Оптоэлектронный сумматор Советский патент 1988 года по МПК G06F7/56 

22 Ч /

13 1

:|//

fS 2 23 W

с/; с

1

щ

С

м

с

S2

со

00 С5

со ;о

1ЧЭ

I Изобретение относится к вычислитель- 1 ной технике и может быть применено в опто- I электронных вычислительных устройствах. I Цель изобретения - увеличение быстро- : действия сумматора.

На фиг. 1 представлена структурная

схема оптоэлектронного сумматора; на

фиг. 2 - схема одной разрядной ячейки;

на фиг. 3 - схема регенеративного оп; трона.

Оптоэлектронный сумматор содержит разрядные ячейки Ь -1„, первую группу из п элементов И 2i-2п, группу (п-1) элементов 3i-3(n-i} задержки и второй элемент 4 задержки. Сумматор снабжен оптическими информационными разрядными входами 5i-5„ и выходами 6i-6„, входом 7 обнуления, входом 8 разрешения суммиро- вания, шиной 9 питания и шиной 10 нуле- вого потенциала.

Каждый разряд сумматора содержит

девятнадцать регенеративных оптронов 111 - Ilj9, группу девятнадцати элементов НЕ 12:-12i9, вторую группу десяти элементов И 13 - 13|о, третью группу оптоэлектронных элементов И 14г-Ню, состоящую из десяти подгрупп по девять элементов в каждой, первую группу шестнадцати оптоэлектронных элементов ИЛИ 15i - 15i6, вторую группу девятнадцати элементов ИЛИ 16i - IGig, четвертую группу девяти, элементов И 17i - 179, первый элемент 18 задержки, первый источник света и резистор. Каждый разряд 1 имеет девять оптических информационных входов 19| -19 и выходов , вход 21 разрешения суммирования, вход 22 переноса, вход 23 обнуления, вход 24 общего обнуления, шину 9 питания и общую щину 10. Регенеративный оптрон 11 содержит три фотоприемника 25-27, второй источник 28 света, транзистор 29 и два диода 30 и 31. В каждой разрядной ячейке первый источник 32 света оптически связан с первым оптическим входом 33 первого регенеративного оптрона 111. Первый оптический вход 33 каждого из остальных восьми регенеративных оптронов Ib-Ib связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона 11. Первые электронные входы регенеративных оптронов 111 - 1 Ig соединены с шиной 9 питания сумматора, общая шина 10 которого соединена с вторыми электронными входами регенеративных оптронов 111 - llg. Оптические информационные входы 19i -199 каждой разрядной ячейки 1 соединены с первыми входами соответствующих оптоэлектронных элементов И всех подгрупп I4i-14io третьей группы. Выход первого элемента И первой подгруппы 14i третьей группы оптически связан с вторым оптическим входом 34 первого регенеративного оптрона 11 .Выходы остальных элементов И первой подгруппы 14i третьей группы оптически связаны с первыми входами соответствующих восьми элементов

ИЛИ, начиная с первого, первой группы 15i - ISg. Выходы элементов И второй подгруппы 142 третьей группы оптически связаны с соответствующими входами соответ- ствующих девяти элементов ИЛИ 15i - ISg, начиная с первого, первой группы. Выходы элементов И третьей подгруппы 14з третьей группы оптически связаны с соответствующими в.чодами соответствующих девяти элементов ИЛИ 152-1510, начиная с второго.

0

первой группы и т.д. Выходы элементов

И девятой подгруппы 149 третьей группы оптически связаны с соответствующими входами соответствующих девяти элементов ИЛИ 158-15i6, начиная с восьмого, пер5 вой группы. Выходы элементов И десятой подгруппы 14io, кроме последнего, третьей группы оптически связаны с соответствующими входами элементов ИЛИ 159-15i6, начиная с девятого, первой группы. Выход девятого элемента И десятой подгруппы

0 14|о третьей группы оптически связан с вторым оптическим входом 34 предпоследнего восемнадцатого регенеративного оптрона Ills. Выходы элементов ИЛИ первой группы 15i-15i6 оптически связаны с вторыми оп5 тическими входами 34 соответствующих регенеративных оптронов 112-И18, начиная с второго.

