Оптическое устройство для микропрограммного управления Советский патент 1979 года по МПК G06F9/14 

1

Изобретение относится к области вьгчислительной техники . Принцип действия устройства - аналоговый, так как математические операции выполняются в нем с помощью оптических и электрооптических элементов. Конструкция устройства предназначена для управления выполнением микропрограмм операций в вычислительных устройствах параллельной обработки информации, которые принято назьшать устройствами картинной логики.

Известны оптические управляющие устройства.

Одно из известных устройств содержит когерентный источник излучения, модулирующее устройство и голографический элемент для обработки массива двоичных данных, записанных на картинах 1. На вхаце оптической системы информация кодируется путем модуляции, а на выходе производится вторичная модуляция для связи с устройствами считывания.

Недостатками данного устройства является недостаточность логических функций и невозможность его использования для микропрограммного управления картинными вычислителями.

Другое известное устройство, предназначенное для микропрограммного управления, содержит дешифратор номеров микрокоманд, блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, дешифратор микроопераций, блок операций блок регистров, адресный регистр и регистр признака результата 2.

Недостатками этого известного уст0ройства является недостаточное быстродействие, обусловленное тем, что операции по микропрограммному управлению осуществляются последовательно и всякий раз приходится обращаться в запо5минающее устройство микрокоманд. Структура такого устройства не позволяет обрабатывать информацию, записанную в матричной форме.

