Оптоэлектронный сумматор Советский патент 1990 года по МПК G06E1/04 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптоэлектронных вычислительных устройствах.

Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат.

На фиг.1 представлена структурная схема оптоэлектронного сумматора; на фиг.2 - функциональная схема одной разрядной ячейки; на фиг.З - принципиальная схема регенеративного опт- рона.

Оптоэлектронный сумматор содержит разрядные ячейки 1, первую группу из п элементов И 2 и первый элемент 3 задержки. Сумматор снабжен оптическими информационными разрядными входами k и выходами 5, входом 6 обнуления, входом 7 разрешения суммирования,

шиной 8 питания и шиной 9 нулевого потенциала.

Каждая разрядная ячейка сумматора содержит десять регенеративных оптро- нов 10,-1П,0, группу из девяти элементов НЕ 11,-Пд, вторую группу из четырех элементов И 12,-124, третью группу оптоэлектронных элементов И 13., 13с состоящую из пяти подгрупп по четыре элемента в каждой, четвертую группу из четырех элементов И 14,-144, первую группу из шести оптоэлектронных элементов ИЛИ 15f-15fe, вторую группу из десяти элементов ИЛИ 16.,- 16(0, второй элемент 17 задержки, первый источник 18 света и резистор 18, третий элемент 20 задержки, четвертый элемент 21 задержки, оптоэлектронный элемент ИЛИ 22, элемент ИЛИ 23, опто- ,

СП

Јь

00

1

00

315ОД

электронный элемент И 2k, Каждая ячейка 1 имеет пять оптических инфор- мационных входов 25 и выходов 26, вход 27 разрешения суммирования, вход 5 28 переноса, вход 29 обнуления, шину 8 питания и общую шину 9.

Регенеративный оптрон 10 содержит три фотоприемника 30-32, источник 33 света, транзистор 34 и два диода JQ 35 и 36, оптические входы 37 и 38, оптический выход 39, электрический выход 40 и управляющие вхрды 41-43.

Оптоэлектронный сумматор функционирует в единично-нормальном коде, 15 Где десятичные цифры разделены на две группы.

В первой группе рёзмещены цифры от 0 до 4, а во второй г от 5 до 9. Для представления каждой цифры приме-20 няется пять знаков, один из которых является признаком цифры и определяет принадлежность этой цифры к группам. Если признак О - то цифра из первой группы, а если признак 1 - то цифра 25 из второй группы. Четыре остальных Знака каждой цифры в новой форме единично-нормального кода представляют Собой единичный код, т.е. мантиссу цифр от 0 до I. Следовательно, деся- 30 тичные цифры закодированы следующим образом:

где о( - признак цифры; р, ,. о.,

Р4 - мантисса цифры. Процесс суммирования чисел рассмотрим на следующем примере, где учтены всевозможные значения чисел I применяемой форме кодирования. До- пустим, что следует суммировать два десятичных числа - 1418 (первое слагаемое) и 2879 (второе слагаемое) В применяемой форме единичного кодирования эти числа представляются следующим образом:

1468 2379 8 - 1 1110 9 - 1 1111 1 - 0 1000 7 - 1 НОО

0 5 0

5

0

5

0

5

1110 1100

4 - 0 1111 8 - 1

1 - 0 1000 2-0

Сложение происходит по шагам.

Шаг.1. Производится запись единиц мантиссы единичного кода 1-го разряда второго слагаемого после старшей единицы мантиссы 1-го разряда первого слагаемого, а признак i-ro разряда второго слагаемого с признаком 1-го разряда первого слагаемого определяют промежуточный признак результата и единицу переноса (когда признак каждого слагаемого равен единице) выполнением операции сложения по mod2.

После выполнения первого шага алгоритма получают четыре двоичных слова

11111110

8,9

1,7 4,8 1,2

10

Перенос

-1 11100000

-1 11111110

-О 11100000

Как видно из полученного промежуточного результата, в первом разряде получают единицу переноса, что вызвано наличием 1 в признаке первого разряда обоих слагаемых.

Шаг 2. Если количество единиц в удлиненной мантиссе полученного двоичного слова 1-го разряда равно или больше пяти, производится обнуление старших пяти единй( данного слова, преобразование промежуточного признака результата и формирование единицы переноса выполнением операции сложения по mod2 единицы с признаком. Если количество единиц в этом слове меньше пяти, тогда двоичное слово остается без изменения,,

После выполнения второго шага алгоритма получают

-11 11000000

8,9 1,7 4,8 1,2

-1 111.00000

-10 11000000

Перенос

Перенос

- О 11100000

На данном этапе в признаке первого разряда получают 1, так как в удлиненной мантиссе первого разряда присутствовали единицы в количестве больше пяти о Аналогично в третьем разряде наличие в удлиненной мантиссе единиц в количестве больше пяти и 1 признака формирует единицу переноса и признак О промежуточного результата.