Оптические выходы 35 первых девяти регенеративных оптронов HI-Ib являются выходами разрядной ячейки 1. Элек0 тронный выход 36 каждого регенеративного оптрона 11 соединен с входами соот- ветствующего элемента НЕ 12 группы. Выходы первых десяти элементов НЕ 12i - 12io группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И 13i - 13io второй

5 группы. Выход каждого элемента И второй группы 13 соединен с вторыми входами элементов И соответствующей подгруппы третьей группы 14. Вторые входы элементов И второй группы 13 соединены с первыми управляющими входами 37 всех регене ративных оптронов lli -11 is, кроме последнего 1119, И является также входом 8 разрешения суммирования сумматора. Электронные выходы 36 первых девяти регенеративных оптронов 111-119 соединены с,третьими

входами соответствующих элементов И 132- 13io, начиная с второго, второй группы. Выходы элементов НЕ 12ii-12i9 с одиннадцатого по девятнадцатый, группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И 17| -179, начиная с первого,

0 четвертой группы. Второй вход десятого элемента И 179 четвертой группы соединен с входом 23 обнуления разрядной ячейки 1 и входом первого элемента 18 задержки. Выход первого элемента 18 задержки соединен с первыми входами элементов ИЛИ,

5 I6io-16i9 с десятого по девятнадцатый, второй группы. Первые входы элементов ИЛИ 16i -169 с первого по девятый второй группы соединены с выходами соответствующих элементов И 17i - ITg четвертой группы. Второй вход каждого элемента И 17i -178, кроме девятого, четвертой группы соединен с выходом последующего элемента И этой группы. Вторые входы элементов ИЛИ 16i -16i9 второй группы соединены с входом 24 (7) общего обнуления сумматора, а выходы - с вторыми управляющими входами 38 регенеративных оптро- нов 111 -1119- Третьи управляющие входы 39 регенеративных оптронов lli -1119 соединены с входом 22 переноса разрядной ячейки I. Первый оптический вход 33 каждого регенеративного оптрона Пю-Ili9 с десятого по девятнадцатый связан с оптическим выходом 35 предыдущего регенеративного оптрона.

В каждом регенеративном оптроне 11 первые выводы всех трех фотоприемников 25-27 соединены с базой транзистора 29, эмиттер которого соединен с вторым электронным входом 10. Первый электронный вход 9 регенеративного оптрона 11 соединен с вторым выводом третьего фотоприемника 27 и первым выводом второго источника 28 света, который оптически связан с третьим фотоприемником 27 и является оптическим выходом 35 регенеративного оптрона 11. Второй вывод второго источника 28 света соединен с коллектором транзистора 29 и является электронным выходом 36 регенеративного оптрона 1. Первый 33 и второй 34 оптические входы регенеративного оптрона 11 связаны соответственно с первым 25 и вторым 26 фотоприемниками, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно первого 30 и второго 31 диодов. Первые выводы первого 30 и второго 31 диодов являются соответственно третьим 39 и первым 37 управляющими входами регенеративного оптрона 11, второй управляющий вход 38 которого соединен с базой транзистора 29. Второй вывод первого источника 32 света соединен с общей шиной 10, а первый вывод - с первым выводом резистора 40, второй вывод которого соединен с входом 22 переноса разрядной ячейки 1 сумматора. Вход 8 разрещения сумматора соединен с входом второго элемента 4 задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И 2 первой группы. Выход каждого элемента И 2i-2 (), кроме последнего первой группы соединен с входом соответствующего элемента 3 задержки группы. Выход каждого элемента 3|-3(n-i) задержки соединен с входом 23 обнуления соответствующей разрядной ячейки 1| - 1(л-1) , начиная с первого, и входом 22 переноса последующей разрядной ячейки. Электронный выход 36 (41) десятого регенеративного оптрона Пю каждой разрядной ячейки 1 соединен с вторым входом соответствующего элемента И 2 первой группы. Первый электронный вход каждого регенеративного оптрона Ию-Ili9 с

десятого по девятнадцатый соединен с шиной 9 питания сумматора, а второй элек- трйнный вход - с общей шиной 10 сумматора.

