Оптоэлектронный сумматор

 

Изобретение относится к области вычислительной техники. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Оптоэлектронный сумматор содержит разрядные ячейки 1 по числу разрядов, группу элементов И 2, группу элементов 3 задержки. Каждая разрядная ячейка содержит девятнадцать регенеративных оптронов И, три группы элементов И, две группы элементов ИЛИ, группу элементов НЕ. Для сложения двух операндов они записываются в разных тактах в разрядные ячейки параллельно. В следующем такте происходит корректировка результата согласно предложенному способу. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 06 F 7 56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

@ ко

ЗСЕ(:11р!,т е,-.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Я, ".. ц

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЛИ .," (y

b(10 (2! ) 4135239/24-24 (22) 16.10.86 (46) 07.04.88. Бюл. № 13 (7I ) Грузинский политехнический институт им. В. И. Ленина (72) О. Г. Натрошвили, Л. Ш. Имнаишвили, 3. К. Кобесашвили и А. И. Прангишвили (53) 681.325.5 (088.8) (56) Майоров С. А., Кожемяко В. П..

Меськин И. В. и др. Узлы вычислительной техники на новых базисных оптоэлектронных модулях.— В сб.: Вычислительная техника. вып. 6. Пенза, 1976, с. 87 — 89.

Авторское свидетельство СССР № 796845, кл. G 06 F 7/56, 1978.

„„SU, 1386992 А 1 (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ С УММАТОР (57) Изобретение относится к области вычислительной техники. Цель изобретения— увеличение быстродействия. Оптоэлектронный сумматор содержит разрядные ячейки

1 по числу разрядов, группу элементов

И 2, группу элементов 3 задержки. Каждая разрядная ячейка содержит девятнадцать регенеративных оптронов 11, три группы элементов И, две группы элементов ИЛИ, группу элементов НЕ. Для сложения двух операндов они записываются в разных тактах в разрядные ячейки параллельно. В следующем такте происходит корректировка результата согласно предложенному способу.

3 ил.

1386992

Изобретение относится к вычислитель ной технике и может быть применено в опто электронных вычислительных устройствах.

Цель изобретения — увеличение быстродействия сумматора.

На фиг. 1 представлена структурная схема оптоэлектронного сумматора; на фиг. 2 — схема одной разрядной ячейки; на фиг. 3 — схема регенеративного оптрона.

Оптоэлектронный сумматор содержит разрядные ячейки li — 1„, первую группу из и элементов И 2 — 2n, группу (и†!) элементов 3i — 3<„ > задержки и второй элемент 4 задержки. Сумматор снабжен оптическими информационными разрядными входами 5i — 5„и выходами 6i — 6„, входом 7 обнуления, входом 8 разрешения суммирования, шиной 9 питания и шиной 10 нулевого потенциала.

Каждый разряд сумматора содержит девятнадцать регенеративных оптронов 1! —

l l ц, группу девятнадцати элементов HE

l2i — 12д, вторую группу десяти элементов

И 13 — !З ю, третью группу оптоэлектронных ! элементов И 14i — 14ig, состоящую из десяти подгрупп по девять элементов в каждой, первую группу шестнадцати оптоэлектронных элементов ИЛИ 15i — 15ig, вторую группу девятнадцати элементов ИЛИ 16 — 16ig, четвертую группу девяти элементов И 17 — !

7, первый элемент 18 задержки, первый источник света и резистор. Каждый разряд

1 имеет девять оптических информационных входов !9 — 19 и выходов 20 — 20g, вход

21 разрешения суммирования, вход 22 переноса, вход 23 обнуления, вход 24 общего обнуления, шину 9 питания и общую шину 10.

Регенеративный оптрон 11 содержит три фотоприемника 25 — 27, второй источник 28 света, транзистор 29 и два диода 30 и 31.

В каждой разрядной ячейке первый источник 32 света оптически связан с первым оптическим входом 33 первого регенеративного оптрона l l i. Первый оптический вход

33 каждого из остальных восьми регенеративных оптронов 11г — llg связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона 11. Первые электронные входы регенеративных оптронов 11 — l lg соединены с шиной 9 питания сумматора, общая шина !