После выполнениятретьего шага алгоритма получают

7 - 1 11000000

9 - 1 11110000

2-0 11000000

4-0 111100005

В начале происходит установка сумматора в исходное (нулевое) состояние. С этой целью высокий уровень потенциала подается на вход 6 обнуления. При этом открываются выходные транзисторы ю элементов ИЛИ 1б1-1бго второй группы, и потенциал на базах транзисторов 34 регенеративных оптронов 10, уменьшается до уровня потенциала шины 9. Транзисторы 34 закрываются, и источни-15 ки 33 света гаснут.

Разряды первого слагаемого подаются в оптическом виде на оптические информационные входы 4.,- 4 сумматора. Каждый из этих входов принимает один 20 десятичный разряд числа в форме единично-нормального кода, поэтому каждый разряд сумматора снабжен оптическими информационными входами . Поскольку первый регенеративный от- 25 рон 10, в это время находится в нулевом состоянии и при этом на выходе первого элемента НЕ 11,, группы высокий потенциал, открываются четыре элемента И 13, первой подгруппы 30 третьей группы. i-м двоичном разряде мантиссы (,4) единично- нормального кода десятичного разряда первого слагаемого - единица, то на

j

выходе 1-го элемента И 13 первой подгруппы третьей группы появляется единица, которая через (1-1)-й элемент ИЛИ 15 первой группы подается на второй оптический вход 38 1-го регенеративного оптрона 10. Если единица появляется на выходе первого элемента И 131 первой подгруппы третьей группы, то световой поток (единичный оптический сигнал) с его выхода подается на второй оптический вход 38 первого регенеративного оптрона 10, без промежуточных логических элементов. Если в пятом двоичном разряде (на входе 25 у, в разряде признака) единично-нормального кода десятичного разряда первого слагаемого - единица, то открывается оптоэлектрон- ный элемент ИЛИ 22, на выходе появляется единица, которая подается на первый 37 и второй 38 оптические входы десятого регенеративного оптрона 1010 и на первый вход оптоэлектронного элемента И 24. После подачи высокого потенциала сигнала разрешения на вход

0

7 открывается второй ротоприемник 1-го оптрона Ю-, и высокий потенциал с первого управляющего входа 41 отк- рывает транзистор 34, зажигается источник 33 света, т0е. оптрон 10 переходит в единии ое состояние. После этого сигнал разрешения снимается с входа 7 сумматора. Регенеративный

оптрон 10- остается в единичном состоянии благодаря положительной обратной связи, которая осуществляется с помощью источника 33 света и третьего фотоприемчика 32 регенеративного оптрона 10, . Оптоэлектронный элемент И 24 закрыт, так как на тоетьем входе единица появляется после снятия сиг- разрешения с входа сумматора, который через элемент И ПИ 23 подается на второй вход оптоэлектронного элемент И 24 „

Прием в сумматор второго слагаемого и осуществление первого шага алго- р -т/ч суммирования происходят одно- зре.-ое чо с помощью повторной подачи с,т-апа разрешения на вход 7. При этом i-й элемент И 12 (i 1,4 вт ооой группы, если i-й и ( i-i-1);. регенеративные оптроны нахо- сое. те п зенно в единичном и состояниях, т.е. тогда, ког- ,оа стаоиач единица мантиссы единично нормально о кода находится в i-м дво- ииноч разряде мантиссы этого десятичного оазряда первого слагаемого. Откоы ч эт ся элемент ч И 1 3( i-й подгруппы треп ьей группыр з результате первая мпадшая единица мантиссы вто слагаемого записывается в (1+ +1)-й регенеративный сптрон 10(, втооая единица мантиссы (если разряд ма т|,ссы вторзго слагаемого больше единицы) - в ---t2.} й регенеративный оптоон 10;+1, и т.д. Если в пятом дво- иином разряде (на входе 255, в разряде признака) единично-нормального кода десятичного разряда второго слагаемого - единица, то через оптоэлек- TDOtHhb fi элемент ИЛИ 72 она подается ча псовый 37 и второй 38 оптические входы десятого регенеративного оптро- ка 010, переводя его в единичное состояние при подаче сигнала разрешения с входа 7 сумматора, когда десятый регенеративный 1010 обнулен, и на первый вход оптоэлектронного элемента И на третий вход которого подается единица с выхода четвертого элемента 21 задержки (когда

десятый регенеративный оптрон

10,

находится в единичном состоянии), и при подаче сигнала разрешения с входа 7 сумматора, который через элемент ИЛИ 23 подается на второй вход оптоэлектронного элемента И 2k, открывает его и на выходе появляется высокий потенциал, который подается на второй вход десятого элемента ИЛИ 1610 второй группы, в результате чего обнуляется десятый регенеративный оптрон 10fo.

