной ячейки соответственно первого и второго операндов устройства, вторые оптические входы первого и второго оптоэлектронных квантующих модулей соединены с выходами соответственно первого и второго модуляторов, a первый оптический ВЫХОД девятого разряда второго оптоэлектронного квантующего модуля соединен с соответствующими входами первого и второго элементов И соответственно в первом и втором оптоэлектронных регистрах, выход первого элемента И соединен оптически с первым ВХОДОМ первого элемента ИЛИ-НЕ и через первый элемент НЕ - с первым оптическим входом третьего элемента И, ВЫХОД второго элемента И соединен оптически с первым ВХОДОМ второго элемента ИЛИ-НЕ и через второй элемент НЕ - с первым оптическим входом четвертого элемента И, первый электрический вход первого оптоэлектронного квантующего модуля , в каждой разрядной ячейке соединен с электрическим ВЫХОДОМ второго модулятора, в младщей разрядной ячейке каждого оптоэлектронного регистра второй выход девяS того разряда второго оптоэлектронного квантующего модуля соединен с третьими оптическими входами первого и второго оптоэлектронных квантующих модулей и с оптическим ВХОДОМ второго модулятора следующей разрядной ячейки, оптические входы вторых модуляторов младших разрядных ячеек первого и второго оптоэлектронных регистров соединены соответственно с оо выходами третьего и четвертого элементов И, вторые ВХОДЫ которых соединены с выхоО) дом регенеративного бистабильного оптрона, единичный оптический вход которого соеСД динен с щиной запуска устройства, первый нулевой оптический вход регенеративного бистабильного оптрона соединен с выходом первого элемента И, a второй нулевой оптический ВХОД соединен с выходом второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соединены с выходом регенеративного бистабильного оптрона, ВЫХОД первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с ВЫХОДОМ признака присутствия разности в первом оптоэлектронном регистре устройства, a выход второго - с выходом признака присутствия разности во втором оптоэлектронном регистре устройства.