Оптический вычислительный модуль в системе остаточных классов Советский патент 1991 года по МПК G06F7/72 

со

с

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических процессорах, использующих арифметику остатков в импульсно-позици- онном представлении операндов. Цель изобретения -- расширение функциональ- ных возможностей за счет формирования сигналов переполнения и коррекции ранга, промежуточных значений вычисления. Оптический вычислительный модуль в системе остаточных классов содержит блок 1 определения индексов, сумматор - вычитатель 2 по модулю и блок 3 определения антииндексов с соответствующими связями. 2 з. п. ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено при изготовлении цифровых оптических процессоров, использующих арифметику остатков в импульсно-позиционном представлении операндов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования сигналов переполнения и коррекции ранга, промежуточных значений вычисления.

На фиг. 1 представлена схема оптического вычислительного модуля в системе остаточных классов (для основания, рапного семи); на фиг, 2 - схема блока определения индексов (для основания, равного семи); на фиг. 3 - схема блока определения антииндексов (для основания, равного семи); на фиг. 4 представлен пример реализации вычислительного устройства при помощи оптических вычислительных модулей в системе остаточных классов.

Модуль (см. фиг. 1) содержит блок определения индексов, сумматор-вычитэтель 2 по модулю, блок 3 определения антииндексов, с первого по третий входы 4-6 задания вида операции модуля, первый и второй информационные входы 7 и 8 модуля, информационный выход 9 модуля, выход 10 сигнала переполнения модуля, первый и второй выходы 11 и 12 сигналов коррекции ранга модуля, первый и второй выходы 13 и 14 промежуточных значений вычисления модуля. Блок 1 определения индексов (см. фиг. 2) содержит группу оптических коммутаторов 15, группу фотоприемников 16. Блок 3 определения антииндексов (см. фиг. 3) содержит группу фотоприемников 17, группу оптических коммутаторов 18. Вычислительное устройство (см, фиг, 4) содержит с первого по третий оптические вычисли о

00

о

Ј

ю

тельные модули 19-21 в системе остаточных классов, с первого по третий триггеры 22-24 режима, модуль 25 счета ранга, состоящий из первого блока 26 памяти, первого и второго сумматорор-вычитателей 27 и 28, второго блока 29 памяти, На фиг. 1-3 позиции оптических и электрических контактов обозначены цифрами соответственно в кружках и ромбах.

В блоке 1 определения индексов фотоприемники 16 вырабатывают электрический сигнал в позиции прохождения светового сигнала. По этому электрическому сигналу с выхода 13 в блоке 26 памяти модуля 25 счета ранга программируются переключения по алгоритму

2) ( In da cti ) ( Bi - logg ( mi KI + en ) I loggA -p,

где Bi - ортогональные базисы системы оснований mi, определяемые как Bi PiWi,

PP

PI - ; Wi -пА-: miI Pi I ml

Wi - масса базисов, также BI PiWi;

P ft m,;

i 1

en - остатки;

g - первообразный корень индексов и основание логарифма числа. К определяется так: Ki

D det

DI det

D заведомо не равен 0. ГА - ранг вводимого в модуль числа. Вышеприведенная процедура нахождения Ki есть применение правила Крамера к системе уравнений

mi KI + О| ГА +S wi KI i 1

с целью определения HogJV без обращения к представлению А в позиционной системе. Таким образом, ранг числа становится дробным, т. е. состоящим из целой части (характеристики и мантиссы), Это открывает возможность избежать трудностей с Ind О следующим образом. В блоке 1 определения индексов оптический сигнал в нулевой позиции еще до преобразования остатков в

индексы переводится в первую позицию, а к исходному рангу числа по электрическому сигналу фотоприемника 16 О позиции с

выхода 11 добавляется величина -&-. Это

соответствует прибавлению к

Bi

числу числа . Bi Р.

сумматора-вычитателя 2 используется опти- ческий модуль для сложения и вычитания в системе остаточных классов, формирующий сигнал переполнения, используемый при подсчете ранга суммы или разности операндов по формуле

г А ± в ГА ± гв + Ј wi i 1 ( mi j

В блоке З определения антииндексов фотоприегиники 17 вырабатывают на выходе 14 электрический сигнал впозицииу прохождения светового сигнала. По этому электри-. ческому сигналу в блоке 29 памяти модуля 25 счета ранга программируются переключения по алгоритму

-1.