После прекращения второго разрешающего сирнала на вход 7 начинается выполнение второго и третьего шагов алгоритма суммирования. В этом случае, если в пятом регенеративном оптроне 105 первого разряда (ячейка

10

15

электронного элемента ИЛИ 22 и элемента ИЛИ 23 оптоэлектронный элемент И 2k открывается, на выходе появляется единица, которая через десятый элемент ИЛИ 16 второй группы обнуляет десятый регенеративный оптрон 1С1в°

Сигнал высокого уровня с выхода оптоэлектронного элемента И 2k первого разряда (ячейка 1 ) подается на вход первого элемента И 21 первой группы. При этом разрешающий сигнал через первый элемент 3 задержки подается на другой вход первого элемента И 21 первой группы, который открывает первый элемент И 2, первой группы Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И 2, первой группы подается на вход 28 переноса второго

1.,) находится единица, то высокий по- 2о разряда (ячейка 12). Здесь происходит тенциал подается на входы второго элемента 17 задержки и четвертого элемента И 1 четвертой группы и через элементы ИЛИ 1б.,-1бд второй

группы обнуляет регенеративные оптро- 25 подается на третьи управляющие входы ны 101-1ПЭ первого разряда (ячейка 3 регенеративных оптронов 10.,-Юэ 1 t). При этом, если старшая единица

увеличение содержимого мантиссы второго разряда в единично-нормальном коде на один. Это осуществляется с помощью высокого потенциала, который

второго разряда (ячейка 1г). При этом, если старшая единица мантиссы этого десятичного разряда находится в i-м регенеративном оптроне, то единица появляется и в (J41)-м регенеративном оптроне () тоже, поскольку открывается первый фотоприемник 30 (i+1)-ro регенеративного 10,мантиссы суммы единично-нормального кода находится в (k+i)-n регенеративном оптроне (), то обнуляют- ся регенеративные оптроны с 1-го по (4+1)-й. Обнуление регенеративных оптронов с 1-го по (i-l)-u не происходит, поскольку цепь распространения единицы закрывается в (1-1)-м элементе И 14 четвертой группы. При этом на первый вход (i-l)-ro элемента И Ik четвертой группы поступает низкий потенциал с выхода (1-1)-го элемента НЕ 11 (+)-и группы. Высо- кий потенциал с электрического выхода kQ пятого регенеративного оптрона

Юу подается через третий элемент 20 задержки на входы оптоэлектронного элемента ИЛИ 22, элемента ИЛИ 23 и на третий управляющий вход 3 десятого регенеративного оптрона 1010, на второй оптический вход 38 которого подается единица с выхода оптоэлектронного элемента ИЛИ 22, которая переводит оптрон в единичное состояние, когда он обнулен. Если десятый регенеративный оптрон 1010 находится в единичном состоянии, тогда единица с выхода четвертого элемента 21 задержки подается на третий вход опто электронного элемента И 2k, и при подаче единиц на первый и второй входы соответственно с выходов опто

5

электронного элемента ИЛИ 22 и элемента ИЛИ 23 оптоэлектронный элемент И 2k открывается, на выходе появляется единица, которая через десятый элемент ИЛИ 16 второй группы обнуляет десятый регенеративный оптрон 1С1в°

Сигнал высокого уровня с выхода оптоэлектронного элемента И 2k первого разряда (ячейка 1 ) подается на вход первого элемента И 21 первой группы. При этом разрешающий сигнал через первый элемент 3 задержки подается на другой вход первого элемента И 21 первой группы, который открывает первый элемент И 2, первой группы Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И 2, первой группы подается на вход 28 переноса второго

о разряда (ячейка 12). Здесь происходит

разряда (ячейка 12). Здесь происходит

подается на третьи управляющие входы 3 регенеративных оптронов 10.,-Юэ

увеличение содержимого мантиссы второго разряда в единично-нормальном коде на один. Это осуществляется с помощью высокого потенциала, который

