Оптикоэлектронное устройство для вычисления двоичных логических функций многих переменных

 

ОПТИКОЭЛЕ1<!ТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДВОИЧНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ МНОГИХ ЛЕ:РЕМЕННЫХ, содержащее лазер,линейку фотоприемникрв,п выходов которой соединены с соответствующими управляющими входами дифракционного двоичного дефлектора, .оптический вход которого связан с выходом лазера, а вьпсод - через оптическую систему с входом 2^-строчного накопительного транспаранта состояний,' группы выходов которого оптически , связаны с соответствующими группами входов 2 (m+n-1)строчной-матрицы фотоприемников, электрические вьрсодыкоторой соединены с соответствующими входами 2(пг1-ь1-1) строчной'матрицы^ оптических затворов^ оптический вход которой связан, с выходом источника однородного света, а оптические выходы - с входами 2 ('''^л-1) строчного накопительного транспаранта связей, выходы которого являются выходами устройства и оптически связаны с входами блока выработки синхрокоманд, первая и вторая группы выходов которого оптически связаны с управляющими входами соответственно 2*»^строчного накопительного транспаранта состояний и 2 (m+n-l)-строчного накопительного транспаранта связей, • отличающееся тем, .что, с целью увеличения производительности устройства, в него введены и дополнительных лазеров, 2п входных фотоприемных матриц и п взвешивающих дискретных дефлекторов, оптический вход каждого из которых связан с выходом соответствующего лазера, оптические выходы - с соответствующими входами линейки фотоприемников и с 2(>&1-1) входами 2 (m^-^7-1)-строчной матриг1?>&1 .фотоприемников, а электри- ; ческие управляющие входа каждого .взвешивающего дискретного дефлектора 'соединены с выходами соответствующей пары входных фотоприемных матриц.(ОСХ)о сд00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) q(51) 6 06 F 7/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2726664/18-24 (22) 16.02.79 (46) 30.06.85. Бюл. Р 24 (72) И.Л.Букатова, Л.Л.Голик, M.È.ÅëèHñîH, П.И.Перов и А.ИА1аров (71) Ордена Трудового Красного

Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 681.32(088.8) (56) 1. Патент Франции Н - 2049327, кл. С 02 F 3/00, G 06 G 9/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 592014, кл. Н 03 К 19/ 14, 1977 .

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2488444/18 — 24, кл. Н 03 К 19/14, 1977 (прототип). (54)(57) ОПТИКОЭЛЕИТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

ЛЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДВОИЧНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ

ФУНКПЯЙ МНОГИХ ПЕРЕМЕННЫХ, содержащее лазер линейку фотоприемников, A выходов которой соединены с соответствующими управляющими входами дифракционного двоичного дефлектора,,оптический вход которого связан с выходом лазера, а выход — через оптическую систему с входом 2„;строчного накопительного транспаранта состояний, группы выходов которого оптически связаны с соответствующими группами входов 2(m -л-1)строчной.матрицы фотоприемников, электрические выходы которой соединены с соответствующими входами 2(т+л-1). строчной матрицы оптических затворов, оптический вход которой связан. с выходом источника однородного света, а оптические выходы — с входами 2(m"ë-1)строчного накопительного транспаранта связей, выходы которого являются выходами устройства и оптически связаны с входами блока выработки синхрокоманд, первая и вторая группы выходов которого оптически связаны с управляющими входами соответственно 2 строчного накопительного транспаранта состояний и 2((л+л-1)-строчного нако- Я пительного .транспаранта связей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения производительности устройства, в него введены л дополнительных лазеров, 2 л входных фотоприемных матриц и и взвешивающих дискретных дефлекторов, оптический вход каждого из которых связан с выходом соответствукицего лазера, оптические выходы - с соответствующими входами линейки фотоприемников и с 2(л-1} входами 2(m+n-1)-строчной матрицы, фотоприемников, а электрические управляквцие входы каждого взвешивающего дискретного дефлектора соединены с выходами соответствующей пары входных фотоприемных матриц.

80581 .Изобретение относится к области электроники и вычислительной техники и может быть использовано для создания обучающихся. кибернетических систем.

