Оптоэлектронное устройство для вычитания десятичных чисел Советский патент 1991 года по МПК G06E1/04 

два четырехразрядных оптоэлектронных квантующих модуля 14 и 15, два одноразрядных оптоэлектронных квантующих модуля 16 и 17, два модулятора 18 и 19, оптоэлектронный элемент ИЛИ 20, три оп- тоэлектронных элемента И 21-23, два элемента 24 и 25 задержки. В каждой разрядной ячейке регистров 1 и 2 модуль 14 оптически соединен с выходом 26 модуля 15, который оптически соединен с выходом 27 модуля 14, модуль 16 оптически соединен с выходом 28 модуля 17, который оптически соединен с выходом 29 модуля 16. Электрические входы модулей 14 и 16 соединены с электрическим выходом 30 модулятора 18 и с шиной 31 питания,-а электрические входы модулей 16 и 17 - с шиной 31 питания и с выходом первого элемента 24 задержки, вход которого соединен с электрическим выходом 32 модулятора 19, модули 14 и 16 электрически соединены также с выходом первого элемента 24 задержки.

Оптический вход 33 модуля 14 соединен с оптическим выходом модулятора 18, оптический вход 34 которого является опти- ческим входом каждой разрядной ячейки 10 и 11 регистров 1 и 2. Выход четвертого двоичного разряда модуля 14 оптически соединен с оптическим входом 35 модуля 16 и оптическим входом 36 модуля 14, а выход четвертого двоичного разряда модуля 15оп- тичейки соединен с оптическим входом 37 модуля 17 и оптическим входом 38 модуля 15, Первые входы оптоэлектронных элементов И 21, 22 и вход второго элемента 25 задержки оптически соединены с оптическим выходом модулятора 19. Выход второго элемента 25 задержки оптически соединен с оптическим входом 39 модуля 15, выход первого оптоэлектронного эле- мента И 21 - с оптическим вхбдом 40 модуля 17, а выход второго оптоэлектронного элемента И 22 - с оптическими входами модулей 14, 16 и 17. Оптические выходы модуля 17 и четвертого двоичного разряда модуля 15 соединены соответственно с первым и вторым входами третьего оптоэлектронного элемента И 23, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И 22.

В обоих оптоэлектронных регистрах 1 и 2 выход третьего элемента И 23 каждой разрядной ячейки оптически соединен с соответствующим входом элемента И 12, выход которого оптически соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 13, второй вход ко- торого оптически соединен с выходом регенеративного бистабильного оптрона 3, единичный оптический вход 41 которого соединен с входом запуска устройства. Нулевые оптические входы 42 и 43 регенеративного бистабильного оптрона 3 соединены с выходом элемента И 12 соответственно регистров 1 и 2. Выход третьего элемента И 23 одноименных разрядных ячеек обоих регистров 1 и 2 оптически соединен с соответствующим входом соответствующего элемента ИЛИ группы 4. Каждый элемент ИЛИ группы 4 через соответствующий элемент НЕ группы 5 оптически соединен с первым входом соответствующего элемента И группы 6, а второй вход каждого элемента И группы 6 оптически соединен с выходом регенеративного бистабильного оптрона 3, Выход каждого элемента И группы 6 оптически соединен с первым входом оптоэлектронного элемента ИЛИ 20 соответствующей разрядной ячейки обоих регистров 1 и 2.