0 которого соединена с вторыми электронными входами регенеративных оптронов

11 — l lg. Оптические информационные входы 19 — 19 каждой разрядной ячейки 1 соединены с первыми входами соответствующих оптоэлектронных элементов И всех подгрупп 14i — 14 третьей группы. Выход первого элемента И первой подгруппы 14> третьей группы оптически связан с вторым оптическим входом 34 первого регенеративного оптрона 11i. Выходы остальных элементов И первой подгруппы 14 третьей группы оптически связаны с первыми входами соответствующих восьми элементов

ИЛИ, начиная с первого, первой группы

15i — 15a. Выходы элементов И второй подгруппы 14z третьей группы оптически связаны с соответствующими входами соответствующих девяти элементов ИЛИ 15i — 15g, начиная с первого, первой группы. Выходы элементов И третьей подгруппы 14з третьей группы оптически связаны с соответствующими входами соответствующих девяти элементов ИЛИ 15 — 15io, начиная с второго, первой группы и т.д. Выходы элементов

И девятой подгруппы 14 третьей группы оптически связаны с соответствующими входами соответствующих девяти элементов

ИЛИ 15ц — 15ie, начиная с восьмого, первой группы. Выходы элементов И десятой подгруппы 14пь кроме последнего, третьей группы оптически связаны с соответствующими входами элементов ИЛИ 15g — 15, начиная с девятого, первой группы. Выход девятого элемента И десятой подгруппы

14ig третьей группы оптически связан с вторым оптическим входом 34 предпоследнего восемнадцатого регенеративного оптрона ! 1 д. Выходы элементов ИЛ И первой группы

15 — 15ж оптически связаны с вторыми оп тическими входами 34 соответствующих регенеративных оптронов 11 — 11 в, начиная с второго.

Оптические выходы 35 первых девяти регенеративных оптронов l l i — l l g являются выходами 20 — 20 разрядной ячейки 1. Элек30 тронный выход 36 каждого регенеративного оптрона 11 соединен с входами соответствующего элемента HE 12 группы. Выходы первых десяти элементов НЕ 12i — 12ip группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И 13 — 13; р второй

З группы. Выход каждого элемента И второй группы 13 соединен с вторыми входами элементов И соответствующей подгруппы третьей группы 14. Вторые входы элементов И второй группы 13 соединены с первыми управляющими входами 37 всех регенеративных оптронов 11 — l l в, кроме послед40 него 1 ling, и является также входом 8 разрешения суммирования сумматора. Электронные выходы 36 первых девяти регенеративных оптронов 11 — 11 соединены с третьими

4 входами соответствующих элементов И 13—

1Знь начиная с второго, второй группы.

Выходы элементов НЕ 12 — 12 g с одиннадцатого по девятнадцатый, группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И 17 — 17g, начиная с первого, g0 четвертой группы. Второй вход десятого элемента И 17 четвертой группы соединен с входом 23 обнуления разрядной ячейки 1 и входом первого элемента 18 задержки.

Выход первого элемента 18 задержки соединен с первыми входами элементов ИЛИ, 55 16ig — 16в с десятого по девятнадцатый, второй группы. Первые входы элементов

ИЛИ 16i — 16g с первого по девятый второй группы соединены с выходами соответ!

386992

55 ствующих элементов И 17i — 17д четвертой группы. Второй вход каждого элемента И

I7i — 17д, кроме девятого, четвертой группы соединен с выходом последующего элемента И этой группы. Вторые входы элементов

ИЛИ 16i — 1б д второй группы соединены с входом 24 (7) общего обнуления сумматора, а выходы — с вторыми управляющими входами 38 регенеративных оптронов 11i — 11ig. Третьи управляющие входы

39 регенеративных оптронов lli — 11 д соединены с входом 22 переноса разрядной ячейки 1. Первый оптический вход 33 каждого регенеративного оптрона 11 i o — 11 гд с десятого по девятнадцатый связан с оптическим выходом 35 предыдущего регенеративного оптрона.