5

Известны оптоэлектронные устройства для вычисления двоичных логических функций. Одним из таких устройств является вычислитель, принцип дейст, вия которого основан на эффекте опти- 0 ческой поляризации $1) . Информация вводится и регистрируется на транспарантах в виде небольших поляризованных или неполяризованных элементов поверхности. Поляризованные эле- 15 менты делятся на две группы в зависимости от направления поляризации.

Конфигурация поляризованных или неполяризованных областей может изменяться по заданной программе, обра- 20 зуя тем самым запоминающий блок устройства. Для вычислений используется как поляризованный, так и неполяризованный свет от соответствующих источников. 25

Известно оптоэлектронное устройство для вычисления логических функций многих переменных, содержащее источник света, выход которого связан с входом оптического дискретного. gp двоичного дефпектора, соединенного управляющими электрическими входами с соответствующими выходами фотоприемной матрицы, И входов которой связаны с оптическими входами устройства, и блок выработки управляющих команд P2) .

Недостатками указанных устройств является невозможность перестройки выходных оптических связей и невоз- 0 можность параллельного вычисления нескольких логических функций, что снижает их производительность.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптоэлектронное устройство для вычисления двоичных логических функций многих переменных, содержащее источник света, выход которого связан с входом оптического дискретного дво-50 ичного дефлектора, соединенного управляющими электрическими входами с соответствующими выходами фотоприемной матрицы, п1-строчный накопительный транспарант состояний,pn-строч- 55 ную матрицу. линейных фотоприемников, . блок строчных оптических затворов, источник однородного света,о -строч5 г ный накопительный транспарант связей, выходы которого являются выходами устройства, часть которых оптически связана с соответствующими входами блока выработки команд, первая и вторая группа выходов которого оптически связана с управляющими входами соответственно -строчного накопительного трансларанта состояний и m-строчного накопительного транспаранта связей И . Характерной особенностью данного устройства является возможность легкой перестройки транспарантов состояний и связей, что дает возможность Ж числять разные логические функции и связывать данное устройство с разными группами других устройств.

Недостатком этого известного устройства является невозможность подачи на его вход большого числа .-разрядных входных слов, что. бывает.необходимым при обработке больших массивов информации. Кроме того, при работе системы, состоящей из многих таких элементов, необходимо, чтобы информация в системе. передавалась в виде слов одинаковой разрядности, т.е. при приходе на вход информации в виде и -разрядного слова с выхода данного устройства на входы других, связанных с данным, информация передавалась в виде е -разрядных слов.

Целью изобретения является увеличение производительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное. оптоэлектронное устройство для вычисления двоичных логических функций многих. переменных, содержащее лазер, линейку фотоприемников, и выходов которой соединены с соответствующими управляющими вхо- дами дифракционного двоичного дефлектора, оптический вход которого связан с выходом лазера, а выход . — через оптическую систему с входом

2и-строчного накопительного транспаранта состояний, две группы выходов которого .оптически связаны с соответствующими группами входов 2(w+e-.1)строчной. матрицы фотоприемников, электрические выходы которой соедине-. ны с соответствующими входами .

2(m+n-1)-строчной матрицы оптических затворов, оптический вход которой связан с выходом источника однородно-. го света, а оптические выходы — с входами 2(rn+n-1)-строчного накопительно3 8058 го транспаранта связей, выходы которого являются выходами устройства и оптически связаны с входами блока выработки синхрокоманд, первая и вторая группы выходов которого опти-g чески связаны с управляющими входами соответственно 2в-строчного накопительного транспаранта состояний и 2(in+a-1)-строчного накопительного транспаранта связей, введены и дола- 10 нительных лазеров., 2 и входных фотоприемных матриц и и взвешивающих дискретных дефлекторов, оптический вход каждого из которых связан с выходом соответствующего лазера, оптичес- 15 кие выходы †. связаны с соответствующими rI входами линейки фотоприемников и с 2(n-1) входами 2(т+п-1)строчной матрицы фотоприемников, а электрические управляющие входы каждого взвешивающего дискретного дефлектора соединены с выходами соответствующей пары входных фотоприемных матриц.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства...