Выход каждого элемента ИЛИ группы 4 оптически соединен с соответствующим входом элемента И 8, выход которого оптически соединен с первым входом элемента И 9, второй вход которого оптически соединен с выходом регенеративного бистабильного оптрона 3, Выход элемента И 9 оптически соединен с вторым входом элемента ИЛИ 20 в первой разрядной ячейке 10 обоих регистров 1 и 2, а второй вход элемента ИЛИ 20 в каждой разрядной ячейке кроме первой 10, каждого оптоэлектронного регистра соединен с выходом второго элемента И 22 предыдущей разрядной ячейки. Выход элемента ИЛИ 20.в каждой разрядной ячейке обоих регистров 1 и 2 соединен с оптическим входом 44 модулятора 19. Выход модуля 17 одноименных разрядных ячеек обоих регистров 1 и 2 оптически соединен с соответствующим входом соответствующего элемента ИЛИ- НЕ группы 7. Каждый элемент ИЛИ-НЕ группы 7 оптически соединен с вторым входом первого элемента И 21 соответствующей разрядной ячейки обоих регистров 1 и 2. Вы-ход элемента ИЛИ-НЕ 13 в регистре 1 соединен с оптическим выходом 45 признака присутствия разности в регистре 1, а в регистре 2-е оптическим выходом 46 признака присутствия разности в регистре 2,

Время задержки элементов 24 и 25 определяется как т , где г - среднее время задержки сигналов в логических элементах.

Десятичные цифры представляются следующим образом a fa fa fa fa

0-0 0000

1-0 1 О О -О

2-0 1100

3-0 1110

4-0 1111

5-.1 0000

6-1 1 000

7-1 1100

8-1 1100

9-1 1111 где а- признак цифры;

$ fk /Зз - мантисса цифры.

Оптоэлектронное устройство для вычитания десятичных чисел работает следующим образом.

Работу оптоэлектронного устройства проиллюстрируем на примере выполнения операции вычитания над двумя десятичными числами, Предположим, что от десятичного числа А - 834 (первый операнд) следует вычесть десятичное число В - 763 (второй операнд). В применяемой форме кодирования эти числа представляются следующим образом

834763

4-0 1111 3-0 1110

3-0 1110 6-11000

8-11110 7-11100

В процессе вычитания в одноименных разрядах этих чисел производится пошаговое убавление единиц мантисс и признаков (если в признаках кодов цифр одновременно находится единица) параллельно до обнуления одного из двух мангисс. Для нашего примера после трех шаюо вычитания имеем следующие числа

1 000 1100 1000

0-0 0000 5-1 0000 0-0 0000

Если в каждом из полученных чисел имеется ненулевой разряд с нулевой мантиссой и одноименный разряд другого числа отличается от нуля, то производится обнуление признака и установление двоичных разрядов мантиссы в единичное состояние данного разряда первого числа. Одновременно с этим в одноименном разряде другого операнда обнуляется один двоичный разряд мантиссы. Для нашего примера имеем

1 000 1000 1000

0-0 0000 4-0 1111 0-0 0000

В дальнейшем при необходимости процесс обнуления одного из двух мантисс одноименных разрядов чисел повторяется. В этом случае для нашего примера имеем 1-01000 0-0 0000 0-0 00003-0 1110

1-0 1 0000-0 0000

Если полученные числа отличаются от нуля, то производится процесс заема. Процесс заема начинается с младших разрядов. При этом в необнуленном младшем разряде

одного числа производится уменьшение содержимого на один, а одноименный обнуленный разряд второго числа переводится в единичное состояние (в признаке и двоичных разрядах мантиссы записываются единицы). Следовательно, в последующем разряде второго числа производится уменьшение содержимого на единицу, если данный разряд отличается от нуля. Если данный разряд равен нулю, то процесс заемз р опростраияется до разряда второго числа, в котором находится хотя бы одна единица. Для нашего примера имеем.

о-о оооо

0-00000

1-01000

9-11111 2-0 1100 0-0 0000

Аналогично вышесказанному, на следующем этапе имеем

9-111118-11110

9-111112-01100

0-0 00000-0 0000

После осуществления описанного про- цесса для нашего примера имеем

1000 1 1 00 0000

0-0 0000

0-0 0000 0-0 0000

35

Процесс вычитания заканчивается обнулением всех разрядов одного числа.

Рассмотренный процесс вычитания на устройстве реализуется следующим обра- 0 зом.

