Оптический вычислительный модуль в системе остаточных классов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических процессорах, использующих арифметику остатков в импульсно-позиционном представлении операндов. Цель изобретения -- расширение функциональных возможностей за счет формирования сигналов переполнения и коррекции ранга, промежуточных значений вычисления. Оптический вычислительный модуль в системе остаточных классов содержит блок 1 определения индексов, сумматор - вычитатель 2 по модулю и блок 3 определения антииндексов с соответствующими связями. 2 з. п. ф-лы. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК

61) s G 06 F 7/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714218/24 (22) 29.05,89 (46) 23.10.91. Бюл, М 39 (72) А.В. Дудкина и В.В. Старцев (53) 681.033 (088.8)

Ф (56) Авторское свидетельство СССР

М 1476463, кл. G 06 F 7/72, 1987.

Патент США М 4418394, кл, 364-746, опублик, 1983. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ В СИСТЕМЕ ОСТАТОЧНЫХ КЛАССОВ (57) Изобретение относится к вычислитель.ной технике и может быть использовано в

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено при изготовлении цифровых оптических процессоров, использующих арифметику остатков в импульсно-позиционном представлении операндов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет формирования сигналов переполнения и коррекции ранга. промежуточных значений вычисления.

На фиг. 1 представлена схема оптического вычислительного модуля в системе остаточных классов (для основания, равного семи); на фиг. 2 — схема блока определения индексов (для основания, равного семи); на фиг, 3 — схема блока определения антииндексов (для оснований, равного семи); на фиг. 4 представлен пример реализации вычислительного устройства при помощи on» . Ж 1686442 А1 оптических процессорах, использующих арифметику остатков в импульсно-позиционном представлении операндов. Цель изобретения — расширение функциональ- ных возможностей за счет формирования сигналов переполнения и коррекции ранга, промежуточных значений вычисления. Оптический вычислительный модуль в системе остаточных классов содержит блок 1 определения индексов, сумматор — вычитатель 2 по модулю и блок 3 определения антииндексов с соответствующими связями. 2 з. и. ф-лы. 4 ил. тических вычислительных модулей в системе остаточных классов, Модуль (см. фиг, 1) содержит блок определения индексов, сумматор-вычитатель 2 по модулю, блок 3 определения антииндексов, с первого по третий входы 4-6 задания вида операции модуля. первый и второй информационные входы 7 и 8 модуля, информационный выход 9 модуля, выход 10 сигнала переполнения модуля, первый и второй выходы 11 и 12 сигналов коррекции ранга модуля, первый и второй выходы 13 и

14 промежуточных значений вычисления модуля. Блок 1 определения индексов (см. фиг, 2) содержит группу оптических коммутаторов 15, группу фотоприемников 16.

Блок 3 определения антииндексов (см. фиг, 3) содержит группу фотоприемников 17, . группу оптических коммутаторов 18. Вычислительное устройство (см. фиг, 4) содержит с первого по третий оптические вычисли1686442

1 -щп

I — wn

1 п

mn Wn

m1-w1 t щг I wl!

-Wi

m(— wi

-wi m2 W2

W2 г- W2

- W1 1

- w1

m1- а1

- W1

= W1

t rA-а1 гд-а2

Я1! гд-ап, 1 п п

-Wn

- W2

m2 W2

- г

Dl= det

-W1 l -W2

mn n

0 заведомо не равен О. гд — ранг вводимого в модуль числа, Вышеприведенная процедура нахождения К есть применение правила Крамера к системе уравнений пц Ki+at = rA+ w1Ki

I =1 с целью определения rt

Таким образом, ранг числа становится дробным, т. е. состоящим из целой части (характеристики и мантиссы), Это открывает возможность избежать трудностей с Ind О следующим образом. В блоке 1 определения индексов оптический сигнал в нулевой позиции еще до преобразования остатков в тельные модули 19-21 в системе остаточных классов, с первого по третий триггеры 22-24 режима, модуль 25 счета ранга, состоящий из первого блока 26 памяти, первого и второго сумматоров-вычитателей 27 и 28, второго блока 29 памяти, На фиг. 1-3 позиции оптических и электрических контактов обозначены цифрами соответственно в кружках и ромбах.