В каждом регенеративном оптроне 11 первые выводы всех трех фотоприемников

25 — 27 соединены с базой транзистора

29, эмиттер которого соединен с вторым электронным входом 10. Первый электронный вход 9 регенеративного оптрона 11 соединен с вторым выводом третьего фотоприемника 27 и первым выводом второго источника 28 света, который оптически связан с третьим фотоприемником 27 и является оптическим выходом 35 регенеративного оптрона 1!. Второй вывод второго источника

28 света соединен с коллектором транзистора 29 и является электронным выходом

36 регенеративного оптрона l. Первый 33 и второй 34 оптические входы регенеративного оптрона 11 связаны соответственно с первым 25 и вторым 26 фотоприемниками, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно первого 30 и второго 31 диодов. Первые выводы первого 30 и второго 31 диодов являются соответственно третьим 39 и первым 37 управляющими входами регенеративного оптрона 11, второй управляющий вход 38 которого соединен с базой транзистора 29. Второй вывод первого источника 32 света соединен с общей шиной 10, а первый вывод — с первым выводом резистора 40, второй вывод которого соединен с входом 22 переноса разрядной ячейки 1 сумматора. Вход 8 разрешения сумматора соединен с входом второго элемента 4 задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И 2 первой группы. Выход каждого элемента

H 2i — 2 „», кроме последнего первой группы соединен с входом соответствующего элемента 3 задержки группы. Выход каждого элемента 3i — 3 „» задержки соединен с входом 23 обнуления соответствующей разрядной ячейки !i †. 0, начиная с первого, и входом 22 переноса последующей разрядной ячейки. Электронный выход 36 (41) десятого регенеративного оптрона Ilio каждой разрядной ячейки 1 соединен с вторым входом соответствующего элемента И 2 первой группы. Первый электронный вход каждого регенеративного оптрона 11 to — 1 1 гд с

45 десятого по девятнадцатый соединен с ши ной 9 питания сумматора, а второй электронный вход — с общей шиной 10 сумматора.

Первые входы и выходы элементов И 14 третьей группы оптические, а вторые входы— электронные, т.е. информация на первых входах элементов И 14 третьей группы подается в виде световых сигналов, а на вторых входах — в виде электронных сигналов. На выходах информация этих же элементов формируется в виде оптических сигналов. Информация на входы элементов

ИЛИ 15 первой группы подается в виде оптических сигналов, а с выходов оптические сигналы подаются на вторые оптические входы 34 регенеративных оптронов

I I — 11 . Реализация элементов И 14 третьей группы и ИЛИ 15 первой группы производится на основе известных схемных решений. Элементы ИЛИ 16 второй группы электронные, но имеют выходы с открытыми коллекторами.

Сумматор работает следующим образом.

Вначале происходит установка сумматора в исходное (нулевое) состояние. С этой целью высокий уровень потенциала подается на вход 7 обнуления. При этом открываются выходные транзисторы элементов ИЛИ 6i—

16гд второй группы и потенциал на базах транзисторов 29 регенеративных оптронов

I l i — I l i уменьшается до уровня потенциала общей шины 10. Транзисторы 29 закрываются и источники 28 света гаснут.

Разряды первого слагаемого подаются в оптическом виде на оптические информационные входы 5i — 5п сумматора. Каждый из этих входов принимает один десятичный разряд числа в виде единично-нормального кода, поэтому каждый разряд 1 — 1, сумматора снабжен оптическими информационными входами 19i — 19д. После подачи высокого потенциала сигнала разрешения на вход 8 открывается первый оптоэлектронный элемент И 13 второй группы, поскольку первый регенеративный оптрон 1 в это время находится в нулевом состоянии, а на выходе первого элемента HE 12i группы и одновременно на первый вход первого элемента

И 13i второй группы — высокий потенциал. В результате oTKpblBBlotcn девять элементов И первой подгруппы 14 третьей группы. Если в i-м двоичном разряде (i= Г,9) единично-нормального кода десятичного разряда первого слагаемого единица, то на выходе i-го элемента И первой подгруппы И третьей группы появляется единица, которая через (i — 1)-й элемент ИЛИ

15 первой группы подается на второй оптический 34 i-го регенеративного оптрона 11. Если единица появляется на выходе первого элемента И первой подгруппы 14i третьей группы, то высокий потенциал с его выхода подается на второй оптический вход

34 первого регенеративного оптрона 1! i

1386992 без промежуточных логических элементов.