Первые входы и выходы элементов И 14

третьей группы оптические, а вторые входы- электронные, т.е. информация на первых входах элементов И 14 третьей группы подается в виде световых сигналов, а на вторых входах - в виде электронных сигналов. На выходах информация этих же элементов формируется в виде оптических сигналов. Информация на входы элементов ИЛИ 15 первой группы подается в виде оптических сигналов, а с выходов оптиче5 ские сигналы подаются на вторые оптические входы 34 регенеративных оптронов Ib-111. Реализация элементов И 14 третьей группы и ИЛИ 15 первой группы производится на основе известных схемных решений. Элементы ИЛИ 16 второй группы

0 электронные, но имеют выходы с открытыми коллекторами.

Сумматор работает следующим образом.

Вначале происходит установка сумматора

в исходное (нулевое) состояние. С этой целью

5 высокий уровень потенциала подается на вход 7 обнуления. При этом открываются выходные транзисторы элементов ИЛИ 6i - I6i9 второй группы и потенциал на базах транзисторов 29 регенеративных оптронов 111 -1119 уменьшается до уровня потен0 циала общей шины 10. Транзисторы 29 закрываются и источники 28 света гаснут. Разряды первого слагаемого подаются в оптическом виде на оптические информационные входы 5|-Зп сумматора. Каждый из этих входов принимает один десятичный раз5 ряд числа в виде единично-нормального кода, поэтому каждый разряд Ii -1„ сумматора снабжен оптическими информационными входами I9i -199. После подачи высокого потенциала сигнала разрешения на вход 8

,. открывается первый оптоэлектронный элемент И 13i второй группы, поскольку первый регенеративный оптрон 11| в это время находится в нулевом состоянии, а на выходе первого элемента НЕ 12i группы и одновременно на первый вход первого элемента

5 И 13i второй группы - высокий потенциал. В результате открываются девять элементов И первой подгруппы 14i третьей группы. Если в i-M двоичном разряде (i ITS) единично-нормального кода десятичного разряда первого слагаемого единица,

0 то на выходе i-ro элемента И первой подгруппы И| третьей группы появляется единица, которая через (i-1)-й элемент ИЛИ 15 первой группы подается на второй оптический 34 i-ro регенеративного оптрона 11. Если единица появляется на выходе

первого элемента И первой подгруппы I4| третьей группы, то высокий потенциал с его выхода подается на второй оптический вход 34 первого регенеративного оптрона 1Ii

без промежуточных логических элементов. Цри этом открывается второй фотоприем- 26 i-ro оптрбна 11,, высокий потенциал с njepBoro управляющего входа 37 открывает т|ранзистор 29 и зажигается источник 28 фета, т.е. оптрон 11, переходит в единичное фстояние. После этого сигнал разрешения фимается с входа 8 сумматора. Регенера- 11ивный оптрон 11; оставтся в единичном Достоянии благодаря положительной обрат- йой связи, которая осуществляется с помощью источника 28 света и третьего фотоприемника 27 регенеративного оптрона 11,. I Прием в сумматор второго слагаемого li осуществление первого шага алгоритма Суммирования происходит одновременно с йомощью повторной подачи сигнала разре иения на вход 8. npjэтом открывается

1-й элемент И 13,- (1 1, 10) второй группы 3, если i-й и (14-1)-и регенеративные оптро- (ibi находятся соответственно в единичном и 1улевом состояниях, т.е. тогда, когда стар- лая единица единично-нормального кода 1аходится в i-M двоичном разряде этого десятичного разряда первого слагаемого. Открываются элементы И i-й подгруппы 14, {гретьей группы, в результате первая млад- цшя единица второго слагаемого записыва- Ьтся в (1+1)-й регенеративный оптрон ll,+i, вторая единица (если разряд второго слагаемого больше одного) в (1+2)-й регенеративный оптрон и т.д.