В блоке 1 определения индексов фотоприемники 16 вырабатывают электрический сигнал в позиции прохождения светового сигнала. По этому электрическому сигналу с выхода 13 в блоке 26 памяти модуля 25 счета ранга программируются переключения по алгоритму и (In dilate)(ei --logg (mi Ki+а.)

1=1

g1о9цА—

Р

1 где В1 — ортогональные базисы системы оснований пц, определяемые как В =- PiWi, Р, Р

Р =, Wi=

mi I i mt

Wl — масса базисов, также Bl == Р У/, и

П

1=1

ai остатки;

g — первообразный корень индексов и основание логарифма числа. К определяетDi ся так: Kl= и а1 +./)

Гд 4р =Гд Гп +, — I Wi

1=1 ml

В блоке 3 определения антииндексов фотоприемники 17 вырабатывают на выходе

14 электрический сигнал в позиции р прохождения светового сигнала. По этому электрическому сигналу в блоке 29 памяти модуля

25 счета ранга программируются переключения по алгоритму и

Ind 11 — g (mi Ii +p ) г(,с) —

rpeIl= „ F=D

Fl

rC -) 1 гс Q

rc -

ГС Г и

-W2

m1-W1

m2 W2

w2

W2

- W1

Fl = det!

Wï т

mn 1 п

Поскольку не определен Iridg M-1), в

-1 блоке 3 определения антииндексов модуля в (M-1)-й позиции до преобразования остатков в антииндексы оптический сигнал

40 переводится в (М-2) позицию, а соответствующий фотоприемник 17 выдает в модуль 25 счета ранга сигнал, по которому от исходноВ

ro ранга числа отнимается величина „. По

45 сочетаниям электрических сигналов, подаваемых на входы видов операций, можно использовать модуль при выполнении в остаточном представлении операции: "Логарифмирование", "Сложение", "Умножение", 50 "Вычитание", "Деление", "Возведение в степень числа g", При этом каждая операция имеет самостоятельное значение, так как можно восстановить в позиционной системе полную информацию о ре55 зультате операций, имея значение ранга, с помощью Китайской теоремы. При этом нет необходимости переходить при "Сложении"/"Вычитании", как составляющих "Умножения" / "Делени ", к системе оснований (mi - 1 ). В блоке 1 определения индексов индексы переводится в первую позицию, а к исходному рангу числа по электрическому сигналу фотоприемника 16 "О" позиции с

В выхода 11 добавляется величина Р . Это соответствует прибавлению к исходному числу числа 0=1. В - Р. В качестве

В( сумматора-вычитателя 2 используется опти10 ческий модуль для сложения и вычитания в системе остаточных классов, формирующий сигнал переполнения, используемый при подсчете ранга суммы или разности операндов по формуле

1686442 (см. фиг. 2) расположены семь оптических коммутаторов 15, имеющих общий электрический управляющий вход, Первые (для определенности — левые) оптические выходы коммутатора 15 соединены с фотоприемниками 16, а затем с выходами блока (см. табл.

1) индексов для основания "7" при первообразном корне g = 3, кроме первого выхода коммутатора 15 нулевой позиции, Таблица 1 а .1 2 3 4 5 6

9=3

Inda 0 2 1 4 5 3

Первый вход коммутатора 15 нулевой позиции после соединения со своим фотоприемником 16 связан с входом коммутатора первой позиции, Электрический сигнал фотоприемника нулевой позиции (при наличии светового сигнала) передается к модулю 25 счета ранга. где по этому сигналу к исходному рангу добавляется величиBi на . Электрические выходы фотоприемников с (1) по (6) позиции соединяются с входами блока 26 памяти. Вторые оптические выходы коммутаторов 15 соединены с выходами блока 1 определения индекса соответственно номерам позиции коммутаторов. Сумматор-вычитатель 2 по модулю в случае переполнения формирует электрический сигнал, который в модуле 25 счета ранга вносит ко рекцию при сложении рангов р +.)3 операндов мл (верхние знаки формулы — при сложении, нижние знаки — при вычитании), В блоке 3 определения антииндексов расположена группа из семи оптических коммутаторов 18, которые программируются на выполнение этой операции общим электрическим управляющим входом. Первые (левые) оптические выходы коммутаторов 18 соединены с фотоприемниками 17, а затем с выходами блока (см. табл. 2) антииндексов для основания "7" при первообразном корне g = 3, кроме первого выхода коммутатора 18 шестой позиции, Таблица 2 у 0 г 2 3 4 5

