МНОЖИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1974 года по МПК G06E1/02 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и технической кибернетики и предназначено для выполнения операций умнол ения и деления с записанными на картинах массивами двоичных чисел.

Известны множительно-делительные устройста, умножение в которых выполняется по схеме, реализующей: соотношение 2АВ - (А + В)2 - А - В, содержащие квадраторы, сумматоры, инверторы, выполненные на монокристаллических четырех разрядных модулях.

Умножение двух восьмиразрядных чисел в таких множительных устройствах выполняется за 12 тактов.

Недостатком таких множительных устройств является высокая зависимость времени выполнения умножения от длины слова, а также к от количества умножаемых слов. Повышение их нроизводительности может быть достигнуто за счет увеличения быстродействия электронных монокристаллических модулей («chips), которое уже почти достигло своего предельного значения.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Предложенное устройство отличается тем, что оно содержит источник когерентного света и связанные с ним маски с картинами исходных данных, размножители и формирователь обратных чисел. Первая маска оптически связана с первыми входами сумматора и первого вычитателя, вторые входы которых связаны с выходами элементов «И соответствующего канала, соединенных с щинами сигналов запрета соответственно умножения и деления, третьи входы - с выходами элементов «И соседнего канала, а выходы - с первым и вторым размножителями, выходы которых связаны с соответствующими блоками квадраторов, выходы которых через элементы «ИЛИ связаны со вторым вычитателем. Вторая .Maofia оптически связана с третьим размножителем, выходы которого связаны с

блоками фор.мирователя обратных чисел, выходы которых через элементы «ИЛИ связаны с элементом «И, установленным на входе первого вычитателя. Кроме того, блоки квадратора и формирователя обратных чисел выполнены в виде оптической системы последовательно установленных элемента «И, линзы, фильтра, линзы и второго элемента «И. .. Это позволяет повысить быстродействие устройства, так как все промежуточные элементарные операции выполняются параллельно над большими массивами чисел, представленными на картинных носителях информации, например, на фотопленке или перфокартах, а возможность параллельного выполнения всех элементарных операций обеспечивается применением оптических .картинных элементов.

Принции действия предложенного цифрового и множительно-делительного устройства основан на использовании свойств интерференционной записи информации.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства.

Множнтелыю-делительное устройство содержит источник когерентного света 1 с килломатором и расщенителем светового нотока на два. На пути первого светового потока находится маска 2 с картиной массива множимых (или делимых) чисел, онтические картинные сумматор 3 и вычитатель 4. На пути второго - маска 5 с картиной массива множителей (или делителей), оптический картинный элемент «Н 6 умножения и оптический размножитель 7, каждый из Л выходов которого оптически связан со входом одного из .V блоков формирователя 8 обратных чисел, выходы которых через онтический картинный элемент «ИЛИ 9 подключены к оптическому картинному элементу «И 10 деления. Выходы элементов «И 10 и 6 оптически связаны со входами сумматора 3 и вычитателя 4.

Выход сумматора 3 связан с оптическим размножителем 11, каждый из V выходов которого оптически связан со входом одного из N блоков первого квадратора 12, выходы которых через онтический картинный элемент «ИЛИ 13 нодключены к одному из входов выходного вычитателя 14. С выходом вычитателя 4 связан онтичеекпй размножитель 15, каждый из выходов которого оптически связан со входом одного из блоков второго квадратора 16, выходы которых через третий элемент «ИЛИ 17 связаны со вторым входом выходного вычитателя 14.

Каждый из блоков формирователя 8 обратных чисел и квадратора 12 и 16 состоит из оптических картинных элементов «И 18 и 19 на входе и на выходе, двух собирающих линз 20 и 21 и голографического фильтра интенсивностей 22, который расположен линзами на фокусном расстоянии от них.

Кодирование информации - двоичное: прозрачный элемент соответствует единице, а ненрозрачпый - нулю. Числа, представленные на картинах, записываются в любой системе счисления, обеспечивающей возможность выполнения операции сложения и вычитания на картинных сумматорах.

Результатирующая картина, формирующаяся на выходе предложенного множительно-делительного устройства лучами света, исходящими из выходного вычитателя 14, содержит при умножении в г-й строке произведение числа, записанного в i-й строке картины-маски 2 на число, записанное в /-и строке маски 5, а при делении в 1-й строке результирующей картины находится частное от деления числа, представленного в i-тл строке маски 2 на число, представленное в t-й строке маски 5. (В случае необходимости числа записываются не по строкам, а по столбцам картин, принцип действия предложенного устройства от этого не изменится). Результирующая картина может регистрироваться, например, матрицей фотоприемников, установленной за вычислителем 14, или же передаваться по оптическим каналам связи на другие картинные вычислительные устройства.

Световой поток в устройстве сохраняет когерентность по всему пути следования и всегда нормален к онтическим элементам. Иередача светового потока в устройстве осуществляется с помощью зеркальных систем или волокопиых световодов.

Выполнение операции умножепия или деления задается снятием сигналов запрета на умпожепие или па делепие, которые подаются соответственно на огггнческие логические картинные элементы «И 6 и 10 для перекрывания прохождения светового потока от маски 5 па сумматор 3 и вычитатель 4.

Голографический фильтр интенсивностей 22 представляет собой транспорант с интерференционной записью Фурье-спектра образца спепиальпой картины - таблицы, на которой в два ряда - столбца записаны числа в принятой кодировке. В первом столбце занисапы все числа, с которыми оперирует устройство, а во BTOpoiM - или соответствующие им обратные числа (для формирователя 8) или квадраты половин этих чисел (для квадратов 12 и 16).

В оптическом множительпо-делительном устройстве используется свойство фильтра интенсивностей создавать фантомное изображение картины-образа и осуществлять в нем поиск ипформации по задапному фрагменту этой картины.

