Оптический блок для перемножения матриц

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных запоминающих устройствах большой емкости для выполнения операции перемножения матриц. Данное оптическое устройство перемножения матриц решает задачу выполнения операции перемножения трех матриц в цифровом двоичном парафазном коде, за счет чего расширяются функциональные возможности прототипа. Предложенное устройство, отличаясь простотой, большой точностью, надежностью и широкими функциональными возможностями, может найти широкое применение в вычислительной технике при оптической обработке больших массивов информации. 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных запоминающих устройствах большой емкости для перемножения трех матриц в цифровой форме. Цель изобретения расширение функциональных возможностей оптического блока для перемножения матриц за счет возможности перемножения трех матриц в цифровом двоичном парафазном коде. На чертеже изображена блок-схема оптического блока для перемножения матриц, который работает совместно с оптоэлектронным запоминающим устройством со страничной структурой, информация на выходе которого представлена в парафазном коде. Оптический блок для перемножения матриц содержит входной оптический регистр 1, мультипликатор 2, проекционный блок 3, входной оптический регистр 4, оптический преобразователь 5, оптический сумматор 6, блок 7 управления. Входной оптический регистр 1 может состоять, например, либо из двух лазерных диодов и коллимирующих объективов, либо из последовательно расположенных лазера, телескопа и электрически управляемой парафазной ячейки транспаранта, либо из поляризационного светообъединительного параллелепипеда, первый вход которого является входом регистра, а второй вход через первый объектив связан с оптическим выходом лазера, на выходе параллелепипеда последовательно установлены второй объектив и парафазная ячейка оптически управляемого транспаранта, выход которой является выходом регистра. Транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры. Мультипликатор 2 может быть выполнен, например, в виде узла волоконных разветвителей или дифракционной решетки и коллиматора. Проекционный блок 3 может быть выполнен, например, в виде телескопа или жгута волоконных световодов. Входной оптический регистр 4 может состоять, например, либо из электрически управляемого транспаранта, содержащего линейку парафазных ячеек, либо их поляризационного светообъединительного параллелепипеда, первый и второй входы которого являются соответственно информационным и управляемым входами регистра; на выходе параллелепипеда последовательно установлены объектив и оптически управляемый транспарант в виде из линейки парафазных ячеек; выход транспаранта является выходом регистра 4. Транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов. Оптический преобразователь 5 осуществляет оптическое преобразование оптических сигналов с регистра 4 следующим образом. Оптические сигналы парафазных единиц и нулей проходят через блок 5 без изменений, при отсутствии оптического сигнала с парафазных ячеек транспаранта регистра 4 блок 5 создает на соответствующих своих выходах оптические сигналы парафазных нулей. Блок 5 может быть выполнен как в устройстве-прототипе. Оптический сумматор 6 выполнен как в устройстве-прототипе. Блок 7 управления обеспечивает работу оптического устройства перемножения матриц и может состоять, например, из генератора синхроимпульсов и формирователей управляющих сигналов. По команде генератора синхроимпульсов блока 7 управления его формирователи управляющих сигналов, например, подают напряжения на все управляемые блоки оптического устройства перемножения матриц. Произведение трех матриц с размерностью n x n представленных в парафазном коде, вычисляется по формуле (1) последовательно за n²тактов. В каждом такте вычисляется соответствующая матрица- слагаемое формулы (1), которая прибавляется к сумме всех предшествующих слагаемых. На вход регистра 1 поступает, например, элемент b_ij второй матрицы-сомножителяb_ij| в виде электрических или оптических сигналов. С регистра 1 световые пучки, отображающие элемент второй матрицы-сомножителяb_ij| поступают на мультипликатор 2, который размножает их так, чтобы они отображали вспомогательную матрицу-столбец размером 1 x n. На вход регистра 4 поступает, например, соответствующий столбец первой матрицы-сомножителяa_ij| в виде электрических или оптических сигналов и отображается на транспаранте регистра 4. Световые пучки, отображающие вспомогательную матрицу-столбец, проекционным блоком 3 направляются на информационный вход регистра 4, и осуществляется оптическое умножение вспомогательной матрицы-столбца, т.е. элемент второй матрицы-сомножителя, на столбец первой матрицы-сомножителяa_ij| отображенный на транспаранте регистра 4. На входе преобразователя 5 в информационных позициях матрицы-столбца либо присутствуют оптические сигналы парафазных нулей и единиц, соответствующие произведениям парафазных двоичных знаков <<0>> x <<0>> и <<1>> x <<1>>, либо оптические сигналы отсутствуют в позициях, соответствующих перемножению парафазных знаков <<0>> x <<1>> и <<1>> x <<0>>. Преобразователь 5 пропускает оптические сигналы парафазных нулей и единиц без изменений, а в информационных позициях матрицы-столбца в которых отсутствуют оптические сигналы, создает оптические сигналы парафазных нулей. Полученная в преобразователе 5 матрица-столбец в виде оптических сигналов поступает на первый вход сумматора 6 перемножения матриц и является для него множимым. Световые пучки, переносящие третью матрицу-сомножительc_ij| которая служит для сумматора 6 матрицей-множителем, поступает с оптоэлектронного запоминающего устройства на второй вход сумматора 6. Оптический сумматор 6 осуществляет вычисление матриц-слагаемых в формуле (1) и их суммирование в каждом такте, так что в n² такте на выходе сумматора 6, а следовательно, и всего устройства появляются оптические сигналы, отображающие произведение трех матриц, поступивших соответственно на входы 1, 2 и 3. Произведение трех матриц вычисляется согласно следующему выражению:

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКИЙ БЛОК ДЛЯ ПЕРЕМНОЖЕНИЯ МАТРИЦ, содержащий первый входной оптический регистр, вход которого является первым входом блока, выход оптического регистра связан с входом мультипликатора, оптический сумматор, первый вход которого является вторым входом блока, выход оптического сумматора является выходом оптического блока, оптический преобразователь, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого оптического регистра и оптического сумматора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей блока за счет возможности перемножения трех матриц в цифровом двоичном парафазном коде, в него введены второй оптический регистр и проекционный блок, причем выход мультипликатора через проекционный блок связан с первым входом второго оптического регистра, второй вход которого является третьим входом блока, выход второго оптического регистра связан с входом оптического преобразователя, выход которого связан с вторым входом оптического сумматора, третий выход блока управления подключен к входу второго оптического регистра.

РИСУНКИ

Рисунок 1