Оптоэлектронный сумматор

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных вычислительных устройствах. Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат. Сумматор содержит разрядные ячейки по числу разрядов слагаемых, элемент И, элемент задержки. Каждая разрядная ячейка содержит регенеративные оптроны, элементы И, ИЛИ и НЕ, а также элементы задержки. Цель достигается благодаря реализации суммирования в разрядных ячейках в модифицированном единично-нормальном коде с пятиразрядным кодированием десятичных цифр. Это приводит за счет введения в разрядные ячейки двух дополнительных элементов задержки, одного элемента ИЛИ, одного оптоэлектронного элемента И и оптоэлектронного элемента ИЛИ, а также новых связей к более чем двукратному уменьшению суммарного числа элементов в оптоэлектронном сумматоре. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1548780 (51) 5 О 06 Е 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4358853/24-24 (22) 05.01.88 (46) 07.03.90. Бюл. Y 9 (71) Грузинский политехнический институт им,В,И.Ленина (72) Л.й.Имнаишвили, З.К.Кобесашвили и О.Г.Натрошвили (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

796845, кл. О 06 F 7/56, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Y 1386992, кл. О 06 F 7/56, 1986. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СУММАТОР (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных вычислительных устройствах. Целью изобретения является уменьшение аппаратурИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптоэлектронных вычислительных устройствах.

Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат.

На Фиг.! представлена структурная схема оптоэлектронного сумматора; на

Фиг ° 2 - Функциональная схема одной разрядной ячейки; на фиг.3 - принципиальная схема регенеративного оптрона.

Оптоэлектронный сумматор содержит разрядные ячейки 1, первую группу из и элементов К 2 и первый элемент 3 задержки. Сумматор снабжен оптическими информационными разрядными входами

4 и выходами 5, входом 6 обнуления, входом 7 разрешения суммирования, 2 ных затрат. Сумматор содержит разрядные ячейки по числу разрядов слагаемых, элемент И, элемент задержки.

Каждая разрядная ячейка содержит регенеративные оптроны, элементы И, КЛК и НЕ, а также элементы задержки. Цель достигается благодаря реализации суммирования в разрядных ячейках в модифи ци рова нном единично-нормал ьном коде с пятиразрядным кодированием десятичных цифр. Это приводит за счет введения в разрядные ячейки двух дополнительных элементов задержки, одного элемента ИЛИ, одного оптоэлектронного элемента И и оптоэлектронного элемента ИЛИ, а также новых связей к более чем двукратному уменьшению суммарного числа элементов в оптоэлектронном сумматоре. 3 ил. шиной 8 питания и шиной 9 нулевого потенциала. 4ч

Каждая разрядная ячейка сумматора Д содержит десять регенеративных оптро" QQ нов 10,-10„, группу из девяти элемен- а 1 тов НЕ 11,-11, вторую группу из четы- (ф рех элементов К 12,-12, третью груп" пу оптоэлектронных элементов И 13

13, состоящую из пяти подгрупп по

5 четыре элемента в каждой, четвертую группу из четырех элементов К 14,-14 первую группу из шести оптоэлектронных элементов КЛИ 15,-15, вторую группу из десяти элементов КЛИ 16,- и

16 второй элемент 17 задержки, пер" вый источник 18 света и резистор 19, третий элемент 20 задержки, четвертый элемент 21 задержки, оптоэлектронный элемент КЛИ 22, элемент ИЛИ 23, опто-, 1548780

Pgf йРф 1

0 0 0000

1 0 1000

2 0 1100

3 ------------- 0 11l0

4 - ----------- 0 1111

5 - - -- ---- 1 0000

6 1 1000

7 1 1100

8 ------------- 1 1110

9 ------------- 1 1111 где Ы - признак цифры; Ъ,воат 45

Р4- мантисса цифры.

Процесс суммирования чисел рассмотрим на следующем примере, где учтены всевозможные значения чисел в применяемой форме кодирования. Допустим, что следует суммировать два десятичных числа - !418 (первое слагаемое) и 2879 (второе слагаемое).

В применяемой форме единичного кодирования эти числа представляются следующим образом:

1468

8 - 1 1110

1 - 0 1000

2379

9 - 1 !111

7 — 1 1100 электронный элемент И 24. Каждая ячейка 1 имеет пять оптических инфор,мационных входов 25 и выходов 26,, вход 27 разрешения суммирования, вход

28 переноса, вход 29 обнуления, шину

8 питания и общую шину 9.