Г ри этом открывается второй фотоприемник 26 i-го оптрона ll;, высокий потенциал с г(ервого управляющего входа 37 открывает транзистор 29 и зажигается источник 28 света, т.е. оптрон 11; переходит в единичное состояние. После этого сигнал разрешения снимается с входа 8 сумматора. Регенеративный оптрон 11; остается в единичном состоянии благодаря положительной обратой связи, которая осушествляется с помощью источника 28 света и третьего фото риемника 27 регенеративного оптрона 11;.

Прием в сумматор второго слагаемого осуществление первого шага алгоритма суммирования происходит одновременно с помощью повторной подачи сигнала разре1 ения на вход 8. При этом открывается (-й элемент И 13; (i= 1, 10) второй группы

13, если i-й и (i+1)-й регенеративные оптроfbi находятся соответственно в единичном и нулевом состояниях, т.е. тогда, когда стар1пая единица единично-нормального кода аходится в i-м двоичном разряде этого есятичного разряда первого слагаемого. ткрываются элементы И i-й подгруппы 14; третьей группы, в результате первая млад Шая единица второго слагаемого записыва, ется в (i+1)-й регенеративный оптрон 11; 1, вторая единица (если разряд второго слагаемого больше одного) в (i+2)-й регенеративный оптрон и т.д.

После прекращения второго разрешаю:.цсго сигнала на вход 8 начинается выпол..ение второго и третьего шагов алгоритма суммирования. При этом разрешающий сигнал появляется на выходе второго элемента 4 задержки, который открывает первый элемент И 2i первой группы 2 в том случае, если в десятом регенеративном оптроне ilia первого разряда li находится единица. Высокий потенциал с выхода первого элемента 3> задержки группы подается на вход 23 обнуления.

Обнуление регенеративных оптронов l l i—

11д первого разряда происходит через элементы ИЛИ 16i — 16is второй группы. При этом, если старшая единица суммы единично-нормального кода, полученной на втором шаге суммирования, находится в (9+1)м регенативном оптроне (i= Г, 9), то обнуляются регенеративные оптроны под номерами с i-ro по (9+i)-й. Обнуление регенеративных оптронов с 1-го по (i — 1) -й не происходит, поскольку цепь распространения сигнала с шины 23 обнуления закрывается в (i — 1) -м элементе И 17 четвертой группы. При этом на первый вход (i — 1)-го элемента И 17 четвертой группы поступает низкий потенциал с выхода (9+i) го элемента НЕ 12(gp;) группы.

Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента 3i задержки поступает также на вход 22 переноса второго разряда 1>.

Здесь происходит увеличение содержимого

5

20 второго разряда в единично-нормальном коде на один. Это осуществляется с помощью высокого потенциала, который подается на третьи управляющие входы 39 всех регенеративных оптронов lii — 11д второго разряда 1 При этом, если старшая единица десятичного разряда находится в i-м регенеративном оптроне, то единица появляется и в (i+1)-м регенеративном оптроне 11; i тоже, поскольку открывается первый фотоприемник 25 (i+1)-го оптрона 11; i, появляется высокий потенциал на базе транзистора

29 и зажигается источник 28 света. Если все регенеративные оптроны l l i — l i is находятся в нулевом состоянии, то первый оптрон lli переходит в единичное состояние, поскольку происходит включение источника

32 света, который оптическим каналом открывает первый фотоприемник 25 первого регенеративного оптрона 11 . Если soceMнадцатый регенеративный оптрон llis в это время в единичном состоянии, то единица появляется также в девятнадцатом регенеративном оптроне llig.

