Оптоэлектронный сумматор Советский патент 1980 года по МПК G06F7/56 

Изобретение относится к вьинслительной технике И может быть использовано при построении оптоэлектронньк арифметических устройств, работающих в произвольной системе счисления. Известен оптоэлектронный сумматор, работающий в произвольной системе счис ления и содержащий две ортогональные группы шин, соединенные с соответствую щими входами, и пленочные фотопровод- НИКИ, установленные в каждом узле двух координатной сетки i Однако использование в качестве излучателей электролюминесцентных и жидкокрис тальных слоев не позволяет до тигнуть высокого бьсстродействия. Кроме того, каждый разряд сумматор содержит большое количество выводов (для основания системы счисления количество выводов 1.), что снижает надежность. Известен оптоэлектронный сумматор, содержащий каскадно соединенные разряд ные ячейки на фотоэлементах, оптически связанные с регистром слагаемых и позволяющий индицировать результат вычислений {2. Этот сумматор вьшолняет операцию сложения чисел и индикацию результата в двоичном коде, что весьма неупобно для оператора. Известен также оптоэлектронньй сумматор, содержащий блок ввода, светоизлучатели, модуляторы, фотоприемники, (|юрмирователи импульса переноса, элементы задержки и оптоэлектронные модули, которые своими первыми входами оптически связаны через светоизлучатели с блоком ввода, вторые входы подключены к выходам модуляторов, а оптические выходы оптоэлектронных модулей через фотоприемники, формирователи импульса переноса и элементы задержки связаны со светоизлучателями старших разрядов Недостатком известного оптоэлектрон- ного сумматора является то, что время вьшолнения операции сложения из-за наличия задержки сигнала единиц переноса в каждом разряде зависит от числа разрядов слагаемых в случае появления сквозного переноса единиц переполнения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптоэл&к- тронный сумматор, содержащий блок вво слагаемых, вькоды которого подключены к соответствующим входам разрядных ячеек сумматора, каждая из которых содержит светоизлучатель, модулятор, формирователь сигнала переноса и оптоэлектронный квантующий модуль, первый оп;тический вход которого связан с первы вь|кодом светонэлучателя, второй вьЕход ко|торого связан с первым входом модул тооа, выход которого подключен к электр:ическому входу оптоэлектронного кван тующего модуля, разрядные выходы кото рого образуют результат суммирования. Целью изобретения является упрощение и повышение б,1стродействия оптоэлектронного сумматора. Достигается это тем, что в оптоэлек трЪнном сумматоре, содержащем блок ввода слагаемьос, выходы которого подключены к электрическим входам разряд ных ячеек сумматора, каждая из которы содержит светоизлучатель, модулятор, формирователь сигнала переноса и оптоэлектронный квантующий модуль, первый оптический вход которого связан с первым выходом светоизлучателя, второй Бьсход которого связан с первым вхо .дом модулятора выход которого подключен к электрическому входу оптоэлектронного квайтующего модуля, в каждой его разрядной ячейке, выход оптоэлектро ного квантующего модуля связан с первым оптическим входом формирователя сигнала переноса, электрический вход ко торого соединен с выходом модулятора, второй оптический вход формирователя сигнала переноса является первым оптическим входом разрядной ячейки, а оптический выход - первым оптическим выходом разрядной ячейки, вторые оптические входы модулятора и опто электронного квантующего модуля связаны с вторым оптическим входом разрядной , вход светоизлучателя является электригческим входом даннойргизрядной яче ки, а третий выход светоиалучателя-вторы оптическим выходом разрядной ячейки причем первый оптические вход и выход разрядной ячейки младшего разряда соответственно связаны с вторым опти- / веским выходом и вторым оптическим 6 ВХОДОМ разрядной ячейки старшего разряда; кроме того, в оптоэлектронном сумматоре оптоэлектронный квантующий модуль содержит оптически последовательно связанные регенеративные оптроны н узел установки нуля, оптический вход котсрой связан с оптическим выходом регенеративного оптрона старшего разряда, электрический вход соединен с первым электрическим входом каждого регенеративного оптрона и подключен к электрическому входу оптоэлектронного квантующего модуля, а электрический выход схемы установки нуля подключен к вторым электрическим входам всех регенеративных оптронов разрядной линейки, причем оптический вход регенеративного оптрона младшего разряда является первым и вторым оптическими входами опто- электронного квантующего модуля, оптические выходы регенеративных оптронов являются разрядными выходами оптоэлекгронного квантующего модуля, а оптический выход регенеративного оптрона (Старшего разряда - оптическим выходом оптоэлектронного квантующего модуля; регенеративный оптрон в оптоэлектронном сумматоре вьтолнен в виде усилителя постоянного тока с резистором в цепи обратной связи, вход которого через последовательно - встречно включенные диод и первый фотодиод соединен с первым электрическим входом оптрона, второй электрический вход которого через второй фотодиод, включенный в прямом направлении, соединен с входом усилителя постоянного тока, выход которого через последовательно соединенные нагрузочный резистор и светодиод, включенный в прямом направлении, подключен к шине нулевого потенциала, причем оптический вход первого фотодиода является оптическим входом регенеративного оптрона, второй фотодиод оптически связан со светодиодом, выход которого является оптическим выходом регенеративного оптрона, На фиг. 1 представлена функциональная схема сумматора; на фиг. 2 принципиальная схема оптоэлектронного квантующего модуля. Оптоэлектрсмный сумматор содержит (см. фиг. 1) оптоэлектронные квантующие модули 1, которые входами 2 оптически связаны через светоизлучатели 3 с блоком ввода слагаемых 4. Электрические входы 5 оптоэлектронных модулей 1 подключены к выходам 6 модуляторов 7, входы 8 которых оптически связаны с выходами 9 светоизлучателей 3. Входы 10 блоков 11 формирования сигнала переноса оптически связаны с оптическими вьосодами 12 оптоэлектронных модулей 1 входы 13 оптически связаны с выходами 14 светонзлучателей 3 соответствующих старших разрядов, а входы 15 подключены к выходам 6 модуляторов 7. Выходы 16 блоков 11 формирования сигнала переноса оптически связаны с входами 2 оптоэлектронных модулей 1 и входами 8 светоизлучателей 7 соответствующих старших разрядов оптоэлектронного сумматора. На фиг. 2 указаны регенеративные оптроны младшего 17 и старшего разрядов 18, схема установки нуля 19, первые 20 и вторые 21 электрические входы регенеративных оптронов 17 и 18, электрический вькод 22 схемы установки нуля 19; каждый регенеративньй оптр 17 и 18 выполнен в виде усилителя 23 постоянного тока с резистором 24 в цепи обратной связи, диод 25, первый фото диод 26, второй фотодиод 27, нагрузочный резистор 28 и светодиод 29. Оптроэлектронный сумматор работает следующим образом. Работу сумматора целесообразно рас- смотреть, исгтоль зуя пример сложения десятичных чисел и . При подаче первого слагаемого А сигналы, снимаемые параллельно с блока ввода 4, возбуждают светоизлучатели 3 на время, соответствующее значности каждой цифры слагаемого А. Выходные световые потоки светоизлучателей 3 воздействуют одновременно на соответствую щие входы 2 многофункциональных оптоэлектронных модулей 1, входы 8 модуляторов 7 и входы 13 блоков 11 формирования сигнала переноса. Под воздействием светового потока модуляторы 7 повышают напряжение на выходах 6 до напряжения возбуждения многофункциональных оптоэлектронных модулей 1 н блоков 11 формирования сигнала переноса. Количество возбужденных световых выходов многофункционального оптоэлектронного модуля 1 каждого разряда соответствует времени нахождения в возбужденном состоянии соответствующего св€;тоизлучателя 3. После прекраще ния подачи цифр слагаемого А светойэлу чатели 3 гаснут, что приводит к исчез новению соответствующих световых потоков, поэтому напряжение на выходе 6 мо улятора 7 устанавливается на уровне апряжения фиксации, при котором записанная информация может храниться в оптоэлектронных модулях 1 в виде 111111110 ,111110000 11100ОООО Время записи числа А, определяемое наибольшей цифрой 8, равно 8Г . В момент окончания записи слагаемого А возможно начало поступления чисел слагаемого В и одновременно суммирование их с записанными числами слагаемого А. При этом аналогично возбуждаются остальные, не возбужденные выходы квантующего модуля 1, В результате переполнения первого разряда соответствующий модуль 1 выдает оптический импульс на выход 12, который поступает на вход Ю соответствующего блока 11 формирования сигнала переноса для хранения. Одновременно за время, равное длительности оптического иктульса, модуль 1, где возникло переполнение, са- мообнуляется. В этот момент времени информация в сумматоре представится ООО ООО ООО +1 переполнения 111 111 100 111 НО 000 Этот момент зафиксирован через 2 С после начала подачи слагаемого В. Самообнуление за время{Г модуля 1, где возникла единица переполнения не препятствует записи в него остатка цифры второго слагаемого В, так как возникшая единица переполнения хранится в блоке 11 формирования сигнала переноса до окончания процесса сложения в соседнем (для приведенного случая) втором разряде сумматора. Единица переноса : хранится в блохе 11 формирования сигнала переноса потому, что при сложении в старшем разряде световой поток с выхода 14 его светоизлучателя 3 воздействует на вход 13 блока 11 формирования сигнала переноса и запрещает прохождение импульса переноса на выход 16. В момент окончания суммирования во втором разряде информация в сумматоре будет представлена 1ОО 000 ООО + 1 переполнения 111 111 111 111 111 1ОО Этот момент возникает через 2Х. Если процесс суммирования в старшем (втором) разряде завершился, то исчезает оптический сигнал на входе 15 и на 7 Bbixofle 16 блока 11 формирования сигнала