(9С)

Ј Ind }1 -g (mi li +yi )

i 1

30

Fi

где li -p- ; F

D

5

Fi det

- W2 i ГС - У1

ГП2 - W2 i rc-y2

-wn - wn

- w n Tmn - wn

mi - wi

W1

W2 J ГС -y

- W1- W2 I ГС - УП

Поскольку не определен Indg (M-1), в блоке 3 определения антииндексов модуля в (М-1)-й позиции до преобразования остатков в антииндексы оптический сигнал 0 переводится в (М-2) позицию, а соответствующий фотоприемник 17 выдает в модуль 25 счета ранга сигнал, по которому от исходного ранга числа отнимается величина -. По

5 сочетаниям электрических сигналов, подаваемых на входы видов операций, можно использовать модуль при выполнении в остаточном представлении операции: Логарифмирование, Сложение, Умножение,

0 Вычитание, Деление, Возведение в степень числа g. При этом каждая операция имеет самостоятельное значение, так как можно восстановить в позиционной системе полную информацию о ре5 зультате операций, имея значение ранга, с помощью Китайской теоремы. При этом нет необходимости переходить при Сложе нии / Вычитании, как составляющих Ум- ножения / Деления, к системе оснований (mi - 1 ), В блоке 1 определения индексов

(см. фиг, 2) расположены семь оптических коммутаторов 15, имеющих общий электрический управляющий вход. Первые (для определенности - левые) оптические выходы коммутатора 15 соединены с фотоприемниками 16, а затем с выходами блока (см. табл. 1) индексов для основания 7 при первообразном корне д 3, кроме первого выхода коммутатора 15 нулевой позиции.

Таблица 1

Первый вход коммутатора 15 нулевой позиции после соединения со своим фотоприемником 16 связан с входом коммутатора первой позиции. Электрический сигнал фотоприемника нулевой позиции (при наличии светового сигнала) передается к модулю 25 счета ранга, где по этому сигналу к исходному рангу добавляется величип

на-р-. Электрические выходы фотоприемников с (1) по (6) позиции соединяются с входами блока 26 памяти. Вторые оптиче ские выходы коммутаторов 15 соединены с выходами блока 1 определения индекса соответственно номерам позиции коммутаторов. Сумматор-вычитатель 2 по модулю в случае переполнения формирует электрический сигнал, который в модуле 25 счета ранга вносит коррекцию при сложении рангов

операндов

а ±fl

wi (верхние знаки формулы - при сложении, нижние знаки - при вычитании). В блоке 3 определения антииндексов расположена группа из семи оптических коммутаторов 18, которые программируются на выполнение этой операции общим электрическим управляющим входом. Первые (левые) оптические выходы коммутаторов 18 соединены с фотоприемниками 17, а затем с выходами блока (см. табл. 2) антииндексов для основания 7 при первообразном корне g 3, кроме первого выхода коммутатора 18 шестой позиции.

Таблица 2 50

Первый выход коммутатора 18 шестой позиции после соединения со своим фото- приемником 17 связан с входом коммутатора 18 пятой позиции. По электрическому сигналу фотоприемника 18 шестой позиции в модуле 25 счета ранга от ранга исходного

10

15

0

5

0

0

5

0

5

5

числа отнимается величина Электриче

ские выходы фотоприемников 17 с (0) по (5) позиции соединяются с входами блока 28 памяти. Вторые оптические выходы коммутаторов 18 соединены с выходами блока определения антииндексов соответственно номерам позиций коммутаторов. В примере реализации вычислительного устройства (см. фиг. 4) триггер 22 программирует операции Сложение и Вычитание. Триггер 23 программирует операцию Логарифмирование, триггер 24 задает операцию Антилогарифмирование. Одновременно задействованные триггеры 22 - 24 программируют Умножение и Деление чисел, о зависимости от наличия или отсутствия сигнала на триггере 22. Модуль 25 счета ранга изображен в аксонометрической проекции для подчеркивания того факта, что вводимый и выходящий ранги состоят из двух компонент: целой части и дробной. Блок 26 памяти служит для определения riooA и имеет mi + ГП2 + глз электрических входов для приема сигналов модулей 19 - 21, а также электрический программируемый вход от триггера 23. Сумматор-вычитатель 27 осуществляет сложение рангов операндов, имеет необходимое количество электрических входов для ввода ранга второго операнда и программирующий вход для сигнала триггер 22. В сумматоре-вычитате- ле 28 вводятся коррекции по электрическим сигналам переполнения модулей 19 - 21. Также есть программирующий вход для приема сигнала с триггера 22, инверсного программирующему сигналу для суммато- ра-вычитателя 27. Блок 29 памяти служит для определения rrgc), имеет ггм + гп2 ь тз

электрических входов для приема сигналов от модулей 12 - 14. Также есть программирующий вход для сигнала от триггера 24.

Работа вычислительного модуля (см. фиг. 1) происходит следующим образом.

Оптический импульс поступает на один из входных оптических каналов, одновременно включаются все коммутаторы 15 блока 1 определения индексов и вошедший импульс выходит через первый выход одного из коммутаторов 15. попадает на соответствующий фотоприемник 16, который вырабатывает электрический сигнал для модуля 25 счета ранга, а затем в соответствии с переориентацией позиции оптичаского канала поступает на выход блока. Если же оптический импульс первоначально поступает на вход нулевой позиции, то он сначала выходит с первого выхода коммутатора 15

нулевой позиции, инициирует электрический сигнал на фотоприемнике 16 нулевой позиции (по которому вносится

коррекция + --- в модуле 25 счета ранга у

исходного ранга числа), а затем поступает на вход коммутатора 15 первой позиции, после чего проходит до выхода блока 1 определения индексов по вышеприведенной процедуре. Далее оптический импульс без смены позиции проходит до выхода модуля.