Устройство содержит лазер 1, дифракционный двоичный дефлектор 2, дополнительные лазеры 3 ...3 ...Зп линейку фотоприемников 4, оптический

ЗО . транспарант состояний 5, 2(m+0-1)строчная матрица фотоприемников 6, 29n+n-1)-строчная матрица оптических . затворов 7, 2(m n-1)-строчной нако пительный транспарант связей 8, 35 блок 9 выработки синхрокоманд, взвешивающие дискретные дефлекторы 10 ...

10 ...10д, входные фотоприемные матрицы 11 ... 11 ...11 и 11 ...

11 ... 11пц световоды, 12,12,13, 13, 40

19, 19, 20, 20, электрические входы 21 взвешивающих дефлекторов 10, электрические связи 22 строчной матрицы фотоприемников 6 и оптических затворов 7, оптическая система 23; источник однородного света 24-светодиод. Конструкция дифракционного двоичного дефлектора 2, транспарантов состояний 5 и связей 8 и матрицы опии- о ческих затворов 7 аналогичны прототипу. Конструкция взвешивающих дефлекторов 10 гораздо проще конструкции фракционного двоичного дефлектора 2.

Пилообразные электроды взвешивающих дефлекторов 10, имеющие все одинаковый период "пилы" образуют две сис31 !1 темы вложенных друг в друга пил

15 .4 которые будем называть прямыми (1-$) и обратными (1 — S ) электродами.

Если на один из прямых или обратных электродов 21 приходит электрический . сигнал, возникший при приходе входного оптического. сигнала на соответ-. ствующий элемент входных фотоприемных матриц 11, 11, луч, прошедший

1 через взвешивающий дефлектор 10, отклонится на определенный угол в одну или другую сторону независимо от того, на какой из 5 прямых или обратных электродов пришел сигнал.

При одновременном приходе сигналов на один из прямых и один из обратных электродов луч проходит беэ отклоне-. ния. Световоды 17, 17 расположены

t так, что при отклонении луча. в одну .сторону он попадает на элемент линейки фотоприемников 4, а при прямом прохождения, либо отклонении в другую сторону не попадает, при этом наличие электрического, сигнала на соответствующем разряде двоичного дефлектора 2 будет, зависеть от соотношения числа сигналов, пришедших от входных фотоприемных матриц 11, 11 на прямые

1 и обратные входы взвешивающего дефлектора 10.

Устройство работает следующим образом.

Дифракционный дискретный дефлектор 2, управляемый электрическими сигналами, преобразует tl --разрядное двоичное слово, поступающее на его электрические входы в двоичную .реакцию. При работе оптоэлектронного устройства на его входы по световодам 19, 19 одновременно приходит несколько (+25)п -разрядных двоичных входных слов ° поэтому и-разрядное двоичное слово, подаваемое на дискретный дефлектор 2, формируется с помощью блока, состоящего из И

1 в звешивающих дискретных дефлекторов 10, двух входных фотоприемных матриц 11, 11 лазеров 3 и линейки фотоприемников 4. Каждый из rl взвешивающих дефлекторов 10 имеет 2 $ электрических входов,, каждый из которых соединен с соответствующим эле.ментом входных фотоприемных матриц 11, 11, при этом все входные оптические сигналы соответствующие, -м разрядам входных слов (1 йл), Ч попадают на входы м -х входных фото;приемных матриц 11, 11 и "взвешива отся" 6 -м взвешивающим дефлекто805815

45

В устройстве предусмотрен также другой оптический транспарант связей 8. Реализация транспаранта связей аналогична реализации транспаранта 5. В транспаранте связей 2 (пн.я-1.) 55 с1рок, равное сумме числа строк транспаранта состояний удвоенного уменьшенного на единицы числа разрядности входных слов. Число элером 10, а реакция и -го взвешивающего дефлек тор а 10; проявляющаяся в том, что отклоненный луч лазера 3 попадает или не попадает на 4 -й элемент

5 фотоприемной линейки 4, электрически соединенный с входом дискретного ,цефлектора 2, становится 4 -м разря1дом слова, приходящего на дефлектор 2. .Одновременно часть прошедшего через а-й (Мл-1) взвешивающий дефлектор 10 света направляется либо по световоду 17 на соответствующие элементы строчной матрицы фотоприемников 6, если свет попадает на -й !