Наиболее близким техническим реше0нием к данному изобретению является оптическое устройство для микропрограммного управления, содержащее дешифратор номеров микрокоманд, блок сравнения, первый вход которого свя5зан с выходом первого строчного транспаранта, последовательно связанные блок памяти микроксманд, первый матричный транспарант, второй матричный транспарант и матрумный элемент ИЛИ, первый выход которого связан через дешифратор микроопераций с управляющим входом блока операций, второй выход матричного элемента ИЛИ и первый выход блока операций соединены со входами второго строчного транспаранта, выход которого связан со входом элемента ИЛИ 3. Недостатком известного устройства является невозможность параллельной выборки управляющей информации и низкое быстродействие,так как с увеличением количества одновременно выбираемых микрокоманд из блока памя ти и наличия активных дешифраторов и регистров, повышаются затраты времени на обработку микрокоманд, Целью изобретения является параллельная выборка управляемой информации и повышение быстродействия устро ства. Поставленная цель достигается тем что устройство для микропрограммного управления содержит третий и четвертый строчные транспаранты, источник когерентного света, первый и второй оптические размножители, коммутатор оптических каналов/ многовходовой блок размножения строки, элемент транспонирования и дополнительный эле.юнт ИЛИ, выход которого связан со входом первого разряда многовходо вого блока размножения строки, связанного другими входа2уи через дешифратор номеров микрокоманд с выходом четвертого строчного транспаранта, а выходом - через элемент транспонирования со входом второго матричного транспаранта, причем источник когерентного света оптически связан с первым оптическим размножителем, выходы которого связаныi со входами коммутатора оптических каналов, первый выход которого, выход основного элемента ИЛИ и третий выход матрично го элемента ИЛИ оптически связаны со входом четвертого строчного транспаранта, второй выход - со входом первого матричного транспаранта, третий выход коммутатора оптических каналов первый выход второго оптического раз множителя и выход третьего строчного транспаранта связаны со входом перво го строчного транспаранта, четвертый выход коммутатора оптических каналов и четвертый выход матричного элемента ИЛИ оптически связаны со входом третьего строчного транспаранта, выход которого и второй выход второго оптического размножителя оптически связаны со входом блока памяти микро команд, пятый выход коммутатора оптических каналов связан с сигнальным входом блока операции, второй выход которог р связан со вторым оптическим размнолоттелем, связанным третьим выхоцсм со входом дополнительного элемента ИЛИ, а первый и второй управляющие входы коммутатора оптических каналов связаны со соответствующими выходами блока операций и блока сравнения, связанного вторым входом с четвертьам выходом матричного элемента ИЛИ. Н-а фиг. 1, представлена принципиальная схема устройства для микропрограммного управления, выполненная согласно данному изобретению, а на фиг. 2-структура микрокоманды. Устройство содержит дешифратор номеров микрокоманд 1, блок сравнения 2, первый строчный транспарант 3, блок памяти микрокоманд 4, первый матричный транспарат 5, второй матричный транспарант 6, матричный элемент ИЛИ 7, дешифратор микроопераций 8, блок операций 9, второй строчный транспарант 10, элемент ИЛИ 11, третий строчный транспарат 12, четвертый ;Строчный транспарант 13, источник :когерентного света 14, первый опти|ческий размножитель 15, второй оптический размножитель 16, коммутатор оптических каналов 17, многовходовой 1блок размножения строки 18, элемент транспонирования 19, дополнительный элемент ИЛИ 20, отражающие зеркала 21, полупрозрачные зеркала 22, выходы матричного элемента ИЛИ 7 с первого по четвертый 23, 24, 25, 26, выходы 27, 28, 29, 30, 31 и входы 32 и 33 коммутатора оптических каналов 17. Устройство работает следующим образом. Кодирование команд и микрокоманддвиочное: прозрачный элемент соответствует единице, а непрозрачный - нулю. В устройстве первый матричный транспарант 5 и второй матричный транспарант 6 имеют S к К ячеек, где Sколичество разрядов в одной микрокоманде, а К-количество микрокоманд в одном массиве. Разрядность второго строчного транспаранта 10 соответствует разрядности кода логических условий, а разрядность четвертого.