По оптическому входу 34 модулятора 18 во всех разрядных ячейках регистров 1 и 2 происходит запись соответствующих операндов А и В параллельно по разрядам в 5 новой форме единично-нормального кода: в регистр 1 записывается операнд А, в регистр 2 - операнд В. Причем в модулях 14 и

16каждой разрядной ячейки 10 и 11 обоих регистров 1 и 2 записывается соответствую0 щая цифра в прямом коде, а в модулях 15 и

17- в дополнительном до девяти коде за счет оптической связи по выходам 27 и 29 соответственно модулей 14 и 16. Например, цифра 7 записывается в следующем виде: в

5 модулях 16 и 14 соответственно 1 и 1100, в модулях 17 и 15 соответственно 0 и 0011.

Если в модулях 16 и/или 14 некоторых одноименных разрядных ячеек обоих регистров 1 и 2 находится хотя по единице, то третьи элементы И 23 данных разрядных

ячеек закрыты и, следовательно, на первый вход соответствующего элемента И группы 6 поступает логическая единица. При этом, если в модулях 16 соответствующих одноименных разрядных ячеек обоих регистров 1 и 2 одновременно находятся единицы, то с выхода соответствующего элемента ИЛИ- НЕ группы 7 логическая единица поступает на вторые входы первых элементов И 21 данных разрядных ячеек,

При поступлении запускающего оптического сигнала длительностью t (где т - время срабатывания регенеративного бис- табильного оптрона) на входе 41 регенера- тивнбго бистабильного оптрона 3 происходит срабатывание последнего и появление на его выходе оптического единичного сигнала, который поступает на второй вход каждого оптоэлектронного элемента И группы 6. Следовательно, открывается тот элемент И группы 6, на первом входе которого присутствует логическая единица. Единица с выхода этого элемента И группы б через элементы ИЛИ 20 в соответствующих разрядных ячейках регистров 1, 2 запускает модуляторы 19, В каждом из двух одноименных разрядных ячеек оптический единичный сигнал с выхода модулятора 19 через второй элемент 25 задержки поступает на оптический вход 39 модуля 15 и увеличивает записанное в этом модуле количество единиц, Следовательно, обнуляются соответствующие двоичные разряды модуля 14 через оптическую связь на выходе 26 модуля 15. Оптический единичный сигнал с выхода модулятора 19 поступает также на первый вход первого элемента И 21 и при присутствии логической единицы на его втором входе открывает последний, Единица с выхода первого элемента И 2 i поступает на оптический вход 40 модуля 17 и вызывает запись единицы в этом модуле.

Следовательно, обнуляется модуль 16 через оптическую связь на выходе 28 модуля 17.Оптический единичный сигнал с выхода модулятора 19 поступает на первый вход второго элемента И 22, не вызывает срабатывание последнего, так как на выходе третьего элемента И 23 присутствует логический нуль. Увеличение количества единиц в модулях 15 одноименных разрядных ячеек происходит до тех пор, пока в четвертом двоичном разряде одного из двух модулей 15 не появится единица, свидетельствующая о том, что соответствующий модуль 14 обнулен. С появлением единицы в четвертом двоичном разряде модуля 15, если модуль 17 данной разрядной ячейки обнулен, и в модуле 14 одноименной разрядной ячейки другого регистра находится хотя бы одна

единица, единичный сигнал поступает на оптический вход 37 модуля 17, переводя его в единичное состояние, и на вход 38 модуля 15, обнуляя его.

Следовательно, обнуляется модуль 16

данной разрядной ячейки через оптическую связь на выходе 28 модуля 17 и переводится в единичное сосотояние весь модуль 14 через оптическую связь на выходе 26 модуля

0 15. После этого, если модуль 14 одноименной разрядной ячейки другого регистра не обнуляется, тогда аналогичным образом производится увеличение количества единиц в молулях 15 данных одноименных раз5 рядных ячеек. Процесс продолжается до тех пор, пока в четвертом двоичном разряде одного из двух разрядных ячеек не появится единица, свидетельствующая о том, что соответствующий модуль 14 обнулен, т.е. до

0 тех пор, пока одна из одноименных разрядных ячеек регистров 1 и 2 не обнулится, Таким образом, во всех одноименных разрядных ячейках регистров 1 и 2 происходит сдвиг информации до тех пор, пока не об5 нулятся модули 14 и 16 одной из двух одноименных разрядных ячеек.