После этого в случае необходимости (т.е. когда десятый регенеративный оптрон l l io в единичном состоянии) формируется единица переноса на выходе второго элемента 3 задержки группы, которая действует так же, как в предыдущем случае и т.д.

Пример выполнения сложения. Предположим, что следует суммировать два десятичных числа: 786 (первое слагаемое) и

867 (второе слагаемое). В единично-нормальном коде эти числа представляются следуюшим образом:

786 867

6 — 111111000; 7 — 111111100;

8 — 111111110; 6 — 111111000;

7 — 111111100; 8 — 111111110.

Сложение происходит по шагам.

Ш а г 1. Производится запись единиц единично-нормального кода i-го разряда второго слагаемого после старшей единицы i-ro разряда первого слагаемого,.

Тогда для нашего примера получают три двоичных слова

6, 7 — 111111111111100000;

8, 6 — 111111111111110000;

7, 8 — 111111111111111000.

В полученных двоичных словах количество двоичных разрядов удлинено до восемнадцати, поскольку максимальное количество единиц в каждом разряде слагаемых может быть девять.

Ш а г 2. Если количество единиц в полученном двоичном слое i-ro разряда равно или больше десяти, производится обнуление старших десяти единиц данного слова. Если количество единиц в этом слове меньше десяти, тогда двоичное слово остается без изменения.

1386992

После осуществления второго шага для нашего примера получают

6, 7 — 111000000000000000;

8, 6 — 111100000000000000;

7, 8 — 111110000000000000.

Ш а r 3. Производится увеличение количества единиц в (i+1)-м разряде на один.

Исходя из этого, сумма слагаемых

786 и 867 будет:

3 — 111000000000000000;

5 — 111110000000000000;

6 — 111111000000000000;

1 — 100000000000000000.

Формула изобретения

Оптоэлектронный сумматор, содержащий п разрядных ячеек (где п — число разрядов слагаемых), каждая из которых содержит девять регенеративных оптронов, первый элемент задержки и источник света, который оптически связан с первым оптическим входом первого регенеративного оптрона, первый оптический вход каждого из остальных восьми регенеративных оптронов связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона, первые электронные входы регенеративных оптронов соедине ны с шиной питания сумматора, общая шина которого соединена с вторыми электронными входами регенеративных оптронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в сумматор введены первая группа п-элементов И, группы (n — 1) элементов задержки и второй элемент задержки, а в каждую разрядную ячейку введены дополнительно десять регенеративных оптронов, группа из девятнадцати элементов НЕ, вторая группа из десяти элементов И, третья группа оптоэлектронных элементов И, состоящая из десяти подгрупп по девять элементов в каждой, четвертая группа из девяти элементов И, первая группа из шестнадцати оптоэлектронных элементов ИЛИ, вторая группа из девятнадцати элементов ИЛИ и резистор, каждый регенеративный оптрон содержит источник света, транзистор, три фотоприемника и два диода, причем с1-й оптический информационный вход, q= Г; 9 каждой разрядной ячейки соединен с первым входом q-го оптроэлектронного элемента И всех подгрупп третьей группы, выход первого элемента И первой подгруппы которой оптически связан с вторым оптическим входом первого регенеративного оптрона, выход к-го элемента И первой подгруппы третьей группы, где к=

= 2, 9, соединен с соответствующим входом

m-го элемента ИЛИ первой группы, где m=

= 1, 8, выход i-ro элемента И j-й подгруппы третьей группы, где i= 1, 9, j= 2, 9, соединен с соответствующим входом и -го элемента

= à — ГП 7Г выход t-го элемента И десятой подгруппы третьей группы, где t= 1, 8, соединен с соответствующим входом о -ro элемента ИЛИ первой группы, выход девятого элемента И десятой подгруппы третьей группы оптически связан с вторым оптическим входом восемнадцатого регенеративного оптрона, выход g -го элемента ИЛИ первой группы, где в = 1,16, оптически связан с вторым оптическим входом т -го регенеративного оптрона где = 2,17, оптические выходы первых девяти регенеративных оптронов