5 подается на третьи управляющие входы 3 регенеративных оптронов 10.,-Юэ

0 0

второго разряда (ячейка 1г). При этом, если старшая единица мантиссы этого десятичного разряда находится в i-м регенеративном оптроне, то единица появляется и в (J41)-м регенеративном оптроне () тоже, поскольку открывается первый фотоприемник 30 (i+1)-ro регенеративного 10,5 оптрона m,v,, появляется высокий потенциал на базе транзистора 34, и загорается источник 33 света. Если все регенеративные оптроны 10,-IOj находятся в нулевом состоянии, то первый регенеративный оптрон 101 переходит в единичное состояние, поскольку происходит включение источника 18 света, который оптическим каналом открывает первый фотоприемник 30 первого реге5 неративного оптрона 10,. Если восьмой регенеративный оптрон 104 в это время - в единичном состоянии, то единица передается также в девятый регенеративный оптрон 103.

После этого в случае необходимости (т.е. когда пятый регенеративный опт- он 10j - в единичном состоянии) действия ведутся так же, как и в предыдущем случае, и т.д.

Предлагаемый оптоэлектронный сумматор позволяет существенно уменьшить количество логических и радиоэлементов по сравнению с известными сумматорами (более чем в 2 раза) за счет реализации

0

PC

5

915 8/80К

суммирования в модифицированном элемента И пятой подгруппы третьей нично-нормальном коде.

группы оптически соединен с вторым оптическим входом восьмого регенера тивного оптрона, выход /это оптоэле ронного элемента ИЛ первой группы, где ,6, оптиче .си соединен с вто рым оптическим входом г го регенера тивного оптрона, ,7, оптичес

Формула изобретения

Оптоэлектронный сумматор, содержащий п разрядных ячеек (где п - число разрядов слагаемых), первую группу из п элементов И и первый элемент

группы оптически соединен с вторым оптическим входом восьмого регенеративного оптрона, выход /это оптоэлект ронного элемента ИЛ первой группы, где ,6, оптиче .си соединен с вторым оптическим входом г го регенеративного оптрона, ,7, оптичесзадержки, каждая разрядная ячейка со- Q кие выходы первых четырех и десятого держит десять регенеративных оптро- регенеративных оптронов являются вы- нов, группу из девяти элементов НЕ, вторую группу из четырех элементов И,

третью группу оптоэлектронных элеменходами разрядной ячейки, электрический выход каждого регенеративного оптрона, кроме десятого, соединен с

тов И, состоящую из пяти подгрупп is входами соответствующего элемента НЕ

по четыре элемента в каждой, четвер- группы, выходы элементов НЕ с второго

тую группу из четырех элементов И,

первую группу из шести оптоэлектронных элементов ИЛИ, вторую группу из

по пятый группы соединены с первыми входами элементов И второй группы соответственно, выход каждого злемен- десяти элементов ИЛИ, второй элемент 20 та И второй группы соединен соответ- задержки, источник света и резистор, ственно с вторыми входами элементов И каждый регенеративный оптрон содержит источник света, транзистор, три фотоприемника и два диода, причем в каждой разрядной ячейке источник света 25 оптронов, кроме девятого, соединены оптически соединен с первым оптичес- с входом разрешения суммирования сумсоответствующей подгруппы, начиная с второй, третьей группы, первые управляющие входы всех регенеративных

элемента И пятой подгруппы третьей

группы оптически соединен с вторым оптическим входом восьмого регенеративного оптрона, выход /это оптоэлек ронного элемента ИЛ первой группы, где ,6, оптиче .си соединен с вторым оптическим входом г го регенеративного оптрона, ,7, оптические выходы первых четырех и десятого регенеративных оптронов являются вы-

по пятый группы соединены с первыми входами элементов И второй группы соответственно, выход каждого злемен- та И второй группы соединен соответ- ственно с вторыми входами элементов И оптронов, кроме девятого, соединены с входом разрешения суммирования сумсоответствующей подгруппы, начиная с второй, третьей группы, первые управляющие входы всех регенеративных

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных вычислительных устройствах. Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат. Сумматор содержит разрядные ячейки по числу разрядов слагаемых, элемент И, элемент задержки. Каждая разрядная ячейка содержит регенеративные оптроны, элементы И, ИЛИ и НЕ, а также элементы задержки. Цель достигается благодаря реализации суммирования в разрядных ячейках в модифицированном единично-нормальном коде с пятиразрядным кодированием десятичных цифр. Это приводит за счет введения в разрядные ячейки двух дополнительных элементов задержки, одного элемента ИЛИ, одного оптоэлектронного элемента И и оптоэлектронного элемента ИЛИ, а также новых связей к более чем двукратному уменьшению суммарного числа элементов в оптоэлектронном сумматоре. 3 ил.