После прекращения второго разрешаю- :;uero сигнала на вход 8 начинается выполнение второго и третьего шагов алгоритма суммирования. При этом разрешающий :сигнал появляется на выходе второго эле- i мента 4 задержки, который открывает пер- :вый элемент И 2 первой группы 2 в том случае, если в десятом регенеративном оп- троне 1110 первого разряда li находится ;единица. Высокий потенциал с выхода первого элемента 3i задержки группы подается на вход 23 обнуления.

Обнуление регенеративных оптронов 111- 1119 первого разряда происходит через элементы ИЛИ 16i-16|9 второй группы. При этом, если старшая единица суммы единично-нормального кода, полученной на втором шаге суммирования, находится в (9-f-i)- м регенативном оптроне (i Г, 9), то обнуляются регенеративные оптроны под номерами с i-ro по (9+i)-й. Обнуление регенеративных оптронов с 1-го по (i-1)-й не происходит, поскольку цепь распространения сигнала с шины 23 обнуления закрывается в (1-1)-м элементе И 17 четвертой группы. При этом на первый вход )-го элемента И 17 четвертой группы поступает низкий потенциал с выхода ()-ro элемента НЕ 12(9+,-) группы.

Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента 3i задержки поступает также на вход 22 переноса второго разряда Ь. Здесь происходит увеличение содержимого

второго разряда в единично-нормальном коде на один. Это осуществляется с помощью высокого потенциала, который подается на третьи управляющие входы 39 всех регене ративных оптронов -1119 второго разряда 12 При этом, если старщая единица десятичного разряда находится в i-м регенеративном оптроне, то единица появляется и в (i+l)-M регенеративном оптроне 11,+ 1Тоже, поскольку открывается первый фотоприем0 ник 25 (i-|-l)-ro оптрона li/+i, появляется высокий потенциал на базе транзистора 29 и зажигается источник 28 света. Если все регенеративные оптроны lli -1119 находятся в нулевом состоянии, то первый оптрон 111 переходит в единичное состояние, поскольку происходит включение источника 32 света, который оптическим каналом открывает первый фотоприемник 25 первого регенеративного оптрона 11г. Если восемнадцатый регенеративный оптрон 11 is в это

0 время в единичном состоянии, то единица появляется также в девятнадцатом реге- неративном оптроне И 19.

После этого в случае необходимости (т.е. когда десятый регенеративный оп5 трон 1110 в единичном состоянии) формируется единица переноса на выходе второго элемента Зг задержки группы, которая действует так же, как в предыдущем случае и т.д.

Пример выполнения сложения. Предпо0 ложим, что следует суммировать два десятичных числа: 786 (первое слагаемое) и 867 (второе слагаемое). В единично-нормальном коде эти числа представляются следующим образом:

57868 б7

6-111111000; 7-111111100; 8 - 111111110; 6- 111111000; 7- 111111100; 8- 111111110. Сложение происходит по шагам. 0 Ш а г 1. Производится запись единиц единично-нормального кода 1-го разряда второго слагаемого после старшей единицы i-ro разряда первого слагаемого..

Тогда для нашего примера получают три двоичных слова 5 6, 7 - 111111111111100000; 8, 6 - 111111111111110000; 7, 8 - 111111111111111000.

В полученных двоичных словах количество двоичных разрядов удлинено до во0 семнадцати, поскольку максимальное количество единиц в каждом разряде слагаемых может быть девять.

Ш а г 2. Если количество единиц в полученном двоичном слое i-ro разряда равно или больще десяти, производится обнуление

5 старших десяти единиц данного слова. Если количество единиц в этом слове меньше десяти, тогда двоичное слово остается без изменения.