5 элемент линейки фотоприемников 4, либо по световоду 17 на другие элементы строчной матрицы фотоприемников 6, если свет не попадает на 1-й элемент линейки фотоприемников 4.

Число позиций отклоняемого ди фракционным дефлектором 2 луча равно 2"; Отклоченный дефлектором 2 луч

f через световоды 12 и 12 попадает, на транспарант состояний 5, который представляет собой континуальную среду, ббладающую реверсивной

on тиче ской памятью. Площадь тр ан спаранта и разрешающая способность таковы, что он состоит из 2m строк, в. каждой из которых размещается

2 и элементов настройки. При включении сигналов настройки в виде световых лучей, распространяющихся по световодам 15, 15 с выходов блока выработки синхрокоманд 9, выбранные элементы в каждой из строк просветляются (в первоначальном состоянии транспарант 5 непрозрачен), причем нижняя половина транспаранта 5, настраиваемая по световоду 15, является негативной по отношению к его верхней части, настраиваемой по световоду 15 . Таким образом, если какие либо элементы 1,2... rn строк просветлены, то соответствующие элементы tn+1 m +2...2п1 строк

Р транспаранта затемнены, и наоборот.

Картина просветленных элементов .запоминается. 1 ментов в строке транспаранта связей (число столбцов) выбирается произвольно, исходя из желаемой связности описываемых устройств в большой системе и количестве. обратных связей, например I ° Транспарант связей настраивается сигналами, распространяющимися по световоду 16 второй группы выходов блока 9 выработки команд, которые просветляют выбранные элементы каждой из строк таким образом,, что одновременно просветляются пьяные столбцы транспаранта 8.

Транспаранты 5 и 8 связаны между собой следующим образом.

Рабочий луч, прошедший через просветленные элементы транспаранта 5, включает соответствующие стро-. ки матрицы фотоприемников 6, электрические сигналы которой, в свою очередь, включают соответствующие строки матрицы оптических затворов 7, которая освещается излучением светодиода 24. Свет, прошедший через включенные строки матрицы 7, по световоду 14 попадает на транспарант связей 8 и, проходя через просветленные элементы этого транспаранта, формирует часть выходных оптических лучей устройства. Параллельно на оставшиеся 2(n -i) строки матрицы фотоприемников 6 падает свет, прошедший по световодам 17, 17 и несущий информацию î (n-1) разрядах. слова, поступаемого на электрические входы дискретного двоичного дефлектора 2. Благодаря этому свету включаются строки матриц фотоприемников 6 и оптических затворов 7, соответствующие оптическим сигналам, пришедшим по световодам 17, 17, Излучение свеТодиода 24, проходя через включенные таким образом элементы матрицы оптических затворов 7 и просветленные элементы транспаранта связей 8, .также формирует выходные оптические лучи 20, 20 устройства. В частном варианте устройства вместо матрицы оптических затворов 7, однородно освещаемых излучением светодиода 24, можно использовать матрицу светодиодов, входы которой соединены с выхо-. дами матрицы фотоприемников 6.

В этом случае сигнал от строки матрицы фотоприемников 6 включает соответствующую строку матрицы светодиодов .

8058

Работа устройства состоит иэ й1 стадий .. Перв ая со стоит в настройке транспаранта состояний 5 на параллельное вычисление двух заданных логических функций и транспаранта 5 связей 8 на определенную комбинацию входных и обратных связей. Вторая стадия - стадия вычисления. Для этоro, при включенных дополнительных лазерах 3 и светодиоде 24 на входные 10 фотоприемные матрицы 11, 11, соеди-! ненные с электрическими входами взвешивающих дефлекторов 10, подается

128л-разрядных входных слов, преобразующихся в og ofj-разрядное двоичное 15 слово, которое подается на входы дискретного дефлектора 2 и определяет одно из 20 положений ленточного луча.