Регенеративный оптрон 1О содержит три Фотоприемника 30"32, источник

33 света, транзистор 34 и два диода !О

35 и 36, оптические входы 37 и 38, оптический выход 39, электрический выход 40 и управляющие входы 41-43 .

Оптоэлектронный сумматор функционирует в единично-нормальном коде, !5

Где десятичные цифры разделены на две группы.

В первой группе размещены цифры от 0 до 4, а во второй .-. от 5 до 9.

Для представления каищой цифры приме- 20 няется пять знаков, один из которых является признаком цифры и определяет принадлежность этой цифры к группам.

Если признак "0" - то цифра из первой группы, а если признак "1" - то цифра 25 иэ второй группы. Четыре остальных

Знака каждой цифры в новой форме единично-нормального кода представляют собой единичный код, т.е, мантиссу цифр от 0 до 4. Следовательно, деся- щ тичные цифры закодированы следующим образом:

4,8

10 11000000

Перенос l 2 - 0 11100000

На данном этапе в признаке первого разряда получают "1", так как в удлиненной мантиссе первого разряда присутствовали единицы в количестве больше пяти. Аналогично в третьем разряде наличие в удлиненной мантиссе единиц в количестве больше пяти и "1" признака формирует единицу переноса и признак "0" промежуточного результата.

После выполнениятретьего шага алгоритма получают

4 - 0 1111 8 - 1 1110

1 - 0 1000 2 - 0 1100

Сложение происходит по шагам.

Шаг.1. Производится запись единиц мантиссы единичного кода i-го разряда второго слагаемого после старшей единицы мантиссы i-го разряда первого слагаемого, а признак i-ro разряда второго слагаемого с признаком i-ro разряда первого слагаемого определяют промежуточный признак результата и единицу переноса (когда признак каж" дого слагаемого равен единице) выполнением операции сложения по mod2.

После выполнения первого шага алгоритма получают четыре двоичных слова

8,9 - l0 11111110

+ Перенос

1,7 - 1 11100000

4,8 - 1 11111110

1,2 - 0 11100000

Как видно из полученного промежуточного результата, в первом разряде получают единицу переноса, что вызвано наличием "1" в признаке первого разряда обоих слагаемых.

Шаг 2. Если количество единиц в удлиненной мантиссе полученного двоичного слова i-ro разряда равно или больше пяти, производится обнуление старших пяти единЖ данного слова, преобразование промежуточного признака результата и формирование единицы переноса выполнением операции сложения по пюс!2 единицы с признаком. Если количество единиц в этом слове меньше пяти, тогда двоичное слово остается без изменения.

После выполнения второго шага алгоритма получают

8,9 - 11 11000000

I Перенос

1,7 - 1 11100000

15487

7 — 1 11000000

9 - 1 11110000

2 — 0 11000000

4 - 0 11110000

В начале происходит установка сумматора в исходное (нулевое) состояние.

С этой целью высокий уровень потенциала подается на вход 6 обнуления. При этом открываются выходные транзисторы 10 элементов ИЛИ 16„-16„второй группы, и потенциал на базах транзисторов 34 регенеративных оптронов 10,-10„ уменьшается до уровня потенциала шины 9.

Транзисторы 34 закрываются, и источни 15 ки 33.света гаснут.

Разряды первого слагаемого подаются в оптическом виде на оптические информационные входы 4„- 4 „ сумматора .

Каждый из этих входов принимает один 20 десятичный разряд числа в форме единично-нормального кода, поэтому каждый разряд сумматора снабжен оптическими информационными входами 25„-25>.

Поскольку первый регенеративный опт- 25 рон 10,. в это время находится в нулевом состоянии и при этом на выходе первого элемента НЕ 11„ группы высокий потенциал, открываются четыре элемента И 13, первой подгруппы 30 третьей группы. Если в i-м двоичном разряде мантиссы (i=1,4) единичнонормального кода десятичного разряда первого слагаемого — единица, то на выходе i-го элемента И 13 первой

1 подгруппы третьей группы появляется единица, которая через (i-1) -й элемент ИЛИ 15 первой группы подается на второй оптический вход 38 i-го регенеративного оптрона 10. Если ц1 единица появляется на выходе первого элемента И 13„ первой подгруппы третьей группы, то световой поток (единичный оптический сигнал) с его выхода подается на второй оптический вход 38 первого регенеративного оптрона 10, без промежуточных логических элементов. Если в пятом двоичном разряде (на входе 25, в разряде признака} единично-нормального кода десятичного разряда первого слагаемогоединица, то открывается оптоэлектронный элемент ИЛИ 22, на выходе появляется единица, которая подается на первый 37 и второй 38 оптические вхо- 5 ды десятого регенеративного оптрона

10« и на первый вход оптоэлек-.ронного элемента И 24. После подачи высокого потенциала сигнала разрешения на вход

8п

E.