10 являются выходами разрядной ячейки, электронный выход каждого регенеративного оптрона соединен с входами соответствующего элемента НЕ группы, выходы первых десяти из которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И второй группы, выходы каждого элемента И второй группы соединены соответственно с вторыми входами элементов И соответствующей подгруппы третьей группы, вторые входы элементов И второй группы соединены с первыми управляющими входами всех регенеративных оптронов, кроме последнего, и соединены с входом разрешения суммирования сумматора, электронные выходы первых девяти регенеративных оптронов соединены с третьими входами соответ25 ствующих элементов И, начиная с второго, второй группы, выходы элементов НЕ с одиннадцатого по девятнадцатый группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И, начиная с первого, четвертой группы, второй вход девятого элемента И которой соединен с входом сброса разрядной ячейки и входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ с десятого по девятнадцатый второй группы, а первые входы элементов ИЛИ, с первого по девятый которой соединены с выходами соответствующих элементов И четвертой группы, второй вход каждого элемента И, кроме девятого, которой соединен с выходом последующего элемента И этой группы, вторые

40 входы элементов ИЛИ второй группы соединены с входом общего сброса сумматора, а выходы — с вторыми управляющими входами соответствующих регенеративных оптронов, третьи управляющие входы которых соединены с входом переноса разряд45 ной ячейки, первый оптический вход каждого регенеративного оптрона с десятого по девятнадцатый связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона, в каждом регенеративном оптроне первые выводы всех трех фотоприемников соединены с базой транзистора, эмиттер которого соединен с вторым электронным входом, а первь|й электронный вход соединен с вторым выводом третьего фотоприемника и первым выводом источника света оптрона, кото55 рый оптический связан с третьим фотоприемником и является оптическим выходом регенеративного оптрона, второй вывод источника света сброса которого соединен

138б992

201

J7JÓ У

31!/ 3

33 13б

J 1

12 /У !!

У !

17 !У

1 1

: !

7JS У

3Ф 11 JJ

3 в2 Ув

1Z 2У

/Уг

17 г

/б

2! в !

1, U

J7 3У

3В!!33

33В !У

3В/

IJ

l2 27

У!

У

16

IS

373У У

35 11 3$

33 10 33

3В rn

/2 28 !

У

1 "3

1 /

s 1Х

Is !

У

) !У

1,/У У

»//»

JJ /В,ЗУ

1Z Л ! в

IS

/В

73У У

3Ф 1133

33 /УУУ

3У 1

/2 S/

/У!

/У

iZJe SS7S У

/S//Ув /У3/Ув/Уу!Ув !У/!Ув !Уу

23 2Ф 22 ю//г. z

У!У

37 У

/У

ДИ 3

Составитель М. Есенина

Редактор А. Козориз Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 1222/47 Тираж 704 Подписное

ВНИИГ(И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с коллектором транзистора и является электронным выходом регенеративного оптрона, первый и второй оптические входы которого связаны соответственно с первым и вторым фотоприемниками, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго диодов, первые выводы которых являются соответственно третьим и первым управляющими входами регенеративного оптрона, второй управляющий вход которого соединен с базой транзистора, второй вывод первого источника света соединен с шиной нулевого потенциала сумматора, а первый вывод — с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с входом переноса раз-! рядной ячейки сумматора, вход разрешения которого соединен с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, выход каждого элемента И, кроме последнего, которой соединен с входом соответствующего элемента задержки группы, выход каждого элемента задержки которой соединен с входом обнуления соответствующей разрядной ячейки, начиная с первого, и входом переноса последующей разрядной ячейки, электронный выход десятого pere-!

О неративного оптрона каждой разрядной ячейки соединен с вторым входом соответствующего элемента И первой группы, первый электронный вход каждого регенеративного оптрона с десятого по девятнадцатый соединен с шиной питания сумматора, а второй электронный вход — с шиной нулевого потенциала сумматора.