строчного транспаранта 13 - увеличенной на единицу разрядности кода номера микрокоманд. Первый строчный транспарант 3 и третий строчный транспарант 12 имеют разрядность кода адреса массива. Все транспаранты в устройстве пассивны, они работают на пропускание света, и в частности, могут быть выполнены из оптического материала, например фотохромного, обеспечивающего оперативную перезапись информации. Световые пучки в устройстве сохраняют когерентность по всему пути следования и всегда нормаЛы ы к оптическим элементам. Передача светойых пучков в устройстве осуществляется непосредственно с помощью зеркал 21 и 22 или волоконных, световодов, наличие которых определяется конкретной установкой в пространстве основных Ьлементов при сохранении связей между ними. Матричный элемент ИЛИ 7 и элементы ИЛИ 11 и 20 выполнены в виде матричной и строчных цилиндрических линз, фокусирующие свойства которые: по осям X и У различны: для элемента или 7 фокусировка происходит только по оси У, а для элементов ИЛИ 11 и :20 только по оси X. Коммутатор оптических каналов 17 реализуется, например, на волоконной оптике с групповым клапанированием каналов передачи с помощью оптически управляемого (активного) транспаранта . Многовходовой блок размножения строки 18 реализуется, например, с помощью оптронного усилителя света и призм Волластона, а элемент транспонирования 19 - с помощью волоконно го жгута. Блок сравнения 2 реализуется, например, с помощью последовательно установленных оптического элемента суммирования по модулю два и элемента ИЛИ. Блок памяти микрокоманд 4 предста ляет собой голографическую постоянную память, в которой считывание информации осуществляется при помощи матрицы полупроводниковых инжекционных лазеров. Дешифратор номеров микрокоманд 1 и дешифратор микроопераций 8 выполне ны аналогично в виде оптической системы Из последовательно установленны линзы, голографическогр фильтра интенсивностей, линзы и матричного эле мента И. Голографический фильтр интенсивностей представляет собой транспаран с интерференционной записью Фурье- спектра образца специальной матрицыкартины, на которой два ряда-столбца записаны соответствующие коды. В дешифраторе номеров микрокоманд 1 в первом столбце записаны все возможные коды номеров микрокоманд, а во втором - коды, содержащие единицу только в -i-ом разряде, где 1-номер соответствующей микрокоманды; в деши раторе микроопераций В в первом стол це записаны все возможные предусмотренные коды микроопераций, а во втором - соответствующие дешифрированные коды. Голографический фильтр интенси ностей позволяет создавать фантомное изображение картины-образца и осущес влять в нем поиск информации по зада ному фрагменту этой картины. В разработанном устройстве исполь зуется микрокоманда со структурой по казанной на фиг. 2, в соответствии с которой код микрооперации определя ет тип выполняемой микрооперации и управляет блоком операции 9. Код логических условий определяет разветвление микропрограммы в ходе выполнения команды в зависимости от режимов работы блока операций 9 или Промежуточных результатов вычислений. ПРИ этом каждому разряду кода логических условий ставится в соответствие эдно проверяемое логическое условие. Код номера микрокоманды определяет выбор следующей микрокоманды из следующего массива микрокоманд, причем его младший разряд имеет два значения: нулевое, если код логических условий состоит из один нулей, и единичное, если в данном разряде кода логических условий и в соответствующем ему разряде кода ветвления результата /вычислений стоят единицы. Код адреса массива определяет адрес следующего массива микрокоманд. С помощью коммутатора оптических каналов 17 обеспечивается функционирование устройства в нижеследующей последовательности тактов после того, как световой пучок от когерентного источника света 14 разделяется оптическим размножителем 15 на пять световых пучков. Такт 1. Открыт пятый выход 31 коммутатора оптических каналов 17, остальные выходы - закрыты. Световой пучок в блоке операции 9 подвергается пространственной модуляции согласно значению кода операции и с соответствующего выхода на.правляется далее на вход второго раз множителя 16, световой пучек со второго выхода которого посредством блока памяти микрокоманд 4 записывает первый массив микрокорианд на первом матричном транспаранте 5. Световой пучок с третьего выхода оптического размножителя 16 посредством дополнительного элемента ИЛИ 20, многовходового блока размножения строки 18 и элемента транспонирования 19 записывает одни единицы во все разряды первой строки второго матричного транспаранта 6, световой пучок :с первого входа оптического размножителя 16 записывает значение кода, операции, соответствующее адресу выбранного массива микрокоманды, на первый строчный транспарант 3. Такт 2. Открыты только второй 28 и третий 29 выходы коммутатора оптических каналов 17. Световой пучок с выхода 28 коммутатора оптических каналов 17 посредством первого матричного транспаранта 5, второго матричного транспаранта 6 и матричного элемента ИЛИ 7 одновременно обеспечивает: формирование на выходе дешифратора микроопераций 8 управляющих сигналов, соответствующих первой микрокоманде, запись на втором строчном транспаранте 10 значения кода, проверяемого логического условия первой микрокоманды; запись на четвертом строчнЪм транспаранте 13 значения кода номера микрокоманды и подачу значения ко|да адреса массива на второй вход блока сравнения 2 и на вход третьего строчного транспаранта 12, где производится ее запись. Одновременно световой пучок с тре тьего выхода 29 коммутатора оптичес ких каналов П осуществляет считыва ние с первого строчного транспаран:та значения кода адреса предыдущего массива, которы, подается на первьлй вход блока сравнения 2, с вы хода «оторого сигнал совпадения или несовпадения подается на второй уп.