Если.в этом положении луч перекрывает просветленные элементы в одной 20 или нескольких строчках транспаранта 5, то через них проходят решающие лучи, что и соответствует вычислению логических функций. Нижняя поII ловина транспаранта 5, являясь не- 25 гативной" по отношению к верхней, пропускает лучи в тех местах, которые затемнены в верхней части транспаранта 5. Прошедшие через транспаранты 5, решающие лучи попадают на матрицу1 30 фотоприемников б, которая включает соответствующие строки матрицы оптических затворов 7, через которые проходит излучение светодиода 24.

3TH JPJBH пРоходЯ PGJIee чеРез пРО 35 светленные элементы транспаранта связей 8, являются реакцией устройства на пришедшие на его вход rl -разрядные двоичные входные слова. Параллельно с решающими лучами, идущими 40 по световодам 13, 13, на матрицу

I фотоприемников б по световодам 17, 17 приходят оптические сигналы, несущие информацию о результатах

"взвешивания" (И-1) взвешивающими 45 дефлекторами 10 входной информации, которые также, с помощью матриц 6 и 7, ормируют выходные оптические лучи на выходе транспаранта связей 8. В результате работы устройства на выходе каждого включенного (просветленного) столбца транспаранта связей мы имеем: для верхней половины (полное количество (m+n-1)строк)

P (4в) лучей, соответствующих вычис- 55 ленным логическим функциям, и

r (Г4n-1) лучей, характеризующих про/ межуточный результат работы устройст15 8 ва ("взвешивания"). и показывающих, на какие входы дискретного дефлектора 2 были поданы сигналы, приведшие к вычислению решенных функций: для нижней половины - (в-р) лучей, соответствующих вычисленным, функциям, которые являлись обратными по отношению к функциям, вычисленным верхней половиной транспаранта 5, и (r1-1-г) лучей, показывающих, на какие входы дискретного дефлектора 2 не приходят сигналы.

Выходные оптические лучи устройства по световадам 20 (от верхней половины транспаранта связей) и 20 (от нижней половины) поступают вновь на собственный вход устройства (обратная связь) и входы других устройств системы, которые соединены с данным устройством, причем на вход каждого устройства подается от данного и -разрядное двоичное слово,первый разряд которого определяется лу- чом, характеризукнцим реакцию устройства при решении одной as en логических функций, а оставшиеся (л -1) раз- рядов определяются лучами, характе- рйзующими (h-. 1) разряд разрядного слова, поступившего на входы дефлектора 2, которое привело к данной реакции системы. Выходные оцтические сигналы, сформированные верхней- половиной транспаранта 8, поступают на входные фотоприемные, матрицы 11 других устройств, соединенные с прямыми электродами взвешивающих дефлекторов 10, в то время как сигналы, сфор-. мированные нижней половиной транспаранта 8, поступают на входные фотоприемные матрицы 11, соединенные с обратными электродами. Кроме того, оптические лучи с выхода устройства по световодам 18, 18 поступают в блок выработки синхрокоманд 9 и участвуют в на- стройке транспарантов 5 и 8 как данного устройства, так и других устройств.

Разработанное устройство позволяет одновременно вычислять Р т любых логических функций из полного набора 2 " функций и изменять оптические входные связи в системе," состоящей- из рассмотренных устройств.

Предполагается, что устройство этого типа будет работать в системах, состоящих из большого числа подобных устройств, В этом случае для

805815

Составитель Ю.Козлов

Редактор С.Титова Техред Л.Микеш Корректор В.Синицкая, Заказ 4497/3 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

9 .! увеличения быстродействия системы и объема обрабатываемой информации необходимо, чтобы данное устройство

s системе было соединено связями с большим количеством подобных устройств, т.е. должна быть предусмот:рена возможность подачи на его вход множества (28) л -разрядных двоичных входных слов. Кроме того, при работе системы желательно, чтобы результат обработки каждым устройством

; входных 11-разрядных слов подавался на в ходы других устрой с тв, с ко торыми оно связано, также в видев -разрядного слова, т.е. во всей системе информации обрабатывается и передается в вице и -разрядных слов. Быстродействие подобных систем увеличивается, если, в устройстве имеется возможность передачи на выход, наряду с реакцией устройства, промежуточt0 ных результатов еro работы — результатт "в звешив ан ия" .