7 открывается второй Фо-оприемник

i-го оптрона 10;, и высокий потенциал с первого управляющего входа 41 открывает транзистор 34 зажигается источник 33 света, т.е. оптрон 1О; переходит в единич: —:ое состояние. После этого си гкал разрешения снимается с входа 7 сумматора. Регенеративный оптрон 10 остается в единичном сос1 тоянии благодаря положительной обратной связи, которая осуществляется с помощью источника 33 света и третьего фотоприемника 32 регенеративного оптрона 10;, Оптоэлектронный элемент И

24 закрыт, так как на третьем входе единица появляется после снятия сигH".ла разрешения - входа 7 сумматора, который через элемент ИЛИ 23 подается на второй вход оптоэлектронного эле" л|екта И ?4.

Прием в сумматор второго слагаемого и осуществление первого шага алгор, тма сумм;ровакия происходят одновременно с помощью повторной подачи с гнала разрешения на вход 7. При этом открыт i-й элемент У l2; (i=

=1,4) второй группы, если i-й и

1 (л1, — регекеративные оптроны находятся -oc. ве-;.; венно в единичном и кул:- .ол| сос,оякиях, т,е, тогда, когда старшая единица мантиссы единичнокор. ;алького кода находится в 1-м двои ком разряде маHtèññcl этого десятичногo разряда первого ела|-аемого.

Открываются элемен-ы И 13 i-й под" группь третьей группы, в результате первая младшая единица мантиссы второго с. вЂ,агаемого за|-исывается в (i+

+1)-й регенеративный оптрон 10;„, втор=. един ца мантиссы (если разряд малт:,ссы второго слагаемого больше еди: иць ) — B (-:.+?)-й регенеративный оптрок 10,, п т.д, Если в пятом двоичном разряде (ка входе 25» в разряде признака) единично-нормального код десятичного р.-:зряда второго слагаемогo - единица, То через оптоэлектронный элемент ИЛИ 22 она подается ка гервый 3; и второй 38 оптические входь; десятого регекеративного оптрока |О,, переводя его в единичное сос|о тоякие при подаче сигнала разрешения с входа 7 сумматора, когда десятый регенератv,âêü:é оп- рок 10„, обнулен, и ка первый вход оптоэлектронного элемента И 24. на третий вход которого подается единица с выхода четвертого элемента 21 задержки (когда

1548780 десятый регенеративный оптрон 10go находится в единичном состоянии), и при подаче сигнала разрешения с входа 7 сумматора, который через элемент ИЛИ 23 подается на второй вход оптоэлектронного элемента И 24, открывает его и на выходе появляется высокий потенциал, который подается на второй вход десятого элемента КЛК 10

16„ второй группы, в результате чего обнуляется десятый регенеративный оптрон 10„.

После прекращения второго разрешающего сигнала на вход 7 начинается выполнение второго и третьего шаг ов алгоритма суммирования. В этом случае, если в пятом регенеративном оптроне 10> первого разряда (ячейка

1„) находится единица, то высокий по- 20 тенциал подается на входы второго элемента 17 задержки и четвертого элемента И 14 четвертой группы и через элементы ИЛИ 16,-169 второй группы обнуляет регенеративные оптро- 25 ны 10,-10 первого разряда (ячейка

1,). При этом, если старшая единица мантиссы суммы единично-нормального кода находится в (4+i) м регенеративном оптроне (i=1„4), то обнуляют- Эр ся регенеративные оптроны с i-го по (4+х)-й. Обнуление регенеративных оптронов с 1-ro по (>-1)-й не происходит, поскольку цепь распрост"ранения единицы закрывается в (i-1) -м

35 элементе И 14 четвертой группы.