из входных оптических каналов, проходит через блок 1 определения индексов без смены позиции (через вторые выходы коммутаторов 15) и поступает на входы сумма- тора-вычитателя 2, реализованного в виде оптического вычислительного модуля для сложения и вычитания. По выходе из него оптический импульс без смены позиции проходит через блок 3 определения антииндексов.

из оптических каналов, проходит через блок 1 определения индексов, сумматор-вычита- тель 2 без смены позиции поступает на вход одного из коммутаторов 18 (одновременно включенных) блока 3 определения антииндексов и выходит через первый выход одного из коммутаторов 18. Попадает на фотоприемник 17 данной позиции, который вырабатывает электрический сигнал для модуля 25 счета ранга, а затем в соответствии с переориентацией позиции канала поступает на выход блока. Если оптический мм- пульс вошел с М-1 позиции, то он сначала выходит с первого выхода коммутатора 18 этой же позиции, инициирует электрический сигнал фотоприемника 17 М-1 позиции

/в

(по которому вносится коррекция в модуле 25 счета ранга у исходного числа), а затем поступает на вход коммутатора 18 М-2 позиции, после чего происходит до выхода блока 3 определения антииндексов по вышеприведенной процедуре

Работа модуля складывается из совокупности работ, описанных в пп. 1 - 3. При этом на электрический второй информационный вход сумматора-вычитателя 2 по модулю подается электрический сигнал, позиция которого соответствует индексу второго операнда по данному основанию. Умножение производится, когда сумматор- вычитатель 2 по модулю запрограммирован

на сложение, деление - когда блок запрограммирован на вычитание.

Формула изобретения

0 информационным входом блока определения индексов, оптический информационный выход которого соединен с первым информационным входом сумматора-вычитателя по модулю, информационный выход которо5 го соединен с информационным входом блока определения антииидэксов, оптический информационный выход которого является информационным выходом модуля, с первого по третий входы задания вида опе0 рации которого соединены соответственно с управляющим входом сумматора-вычитателя по модулю, входом разрешения блока определения индексов и входом разрешения блока определения антииндексов, вто5 рой информационный вход модуля соединен с вторым информационным входом сумматора-вычитателя по модулю, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей

0 за счет формирования сигналов переполнения и коррекции ранга, промежуточных значений - вычисления, выход переполнения сумматора-вычитателя по модулю является выходом сигнала переполнения модуля.

5 первый и второй выходы сигналов коррекции ранга которого соединены соответственно с сигнальными выходами блока определения индексов и блока определения антииндексов, электрический информаци0 онный выход блока определения индексов и электрический информационный выход блока определения антииндексов являются соответственно первым, и вторым выходами промежуточных значений вычисления моду5 ля.

0 разрядов информационного входа блока определения индексов соединены с информа- ционными входами соответствующих оптических коммутаторов группы, управляющие входы которых соединены с входом

5 разрешения блока определения индексов, первые выходы оптических коммутаторов группы соединены с входами соответствующих фотоприемников группы, выход первого фотоприемника группы является сигнальным выходом блока определения

индексов, выходы фотоприемников, кроме первого, группы являются соответственно выходами разрядов электрического информационного выхода блока определения индексов, выходы разрядов оптического информационного выхода которого соединены с вторыми выходами соответствующих оптических коммутаторов группы, первый выход первого оптического коммутатора группы соединен с информационным входом второго оптического коммутатора группы, первый выход (К + 1)-го (К 1 - (М - 1), М - разрядность информации) оптического коммутатора группы является выходом (lnd(K + 1)-ro разряда оптического информационного выхода блока определения индексов.

ф ф фф sf$ ф ф О) ф ® ®

оптических коммутаторов группы, управляющие входы которых соединены с входом разрешения блока определения антиик- дексов, первые выходы оптических коммутаторов группы соединены с входами соответствующих фотоприемников группы, выходы фотоприемников, кроме М-ro, группы являются соответственно выходами разрядов электрического информационного

выхода блока определения антииндексов, сигнальный выход которого соединен с выходом М-ro фотоприемника группы, вторые выходы оптических коммутаторов группы являются выходами соответствующих разрядов оптического информационного выхода блока определения антииндексов, первый выход К-го оптического коммутатора группы является выходом (Ind К - 1) -1 разряда оптического информационного выхода блока определения антииндексов, первый выход М-го оптического коммутатора группы соединен с информационным входом (М - 1)-го оптического коммутатора группы.

Вход

Вы ход 9 Фиг.

сгэ

CN1

с- r

02

сг

UD

cvi

CJ

Q.