равляющий вход 33 коммутатора оптических каналов 17. По окончании микрооперации световой пучок с первого вькода блока операций 9, соответствующий коду вет вления, направляется на второй строч ный транспарант 10, с выхода которо го элементарный пучок (при единичнсм значении соответствующих разрядов кода логических условий и кода ветвления) направляется элементом ИЛИ 11 на четвертый строчный транспаран 13, где осуществляет запись единицы в младшем разряде. Если адрес следующего массива совпадает с адресом предыдущего мас сива, то происходит переход к ниже-указанному такту За,если не совпада ет, то - к такту 36. Такт За. Открыт только первый вы ход 27 коммутатора оптических каналов 17. Световой пучок посредством четвертого строчного транспаранта 13, на котором записан адрес следующей i -ой микрокоманды дешифратора номеров микрокоманд 1, вырабатываю-, щего на,выходе код, содержащий единицу в 1-ом разряде, многовходового блока размножения строки 18 и элемента транспонирования 19 производит запись единиц во все разряды 1-ой строки второго матричного 1;ранспаранта б. Далее следует переход к такту 2, Такт 35„ Одновременно открыты первый 27 и четвертьой 30 выходы ком мутатора оптических каналов 17. Световой пучок с первого выхода 27 коммутатора оптических каналов 17 выполняет действия, предусмотрен ыe для такта За, Световой пучок с :четвертого выхода 30 коммутатора оп тических каналов 17 считывает с тре тьего строчного транспаранта 12 зна чение rtoBoro а.дреса массива, которо далее записывается на первом строчном транспаранте 3 и обеспечивает посредством блока памяти микрокоман 4 запись нового массива микрокоманд на первом матричном транспаранте 5. Далее следует переход к такту 2. Функционирование устройства продолжается до получения микрокоманды которая содержит микрооперацию, пре кращающую работу устройства или осу ществляющую запрос следующего кода операции, в результате чего на первом управляющем входе 32 коммутатора оптических канапов 17 появляется импульс с сигнального выхода блока операции 9, означающий переход к такту 1. Быстродействие устройства резко повышается вследствие сокращения затрат времени на выборку из блока памяти микрокоманд о,цной микрокоманды, так как производится параллельная выборка целого массива микрокоманд (от 10 и выие микрокоманд), а переход к оптическому диапазону частот уменьшает время реализации отдельных микроопераций. Формула изобретения Оптическое устройство для микропрограммного управления, содержащее дешифратор номеров микрокоманд, бпок сравнения, первый вход которого связан с. выходом первого строчного транспаранта, последовательно связанные блок памяти микрокоманд, первый матричный транспарант, ВТОРОЙ матричный транспарант и матричный элемент ИЛИ, первый выход которого связан через дешифратор микроопераций с управляющим входом блока операций, второй выход матричного элемента ИЛИ и первый выход блока операций соединены со входами второго строчного транспаранта, выход которого связан со входом элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью параллельной выборки управляющей информации и повышения быстродействия устройства, оно содержит третий и четвертый строчные транспаранты, источник когерентного света, первый и второй оптические размножители, коммутатор оптических каналов, многовходовой блок размножения строки, элемент транспортирования и дополнительный элемент ИЛИ, выход которого связан со входом первого разряда многовходового блока размножения строки связанного другими входами через дешифратор номеров микрокоманд с выходом четвертого строчного транспаранта, а выходом - через элемент транспонирования со входом второго матричного транспаранта, причем источник когерентного света оптически связан с первым оптическим размножителем, выходы которого связаны со входами коммутатора оптических каналов, первый выход которого, выход основного элемента ИЛИ и третий выход матричного элемента ИЛИ оптически связаны со входом четвертого строчного транспаранта, второй выход - со входом первого матричного транспаранта, третий выход коммутатора оптических каналов, первый выход второго оптического размножителя и |выход третьего строчного транспаранта связаны со входом первого строчного транспаранта, четвертый выход коммутатора оптических каналов н четвертый выход матричного элемента ИЛИ оптически связаны со входом тре тьего строчного транспаранта, выход которого и второй выход второго оптического размножителя оптически связаны со входом блока памяти микрокоманд, пятый выход коммутатора оптических каналов связан с сигналь ным входом блока операций, второй выход которого связан со вторым оптическим размножителем, связанным третьим выходом со входом дополнительного элемента ИЛИ, а первый и второй управляющие входы коммутатора оптических каналов связаны с соответствующими выходами блока операций и блока сравнения, связанного вторым входом с четвертым выходом . матричного элемента ИЛИ, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3614192, кл. 350-35, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 456271, кл. G 06 F 9/14, 1973. З.Майоров С. А.,Новиков Г. И. Принципы организаций цифровых машин. Л,, 1974, стр. 230.