Работа блоков формирователя обратных чисел и квадраторов 12 и 16 нроисходит следующим образом.

Нучок света, поданный на формирователь 8 или на квадраторы 12 и 16, разделяется по количеству узлов и направляется к ним на вход. Со входа i-ro блока пучок света попадает па оптический логически элемент «И 18, в котором установлена картина-маска, пропускающая из всего входного пучка только t-oe число, являющееся фрагментом картины-таблицы. Поэтому пучок света, соответствующий /-МУ числу, пройдя через линзу 20, фильтр интенсивностей 22 и линзу 21 распределяется таким образом, что кроме I-ro числа он соответствует картине-таблице, смещенной так, что 1-ое число совпадает с равным ему числом в картине-таблице. Затем пучок света проходит через оптический логический элемент «И 19 с картиной-маской, выделяющей из него ту часть картины-таблицы, которая соответствует обратному числу или квадрату половины этого числа.

Введение маркера (единицы в дополнительном разряде) при кодировании чисел в картинах с исходной информацией и в картинахтаблицах исключает возможность ложного

срабатывания при поиске информации и увеличивает помехоустойчивость работы узлов.

Пучки света с выходом блоков формирователя 8 обратных чисел и квадраторов 12 и 16 направляются на оптические логические элементы «ИЛИ 9, «ИЛИ 13 и «ИЛИ 17, которые собирают их в картины.

Предложенное оптическое множительно-делительное устройство работает следующим образом.

Коллимированный пучок света от когерентного источника света 1 разделяется на два. Один из них, промодулированный маской 2 с исходной информацией, установленной на его пути, направляется непосредственно на сумматор 3 и вычитатель 4. Другой пучок, промодулированный маской 5, разделяется с помощью оптического размножителя и направляется на оптический картинный элемент «И 6 и на блоки формирователя 8 обратных чисел. Оптический картинный элемент «И 6 пропускает картину с исходной информацией на сумматор 3 и вычитатель 4 лищь при отсутствии сигнала «запрета умножения. Выходящие из формирователя 8 пучки света собираются элементом «ИЛИ 9 в единую картину обратных чисел. Если нет сигнала «запрета деления, то эта картина пропускается элементом «И 10 на сумматор 3 и вычитатель 4. Полученные картины результатов сложения (на сумматоре 3) и вычитания (на вычитателе 4) с помощью оптических размножителей 11 и 15 направляются на квадраторы 12 (сумма) и 16 (разность), которые ставят в соответствие каждому числу квадрат его половины. Собранные соответствующими элементами «ИЛИ 13 и 17 картины квадратов половин сумм и разностей направляются в выходной вычитатель, где получается результирующая картина.

Работа устройства при выполнении операции умножения происходит следующим образом.

1-й такт. Установка масок 2 и 5 с картинами исходной информации.

Снятие сигнала запрета умножения.

2-й такт. Образование картины суммы чисел, записанных на масках 2 и 5, оптическим картинным сумматором 3. Образование картины разности чисел, записанных на масках 2 и 5, оптическим картинным вычитателем 4.

3-й такт. Образование квадратов половин чисел картины суммы - квадратором 12. Образование квадратов половин чисел картины разности - квадратором 16.

4-й такт. Образование картины квадратов половин сумм оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ 13. Образование картины квадратов половины разностей оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ 17.

5-й такт. Образование результирующей картины произведения чисел, записанных на масках 2 и 5, выходным оптическим картинным вычитателем 14.

б-й такт. Считывание результатов операции умножения.

Работа устройства при выполнении операции деления проис.кодит следующим образом

с...

в

В

1-й такт. Установка масок 2 и 5 с исходной информацией, причем маска 2 соответствует делимому, а маска 5 - делителю. Снятие сигнала запрета деления.

2-й такт. Образование чисел, обратных по отношению к числам, записанным на маске 5, формирователем 8 обратных чисел. 3-й такт. Образование картины обратных чисел делителя оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ 9.

4-й такт. Образование картины суммы чисел маски 2 и картины обратных чисел делителя оптическим картинным сумматором 3.

Образование картины разности чисел маски 2 и картины обратных чисел делителя оптическим картинным вычитателем 4.

5-й такт. Образование квадратов половины чисел картины суммы 12. Образование квадратов половин чисел картины разности 16.

6-й такт. Образование картины квадратов половины сумм оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ 13. Образование картины квадратов половин разностей оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ 17.

7-й такт. Образование результирующей картины деления чисел, записанных на масках 2 и 5 выходным оптическим картинным вычитателем.

8-й такт. Считывание результатов операции деления.

Предмет изобретения

1. Множительно-делительное устройство, содержащее сумматор, вычитатели, квадраторы и логические элементы, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия при оперировании с числовыми массивами, представленными в виде оптических картин, оно содержит источник когерентного света и связанные с ним маски с картинами исходных данных, размножители и формирователь обратных чисел, причем первая маска оптически связана с первыми входами сумматора и первого вычитателя, вторые входы которых связаны с вы.ходами элементов «И соответствующего канала, соединенных с шинами сигналов запрета соответственно умножения и деления, третьи входы - с выходами элементов «И соседнего канала, а выходы - с первым и вторым размножителями, выходы которых связаны с соответствующими блоками квадраторов, выходы которых через элементы «ИЛИ связаны со вторым вычитателем, вторая маска оптически связана с третьим размножителем, выходы которого связаны с блоками формирователя обратных

чисел, выходы которых через элементы

«ИЛИ связаны с элементом «И, установленным на входе первого вычитателя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки квадратора и формирователя

обратных чисел выполнены в виде оптической системы последовательно установленных элемента «И, первой линзы, фильтра, второй линзы и второго элемента «И.

л

f& -/-,

fT