При этом на первый вход (i-1)-го элемента И 14 четвертой группы поступает низкий потенциал с выхода (i-1)-го элемента НЕ 11 (4+i)»й группы. Высо- 4р кий потенциал с электрического выхода

40 пятого регенеративного оптрона

10 подается через третий элемент

20 задержки на входы оптоэлектронного элемента ИЛИ 22, элемента ИЛИ 23 и на третий управляющий вход 43 десятого регенеративного оптрона 10„, на второй оптический вход 38 которого подается единица с выхода оптоэлектронного элемента ИЛИ 22, которая переводит оптрон в единичное состояние, когда он обнулен. Если десятый регенеративный оптрон 10„ находится в единичном состоянии, тогда единица с выхода четвертого элемента 21 задержки подается на третий вход оптоэлектронного элемента И 24, и при подаче единиц на первый и второй .входы соответственно с выходов оптоэлектронного элемента ИЛИ 22 и элемента ИЛИ 23 оптоэлектронный элемент

И 24 открывается, на выходе появляется единица, которая через десятый элемент ИЛИ 16„ второй группы обнуляет десятый регенеративный оптрон 10„.

Сигнал высокого уровня с выхода оптоэлектронного элемента И 24 первого разряда (ячейка 1,) подается на вход первого элемента И 2, первой группы. При этом разрешающий сигнал через первый элемент 3 задержки подается на другой вход первого элемента

И 2, первой группы, который открывает первый элемент И 2, первой группы.

Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И 2„ первой группы подается на вход 28 переноса второго разряда (ячейка 1 ). Здесь происходит увеличение содержимого мантиссы второго разряда в единично-нормальном коде на один. Это осуществляется с помощью высокого потенциала, который подается на третьи управляющие входы

43 регенеративных оптронов 10„-10> второго разряда (ячейка 1<). При этом, если старшая единица мантиссы этого десятичного разряда находится в i-м регенеративном оптроне, то единица появляется и в (i+1) -м регенеративном оптроне 10 .,;, (i=1,9) тоже, поскольку открывается первый 4отоприемник 30 {i+1)-го регенеративного оптрона 10;„, появляется высокий потенциал на базе транзистора 34, и загорается источник 33 света. Если все регенеративные оптроны 10, -10> находятся в нулевом состоянии, то первый регенеративный оптрон 10„ переходит в единичное состояние, поскольку происходит включение источника 18 света, который оптическим каналом открывает первый Фотоприемник 30 первого регенеративного оптрона 10,. Если восьмой регенеративный оптрон 10 в это время — в единичном состоя,нии, то единица передается также в девятый регенеративный оптрон 10>.

После этого в случае необходимости

b (т.е. когда пятый регенеративный оптон 10 - в единичном состоянии) действия ведутся так же, как и в предыдущем случае, и т.д.

Предлагаемый оптоэлектронный сумматор позволяет существенно уменьшить количество логических и радиозлементов по сраBHpHMio с известными сумматорами (более чем в 2 раза) за счет реализации

9 15487 суммирования в модифицированном единично-нормальном коде.

Формула и зобрет ения

Оптоэлектронный сумматор, содержа5 щий и разря чых ячеек (где n - число разрядов слагаемых), первую группу из п элементов И и первый элемент задержки, каждая разрядная ячейка со- и держит десять регенеративных оптронов, группу иэ девяти элементов НЕ, вторую группу из четырех элементов К, третью группу оптоэлектронных элементов И, состоящую иэ пяти подгрупп 15 по четыре элемента в каждой, четвертую группу иэ четырех элементов К, первую группу из шести оптоэлектронных элементов ИЛИ, вторую группу из десяти элементов ИЛК, второй элемент 20 задержки, источник света и резистор, каждый регенеративный оптрон содержит источник света, транзистор, три фотоприемника и два диода, причем в каждой разрядной ячейке источник света 25 оптически соединен с первым оптическим входом первого регенеративного оптрона, первый оптический вход каждого регенеративного оптрона с второго по девятый соединен с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона, первые электрические входы регенеративных оптронов соединены с шиной питания сумматора, шина нулевого потенциала которого соединена с вторыми электрическими входами регенеративных ollTpoHOB q é оптический информационный вход (q=1,4) каждой разрядной ячейки соединен с первым входом q-ro оптоэлектронного элемен- 40 та И всех подгрупп третьей группы, выход первого элемента И первой подгруппы которой оптически соединен с вторым оптическим входом первого . регенеративного оптрона, выход k-го элемента И первой подгруппы третьей группы, где 1с=2,4, соединен с соответствующим входом тп-ro оптоэлектронного элемента ИЛИ первой группы, где п1=1 3, выход i ro элемента И1"й полгрруппы третьей группы, где i=f,4;

1=2,4, соединен с соответствующим .входом а-го оптоэлектронного элемен(j-1),(j+2), выход с-ro элемента И