переноса появится оптический импул дяительностью ,С который воздействуя на входы 2 и 8 соответственно модуля 1 и модулятора 7 старшего (второго) разряда, увеличивают записанную в нем црфру на . Одновременно продол ищется процесс суммирования в тех раз р1йдах, где он не закончен. Так как Е приведенном случае возникает единш а п|ереполнения в старшем (втором) разря- д,ё, то информация в оптоэлектрокном су f iaTope представится на данный момент в: виде 1ОООООООО :000000000 + 1 перепожени 111111110 Затраты времени на этот этап сложения Р;авны Г, Возникшая единица переполнения второго разряда, так как завершен процесс суммирования в третьем разряде, пзреДается в соответствующий оптоэлектрон- Ный модуль 1 за время . Окончатель но получим 1ОООООООО ООООООООО 111111111 Общее время сложения чисел А и В р;1вно St- 21:4-2 :+ 1С 14Г . Аналогично процесс последовательной Подачи слагаемых и образование результирующей суммы может продолкег Разработанный оптоэлектронный сумматор позволяет уменьшить количест5зо используемого оборудования В нем отсутсвуют элементы задержки сигналов переноса ка ST уснлители-фсрмйроВатели и ряд логических элементов, Кроме того замена электрических связей для передачи сигналов едини: переноса оптически снижает энергопотребление устройства и увеличивает помс хоЗащищенность каналов связи, Одновр:э™ менно с этим увеличено быстродействи оптоэлектронного сумматора. Формула изобретения 1. Оптоэлектронньй сумматор, сс держащий блок ввода слагаемых, выг-ходы которого подключены к электрическим входам разрядных ячеек сумматора, каж дая из которых содержит светоизлучаТель, модулятор, формирователь сигнала переноса и оптоэлектронный квантующий модуль, первый оптический вход 368 связан с первым выходом светоизлучателя, второй вьосод которого связан с первььм входом модулятора, выход которого подключен к электрическому входу оптоэлектрО11Ного квантующего модуля, о п и чающийся тем, что, с V:., j.:j;c /прощения и повышения быстро/де 1ст-Б-:я сумматора, в каждой его разрядНО;.: ячейке выход оптоэлектронного кван- туюшэг-о м.одуля связан с первым оптическим входом формирователя сигнала переноса, электрический вход которого со-адянен cf выходом модулятора, второй оптический вход формирователя сигнала переноса является первым оптическим входом разрядной ячейки, а оптический BbCiOU - перззым оптическим выходом раз- РЯДК.ОЙ ячейки, вторые оптические входы ьюдулятора а оптоэлектронного квантующего модуля связаны с вторБНи оптическим входом разрядной ячейки, вход св€;тонзлучателя является электрическим входом данной разрядной ячейки, а третий выход свегоизлучателя вторым оптическим выходом разрядной ячейки, причем первые оптические вход и выход разрядной ячейки младшего разряда соответственно связаны с вторым оитмчес- КИМ ВЫХОДО л и вторым оптическим ВХЭ яом разрядной ячейки старшего разряда сум ;атора. 2,Сумматор по п, 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что оптоэлектронный квантующий модуль содержит оптически последовательно связанные репэне- ративные оптроны и узел установки нуля, оптический вход которого связан с оптическим выходом регенеративного оптрона старшего разряда, электрический вход соединен с первым электрическим входом каждого регенеративного оптрона и подключен-, .к электрическому входу опте- эл9в;трскного кнаатующего модуля, а электрическ.й вькод узла установки нуля подключен к вторьп-л электричес ;им вхо.дам всех регенеративных оптронов, ггричем. оптический вход регенеративного оптрона м.па/:Щ его разряда является первым и вторым ог тическими зxoд6jv и опто- эпактронного квантующего модуля, оптичесжие .зых.оды регекеративньск ся1тронов являются разрядными выходами оп- гоэлектронЕо.г-о ква.нту1ощ,его мощля, а оптический выход регенеративного оптрона старшего разряда оптн-геским выходом очтоэлектронкего квак-чпощего мод;; ля. 3,Сумматор по оп,, 1 и 2, о т - л и ч а ю тл и и с я тем, что, регенеративный оптрон вьшолнен в виде усилителя постоянного тсжа с резкстором в цепи обратной связи, вход которого через последовательно встречно включенные диод и первый фотодиод соединен с первьпи электрическим входом оптрона, второй электрический вход которого через второй фотодиод, включенный в прямом направлении, соединен с входом усилителя постояшного тока, выход которого через последовательно соединенные нагрузочный резистор и светодиод, включенный в прямом направлении, подключен к шине нулевого потенциала, причем оптический вход первого фотодиода является оптичесКИМ входом регенеративного оптрона,

второй фотодиод оптически связан со светодиодом, выход которого является оптическим выходом регенеративного сятрона

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 473182, кл. G Об F 7/56, 1975.

2.Лбторское свидетельство СССР № 556438, кл. Q Об F 7/56, 1977.

3.Майоров С. АЧ Кожемяко В. П., Меськин И. В., Натрошвили О. Г. Узлы вычислительной техники на новых базисных оптозлектрсиных модулях.Сб. Вычислительная техника , Пенза, вып. 6, 1976, с. 87-89.