После осуществления второго шага для нашего примера получают

6,7 - 111000000000000000; 8, 6 - 111100000000000000;

7,8 - 111110000000000000.

Ш а г 3. Производится увеличение количества единиц в (i-fl) -M разряде на один.

Исходя из этого, сумма слагаемых 786 и 867 будет:

3 - 111000000000000000;

5- 111110000000000000;

6- 111111000000000000; 1 - 100000000000000000.

Формула изобретения

Оптоэлектронный сумматор, содержащий п разрядных ячеек (где п - число разрядов слагаемых), каждая из которых содержит девять регенеративных оптронов, первый элемент задержки и источник света.

ветствующим входом сл-го элемента ИЛИ первой группы, выход девятого элемента И десятой подгруппы третьей группы оптически связан .с вторым оптическим входом восемнадцатого регенеративного оптрона, выход &-ГО элемента ИЛИ первой группы, где f, 1,16, оптически связан с вторым оптическим входом tf-ro регенеративного оптрона где 2,17, оптические выходы первых девяти регенеративных оптронов

0 являются выходами разрядной ячейки, электронный выход каждого регенеративного оптрона соединен с входами соответствую- ш,его элемента НЕ группы, выходы первых десяти из которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И вто5 рой группы, выходы каждого элемента И второй группы соединены соответственно с вторыми входами элементов И соответствующей подгруппы третьей группы, вторые входы элементов И второй группы соедине

Изобретение относится к области вычислительной техники. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Оптоэлектрон- ный сумматор содержит разрядные ячейки 1 по числу разрядов, группу элементов И 2, группу элементов 3 задержки. Каждая разрядная ячейка содержит девятнадцать регенеративных оптронов И, три группы элементов И, две группы элементов ИЛИ, группу элементов НЕ. Для сложения двух операндов они записываются в разных тактах в разрядные ячейки параллельно. В следующем такте происходит корректировка результата согласно предложенному способу. 3 ил.

которыи оптически связан с первым оптиче- 20 ы с первыми управляющими входами всех

ским входом первого регенеративного оптрона, первый оптический вход каждого из остальных восьми регенеративных оптронов связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона, первые электронрегенеративных оптронов, кроме последнего, и соединены с входом разрешения суммирования сумматора, электронные выходы первых девяти регенеративных оптронов соединены с третьими входами соответные входы регенеративных оптронов соедине 25 ствующих элементов И, начиная с второго, ны с щиной питания сумматора, общая щинавторой группы, выходы элементов НЕ с одинкоторого соединена с вторыми электронными входами регенеративных оптронов, от-- личающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в сумматор введены первая группа п-элементов И, группы (п-1) элементов задержки и второй элемент задержки, а в каждую разрядную ячейку введены дополнительно десять регенеративных оптронов, группа из девятнадцати элементов НЕ, вторая группа из десяти элементов И, третья группа оптоэлектронных элементов И, состоящая из десяти подгрупп по девять элементов в каждой, четвертая группа из девяти элементов И, первая группа из шестнадцати оптоэлектронных элемен30

35

надцатого по девятнадцатый группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И, начиная с первого, четвертой группы, второй вход девятого элемента И которой соединен с входом сброса разрядной ячейки и входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ с десятого по девятнадцатый второй группы, а первые входы элементов ИЛИ, с первого по девятый которой соединены с выходами соответствующих элементов И четвертой группы, второй вход каждого элемента И, кроме девятого, которой соединен с выходом последующего элемента И этой группы, вторые

тов ИЛИ, вторая группа из девятнадцати 40 входы элементов ИЛИ второй группы соеди- элементов ИЛИ и резистор, каждый регенеративный оптрон содержит источник света, транзистор, три фотоприемника и два диода, причем q-й оптический информационный вход, q 1, 9 каждой разрядной ячейки соединен с первым входом q-ro оптроэлектрон- ного элемента И всех подгрупп третьей группы, выход первого элемента И первой подгруппы которой оптически связан с вторым оптическим входом первого реге45