В это время в соответствующих обнуленных разрядных ячейках регистров 1 и 2 открываются логические элементы И 23. В

0 каждом регистре единицы с выхода этих элементов поступают на соответствующие входы элемента И 12. Если все разрядные ячейки каждого регистра не обнулены, тогда элементы И 12 не открыты и регенератив5 ный бистальный оптрон 3 остается в единичном состоянии,

После ел крытия третьих элементов И 23 всех обнуленных разрядных ячеек регистров 1 и 2 на выходе каждого элемента ИЛИ

0 группы 4 одновременно появляются логические единицы.

Следовательно, открываются элементы И 8 . поскольку на втором входе последнего с выхода регенеративного бистабиль5 ного оптрона 3 присутствует логическая единица. Единица с выхода элемента И 9 через элементы ИЛИ 20 в первых разрядных ячейках 10 обоих регистров 1 и 2 запускает модуляторы 19. Оптический единичный сиг0 нал с выхода модулятора 19 в этих разрядных ячейках через второй элемент 25 задержки поступает на оптический вход 39 модуля 15. При этом в необнуленной разрядной ячейке 10 происходит уменьшение

5 содержимого на единицу. В обнуленной разрядной ячейке 10 обнуляется весь модуль 15 по оптическому входу 38. Одновременно оптический единичный сигнал с выхода модулятора 19 поступает на первый вход второго элемента И 22 и открывает его,

так как на втором входе присутствует поги- ческая единица с выхода третьего элемента И 23. Единица с выхода второго элемента И 22 поступает на оптические входы модулей 17, 16 и 14 данной разрядной ячейки.

Следовательно, модуль 17 обнуляется, а модули данной ргзрядной ячейки 16 и 1 переводятся в единичное состояние. Одновременно с этим единица с выхода второго элемента И 22 также поступает в последующую разрядную ячейку данного регистра и уменьшает его содержимое на единицу,

В дальнейшем присутствие оптического единичного сигнала на выходе регенеративного бистабильного оптрона 3 аналогично осуществляет процесс обнуления модулей 16 и 14 каждой разрядной ячейки обоих регистров 1 и 2 до тех пор, пока в четвертом двоичном разряде модуля 15 и в модуле 17 каждой разрядной ячейки одного из регистров не появится единица.

Если с выхода третьего элемента И 23 каждой разрядной ячейки регистра 1 или регистра 2 на соответствующий вход элемента И 12 одновременно поступает оптический единичный сигнал, это свидетельствует о том, что информация, записанная в соответствующем регистре, равна нулю, тогда единичный оптический сигнал на выходе элемента И 12 регистров 1 и 2 вызывает обнуление регенеративного бистабильного оптрона 3. При этом прекращается поступление оптического, единичного сигнала через оптоэлектронные элементы И группы 6 и И 9 на входы модуляторов 19 каждой разрядной ячейки регистроз 1 и 2, ч го необходимо для предотвращения установки в единичное состояние модулей 16 и 14 и обнуления модулей 17 и 15 соответствующих разрядных ячеек регистра 1 или 2.

Таким образом, один из регистров 1 или 2 является обнуленным, а в другом записана разность операндов А и В. О том, что разность находится, например, в регистре 1, свидетельствует наличие оптического сигнала на выходе 45 признака присутствия разности в регистре 1, в противном случае оптический сигнал присутствует на выходе 46 признака присутствия разности в регистре 2.