ким входом первого регенеративного оптрона, первый оптический вход каждого регенеративного оптрона с второго по девятый соединен с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона, первые электрические входы регенеративных оптронов соединены с шиной питания сумматора, шина нулевого потенциала которого соединена с вторыми электрическими входами регенеративных оптронов, q-й оптический информационный вход (,) каждой разрядной ячейки соединен с первым входом q-ro оптоэлектронного элемента И всех подгрупп третьей группы, выход первого элемента И первой подгруппы которой оптически соединен с вторым оптическим входом первого регенеративного оптрона, выход k-ro элемента И первой подгруппы третьей группы, где ,A, соединен с соответствующим входом m-го оптоэлектронного элемента ИЛИ первой группы, где ,3, выход 1-го элемента И j -и подгруппы третьей группы, где ,4; j-2,4, соединен с соответствующим входом ci-ro оптоэлектронного элемен- та ИЛИ первой группы, где J ( )(J+2), выход t-ro элемента И пятой подгруппы третьей группы, где ,3, соединен с соответствующим входом ot-го оптоэлектронного элемента ИЛИ первой группы, выход четвертого

маторов, электрические выходы первых четырех регенеративных оптронов сое- дименк с вторыми входами соответствующих элементов И второй группы, начиная с первого, выходы элементов НЕ с шестого по девятый группы соеди-. нены с первыми входами соответствующих элементов И четвеотой группы, начиная с первого, второй вход четвертого элемента И которой соединен с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ второй группы

с пятого по девятый, первые входы элементов ИЛИ с первого по четвертый которой соединены с выходами соответствующих элементов И четвертой группы, второй вход каждого элемента И,

кроме четвертого, которой соединен с выходом последующего элемента И этой группы, вторые входы элементов ИЛИ с первого по девятый и первый вход десятого элемента ИЛИ второй

группы соединены с входом обнуления сумматора, а выходы - с вторыми управляющими входами соответствующих регенеративных оптронов, третьи управляющие входы которых, кроме десятого, соединены с входом переноса разрядной ячейки, в каждом регенеративном оптроне первые выводы всех трех фотоприемников соединены с базой транзистора, эмиттер которого соедииен с вторым электрическим входом, а первый электрический вход соединен с вторым выводом третьего фотоприемника и первым выходом источника света регенеративного оптрона, который оптически соединен с третьим фотоприемником и является оптическим выходом регенеративного оптрона, второй выход источника света которого соединен |Q с коллектором транзистора и является электрическим выходом регенеративного оптрона, первый и второй оптические входы которого соединены соответственно с первым и вторым фотоприемниками, вторые выводы которых соединены с первыми выводами соответственно первого и второго диодов, вторые выводы которых являются соответственно третьим и первым управляющими входами 2Q регенеративного оптрона, второй управляющий вход которого соединен с базой транзистора, второй вывод пер™ вого 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 первого элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения аппаратурных затрат, в каждой разрядной ячейке сумматора введены третий и четвертый

15

.,

25

30

Q

элементы задержки, оптоэлектронный элемент ИЛИ, элемент ИЛИ и оптоэлектронный элемент И, причем выход первого элемента НЕ группы соединен с вторыми входами элементов И первой подгруппы третьей группы, электрический ыход пятого регенеративного оптрона L. - единен с входами второго и третьего элементов задержки, выход третьего элемента задержки соединен с первыми входами оптоэлектронного элемента ИЛИ и элемента ИЛИ и с третьим управляющим входом десятого регенеративного оптро5 на, первый и второй оптические входы которого соединены с выходом опто- - электронного элемента ИЛИ и с первым входом оптоэлектронного элемента Hj, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с входом разрешения суммирования сумматора, второй вход оптоэлектронного элемента ИЛИ соединен с пятым оптическим информационным вхог дом разрядной ячейки, электрический выход десятого регенеративного оптрона соединен с входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен с третьим входом оптоэлектронного элемента И, выход которого соединен с вторым входом десятого элемента ИЛИ второй группы и с вторым входом соответствующего элемента И первой группы, выход каждого элемента И которой,

кроме последнего, соединен с входом переноса последующей разрядной ячейки.

5

0

ШШ

2S125225325 255

Риг. 2

29 28

8 8

иг

Составитель А.Степанов Редактор 00Юрковецкая Техред Л.Олийнык Корректор Т.Малец

Заказ 1М

Тираж 25

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. k/S

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,101

Фиг.з

Подписное