нены с входом общего сброса сумматора, а вь1ходы - с вторыми управляющими входами соответствующих регенеративных оптронов, третьи управляющие входы которых соединены с входом переноса разрядной ячейки, первый оптический вход каждого регенеративного оптрона с десятого по девятнадцатый связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного опгрона, в каждом регенеративном оптроне первые вынеративного оптрона, выход к-го элемента Иводы всех трех фотоприемников соединены

первой подгруппы третьей группы, где -..-„„ ,., „„.„, -„

27, соединен с соответствующим входом

гп-го элемента ИЛИ первой группы, где т

1,8, выход i-ro элемента И ; подгруппы

третьей группы, где i 1, 9, j 2, 9, соединен

с соответствующим входом а -го элемента 55 Рый оптический связан с третьим фотоИЛИ первой группы, где а (j-1), (j+7),

выход t-ro элемента И десятой подгруппы

третьей группы, где t 1, 8, соединен с соотс базой транзистора, эмиттер которого соединен с вторым электронным входом, а первый электронный вход соединен с вторым выводом третьего фотоприемника и первым выводом источника света оптрона, котоприемником и является оптическим выходом регенеративного оптрона, второй вывод источника света сброса которого соединен

регенеративных оптронов, кроме последнего, и соединены с входом разрешения суммирования сумматора, электронные выходы первых девяти регенеративных оптронов соединены с третьими входами соответ ствующих элементов И, начиная с второго, второй группы, выходы элементов НЕ с один30

35

надцатого по девятнадцатый группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И, начиная с первого, четвертой группы, второй вход девятого элемента И которой соединен с входом сброса разрядной ячейки и входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ с десятого по девятнадцатый второй группы, а первые входы элементов ИЛИ, с первого по девятый которой соединены с выходами соответствующих элементов И четвертой группы, второй вход каждого элемента И, кроме девятого, которой соединен с выходом последующего элемента И этой группы, вторые

40 входы элементов ИЛИ второй группы соеди-

40 входы элементов ИЛИ второй группы соеди-

45

нены с входом общего сброса сумматора, а вь1ходы - с вторыми управляющими входами соответствующих регенеративных оптронов, третьи управляющие входы которых соединены с входом переноса разрядной ячейки, первый оптический вход каждого регенеративного оптрона с десятого по девятнадцатый связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного опгрона, в каждом регенеративном оптроне первые выводы всех трех фотоприемников соединены

-..-„„ ,., „„.„, -„

с базой транзистора, эмиттер которого соединен с вторым электронным входом, а первый электронный вход соединен с вторым выводом третьего фотоприемника и первым выводом источника света оптрона, котоприемником и является оптическим выходом регенеративного оптрона, второй вывод источника света сброса которого соединен

с коллектором транзистора и является электронным выходом регенеративного оптрона, первый и второй оптические входы которого связаны соответственно с первым и вторым фотоприемниками, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго диодов, первые выводы которых являются соответственно третьим и первым управляющими входами регенеративного оптрона, второй управляющий вход которого соединен с базой транзистора, второй вывод первого источника света соединен с шиной нулевого потенциала сумматора, а первый вывод - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с входом переноса разрядной ячейки сумматора, вход разрешения которого соединен с входом второго элеismss

t3,i9,i9,a issi3sa,i3si3s 7з

Риг. г

мента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, выход каждого элемента И, кроме последнего, которой соединен с входом соответствующего элемента задержки группы, вы- ход каждого элемента задержки которой соединен с входом обнуления соответствующей разрядной ячейки, начиная с первого, и входам переноса последующей разрядной ячейки, электронный выход десятого регенеративного оптрона каждой разрядной ячейки соединен с вторым входом соответствующего элемента И первой группы, первый электронный вход каждого регенеративного оптрона с десятого по девятнадцатый соединен с шиной питания сумматора, а второй электронный вход - с шиной нулевого потенциала сумматора.

Z l гг

3 to

J