Формула изобретения

Оптоэлектронное устройство для вычитания десятичных чисел, содержащее регенеративный бистабильный оптрон, группу элементов ИЛИ, группу элементов НЕ, группу элементов И, два элемента И и первый и второй оптоэлектронные регистры, содержащие элемент И. элемент ИЛ И-НЕ и разрядные ячейки по числу десятичных разрядов, каждая из которых содержит два чегьшехразрядных оптоэлектромныч квангу- нзщмх модуля, два модулятора и элемент ИЛИ, причем в каждой разрядной ячейке обоих оптоэлектронных регистров первые электрические входы первого и второго четырехразрядных оптоэлектронных квантующих мод/лей подключены к шине питания устройства, второй электрический вход первого четырехразрядного оптоэлектронного

0 квангуюшего модуля соединен с электрическим выходом первого модулятора, первый оптический вход первого четырехразрядного О тгозлектронного квантующего модуля соединен с выходом второго четырехрэз5 сяд|- згооптоэлектронного квантующего модуля, первый оптический вход которого соединен с выходом первого иетырехраз- рядного оптоэлектронного кван гующего мо- дулч, оптические входы первых

0 модуляторов разрядных ячеек первого и второго оптозлектронныч регистров соединены с соответствующими разрядами входов соответственно первого и второго операндов устройства, втооой оптический

5 вход первого четырехразрядного оптоэлектронного квантующего модуля в каждой разрядной ячейке обоих оптоэлектронных регистров соединен с .им выходом первого модулятора в каждом оптозлект0 ронном регистре выход элемента И оптически соединен с первым входом элемента ИЛ И-НЕ, второй вход которого оптически соединен с выходов регенеративного бис- табильчсго оптрона , единичный

5 оптический вход которого соединен с входом запуска устрой- ства, первый ч второй оптические входы регенеоативного бистабильногс оптрона соединены с выходами элементов И

0 соответственно первого ч второго оптоэлектронных регистров, выход элемента ИЛИ- НЕ каждого оптоэлектрочного регистра соединен с оптическим выходом признака присутствия оазности в соответствующем

5 оптоэлектроннсм регистре, одноименные входы элементе1 И обоих оптоэлектронных регистров соединены соответственно с первым и вторым входами соответствующего элемента ИЛИ группы, выход

0 каждого элемента ИЛИ группы через соответствующий элемент НЕ группы оптически соединен с первым входом соответствующего элемента И группы, второй вход которого оптиче5 гки соединен с выходом регенеративного бмстабильного оптоонэ, выход каждого элемента И группы оптически соединен с первым входом элемента ИЛИ в соответствующей разрядной ячейке каждого оптоэлектронного регистра выход каждого

элемента ИЛИ группы оптически соединен с соответствующим входом первого элемента И, выход которого оптически соединен с первым вводом второго элемента И, второй вход которого оптически соединен с выходом регенеративного бистабильного оптрона, выход второго элемента И оптически соединен с вторым входом элемента ИЛИ в первой разрядкой ячейке каждого оптоэлектронного регистра, выход элемен: та ИЛИ в каждой разрядной ячейке каждого оптоэлектронного регистра оптически соединен с входом второго модулятора, о т л и- чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введена группа оптоэлектронных элементов ИЛИ- НЕ, а в каждую разрядную ячейку обоих оптоэлектронных регистров введены два дополнительных одноразрядных оптоэлектронных квантующих модуля, три элемента И и два элемента задержки, причем в каждой разрядной ячейке обоих оптоз- лектронных регистров первые электрические входы обоих одноразрядных оптоэлектронных квантующих модулей подключены к шине питания, второй электрический вход первого одноразрядного оптоэлектронного квантующего модуля соединен с электрическим выходом первого модулятора, первый оптический вход первого одноразрядного оптоэлектронно- го квантующего модуля соединен с первым оптическим выходом второго одноразрядного оптоэлектронного квантующего модуля, первый оптический вход которого соединен с оптическим выходом первого одноразрядного оптоэлектронного квантующего модуля, вторые электрические входы вторых одноразрядного и четырехразрядного оптоэлектронных квантующих модулей и третьи электрические входы первых одноразрядного и четы рехразрядного оптозлектронных квантукж(их модулей сое.аинены с выходом первого элемента задеожки, вход которого соединен с электрическим выходом второго модулятора, оптический выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И я входом второго элемента задержки, выход которого оптически соединен с вторым оптическим входом второго четырехразрядного оптоэлектронного квантующего модуля, первые оптические выходы четвертых двоичных разрядов первого и второго четырехразрядных оптоэлектрочных квантующих модулей соединены с вторыми оптическими входами соответственно первого и второго одноразрядных оптозлек , ронных квантующих модулей и с третьим-и оптическими входами соответственнопервого и второго четырехразрядных оптоэлектронных квантующих модулей, третий оптический вход второго одноразрядного сптозлектронного квантующего модуля соединен с выходом