55 пятой подгруппы третьей группы, где

t--1,3, соединен с соответствующим входом d-го оптоэлектронного элемента

ИЛИ первой группы, выход четвертого

8О (( элемента К пятой подгруппы третьей группы оптически соединен с вторым оптическим входом восьмого регенеративного оптрона, выход р-го оптоэлект. ронного элемента КЛК первой группы, где р =1,6, оптиче-..:и соединен с вторым оптическим входом у -го регенеративного оптрона, где у =2,7, оптические выходы первых четырех и десятого регенеративных оптронов являются выходами разрядной ячейки, электрический выход каждого регенеративного оптрона, кроме десятого, соединен с входами соответствующего элемента НЕ группы, выходы элементов НЕ с второго по пятый группы соединены с первыми входами элементов И второй группы соответственно, выход каждого элемента И второй группы соединен соответственно с вторыми входами элементов И соответствующей подгруппы, начиная с второй, третьей группы, первые управляющие входы всех регенеративных оптронов, кроме девятого, соединены с входом разрешения суммирования сумматоров, электрические выходы первых четырех регенеративных оптронов соеI цинены с вторыми põoäàìè соответствую их элементов И второй группы, начиная с первого, выходы элементов

НЕ с шестого по девятый группы соеди-, нены с первыми входами соответствующих элементов И четвертой группы, начиная с первого, второи вход четвертого элемента И которой соединен с входом второго элемента задержки, выход которогo соединен с первыми входами элементов ИЛИ второй группы с пятого по девятый, первые входы элементов ИЛИ с первого по четвертый которой соединены с выходами соответствующих элементов К четвертой группы, второй вход каждого элемента И, кроме четвертого, которой соединен с выходом последующего элемента И этой группы, вторые входы элементов

ИЛИ с первого по девятый и первый вход десятого элемента ИЛК второй группы соединены с входом обнуления сумматора, а выходы - с вторыми упра вляющил1и входами соответствующих регенеративных оптронов, третьи управляющие входы которых, кроме десяTof o, соединены с входом переноса разрядной ячейки, в каждом регенеративном оптроне первые выводы всех трех фотоприемников соединены с базой транзистора, эмиттер которого соеди12

1548780

5t нен с вторым электрическим входом, а первый электрический вход соединен с вторым выводом третьего Фотоприемника и первым выходом источника света регенеративного оптрона, который оптически соединен с третьим фотоприемником и является оптическим выходом регенеративного оптрона, второй выход источника света которого соединен 1О с коллектором транзистора и является электрическим выходом регенеративного

Оптрона, первый и второй оптические Входы которого соединены соответстВенно с первым и вторым <ротоприемниками, вторые выводы которых соединены с первыми выводами соответственно

I låðBoãо и второго диодов, вторые выВоды которых являются соответственно третьим и первым управляющими входами 20 регенеративного оптрона, второй управляющий вход которого соединен с базой транзистора, второй вывод первого источника света соединен с шиной нулевого потенциала сумматора, а 35 первый вывод - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с входом переноса разрядной ячейки сумматора, вход разрешения которого соединен с входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, отличающийся тем, что, с. целью уменьшения аппаратурных затрат, в каждой разрядной ячейке сумматора введены третий и четвертый элементы задержки, оптоэлектронный элемент ИЛИ, элемент ИЛИ и оптоэлектронный элемент И, причем выход первого элемента НЕ группы соединен с вторыми входами элементов И первой под -руппы третьей группы, электрический .;ыход пятого регенеративного оптрона .. единен с входами второго и третьего элементов задержки, выход третьего элемента задержки соединен с первыми зходами оптоэлектронного элемента ИЛИ и элемента ИЛИ и с третьим управляющим входом десятого регенеративного оптрона, первый и второй оптические входы которого соединены с выходом оптоэлектронного элемента ИЛИ и с первым входом оптоэлектронного элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход элемента

ИЛИ соединен с входом разрешения суммирования сумматора, второй вход оптоэлектронного элемента ИЛИ соединен с пятым оптичес.KHM информационным вход= дом разрядной ячейки, электрический выход десятого регенеративного оптрона соединен с входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен с третьим входом оптоэлектронного элемента И, выход которого соединен с вторым входом десятого элемента ИЛИ второй группы и с вторым входом соответствующего элемента И первой группы, выход каждого элемента И которой, кроме последнего, соединен с входом переноса последующей разрядной ячейки.

1548780

3S

Составитель А.Степанов

Редактор О.Юрковецкая Техред Л.Олийвык Корректор Т.Малец

Заказ 141 Тираж 254 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101