первого элемента И, вторые оптические выходы второго одноразрядного оптоэлектронного квантующего модуля и четвертого двоичного разряда второго четырехразрядного оптозлектронного квантующегомодуля соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого в каждой разрядной ячейке обоих оптоэлектронных регистров соединен с четвертыми оптическими входами второго одноразрядного и первого четырехразрядного оптоэлектронных квантующих модулей и с третьим оптическим входом первого одноразрядного оптоэлектронного квантующего модуля, выход третьего элемента И каждой разрядной ячейки оптически соединен с соответствующим входом элемента И соответствующего оптоэлектронного регистра, выход второго элемента И каждой разрядной ячейки, кроме последней, оптически соединен с вторым входом элемента ИЛИ последующей, разрядной ячейки соответствующего оптоэлектронкого регистра,

вторые оптические выходы вторых одноразрядных оптоэлектронных квантующих модулей одноименных разрядных ячеек обоих оптоэлектронных регистров соединены соответственно с первым и вторым входами соответствующего элемента ИЛИ-НЕ группы, выход каждого элемента ИЛИ-НЕ группы оптически соединен с вторым входом первого элемента И в соответствующей ячейке каждого оптоэлектронного регистра.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для организации операций вычитания десятичных чисел в логико-временных средах. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Изобретение позволяет повысить быстродействие устройства за счет уменьшения количества двоичных знаков в единичном коде разрядов слагаемых, при котором сокращается разрядность модуля и, следовательно, уменьшается время Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для организации операций вычитания десятичных чисел в логиковременных средах. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. На чертеже представлена схема опто- электронного устройства для вычитания десятичных чисел. Оптоэлектронное устройство для вычитания содержит два оптоэлектронных регисдвига информации в разрядных ячейках. Устройство содержит два оптоэлектронных регистра, регенеративный бистабильный оптрон, группу оптоэлектронных элементов ИЛИ, группу оптоэлектронных элементов НЕ, группу оптоэлектронных элементов И, группы оптоэлектронных элементов ИЛИ-НЕ и два оптоэлектронных элемента И. Каждый оптоэлектронный регистр содержит оптоэлектронный элемент И, оптоэлектронный элемент ИЛИ-НЕ и разрядные ячейки, каждая из которых содержит два четырехразрядных оптоэлектронных квантующих модуля, два одноразрядных оптоэлектронных квантующих модуля, два модулятора, оптоэлектронный элемент ИЛИ, три оптоэлектронных элемента И и два элемента задержки. Запись операндов в оптоэлектронных регистрах осуществляется параллельно по разрядам в новой форме единично-нормального кода. Вычитание выполняется путем параллельного сдвига операндов во всех разрядных ячейках обоих регистров.1 ил. стра 1 и 2 операндов А и В соответственно, регенеративный бистабильный оптрон 3, группу 4 оптоэлектронных элементов ИЛИ, группу 5 оптоэлектронных элементов НЕ, группу 6 оптоэлектронных элементов И, группу 7 оптоэлектронных элементов ИЛИ- НЕ, оптоэлектронные элементы И 8 и 9. Каждый оптоэлектронный регистр представлен двумя разрядными ячейками 10 и 11, оптоэ- лектронным элементом И 12 и оптоэлект- ронным элементом ИЛИ-НЕ 13, а каждая разрядная ячейка регистров 1 и 2 содержит ON О VJ О О Ю