iпб 1 3 2 6 4 5

Первый выход коммутатора 18 шестой позиции после соединения со своим фотоприемником 17 связан с входом коммутатора 18 пятой позиции. По электрическому сигналу фотоприемника 18 шестой позиции в модуле 25 счета ранга от ранга исходного

В числа отнимается величина . Электрические выходы фотоприемников 17 с (О) по (5) позиции соединяются с входами блока 28

5 памяти. Вторые оптические выходы коммутаторов 18 соединены с выходами блока определения антииндексов соответственно номерам позиций коммутаторов. В примере реализации вычислительного устройства

10 (см. фиг, 4) триггер 22 программирует операции "Сложение" и "Вычитание". Триггер

23 программирует операцию."Логарифмирование", триггер 24 задает операцию

"Антилогарифмирование", Одновременно

15 задействованные триггеры 22 — 24 программируют "Умножение" и "Деление" чисел, в зависимости от наличия или отсутствия сигнала на триггере 22, Модуль 25 счета ранга изображен в аксонометрической проекции

20 для подчеркивания того факта, что вводимый и выходящий ранги состоят из двух компонент: целой части и дробной. Блок 26 памяти служит для определения rio и имеет fTl) + пц + m3 электрических входов для

25 приема сигналов модулей 19 — 21, а также электрический программируемый вход от триггера 23, Сумматор-вычитатель 27 осуществляет сложение рангов операндов, имеет необходимое количество электриче30 ских входов для ввода ранга второго операнда и программирующий вход для сигнала триггера 22. В сумматоре-вычитателе 28 вводятся коррекции по электрическим сигналам переполнения модулей 19—

35 21. Также есть программирующий входдля приема сигнала с триггера 22, инверсного программирующему сигналу для сумматора-вычитателя 27. Блок 29 памяти служит для определения г(„ ), имеет m< + т2 + ез электрических входов для приема сигналов от модулей 12 — 14. Также есть программирующий вход для сигнала от триггера 24.

Работа вычислительного модуля (см. фиг. 1) происходит следующим образом.

1. Определение индексов.

Оптический импульс поступает на один из входных оптических каналов, одновременно включаются все коммутаторы 15 блока 1 определения индексов и вошедший импульс выходит через первый выход одного из коммутаторов 15, попадает на соответствующий фотоприемник 16, который вырабатывает электрический сигнал для модуля 25 счета ранга, а затем в соответствии с переориентацией позиции оптического канала поступает на выход блока. Если же оптический импульс первоначально поступает на вход нулевой позиции, то он сначала выходит с первого выхода коммутатора 15

1686442

20

55 нулевой позиции, инициирует электрический сигнал на фотоприемнике 16 нулевой позиции (по которому вносится

В коррекция + Р в модуле 25 счета ранга у исходного ранга числа), а затем поступает на вход коммутатора 15 первой позиции, после чего проходит до выхода блока 1 определения индексов по вышеприведенной процедуре. Далее оптический импульс без смены позиции проходит до выхода модуля.

2, Сложение и вычитание, Оптический импульс поступает на один иэ входных оптических каналов, проходит через блок 1 определения индексов без смены позиции (через вторые выходы коммутаторов 15) и поступает на входы сумматора-вычитателя 2, реализованного в виде оптического вычислительного модуля для сложения и вычитания, По выходе из него оптический импульс без смены позиции проходит через блок 3 определения антииндексов.

3. Определение антииндексов, Оптический импульс поступает на один из оптических каналов, проходит через блок

1 определения индексов, сумматор-вычитатель 2 без смены позиции поступает на вход одного из коммутаторов 18 (одновременно включенных) блока 3 определения антииндексов и выходит через первый выход одного из коммутаторов 18. Попадает на фотоприемник 17 данной позиции, который вырабатывает электрический сигнал для модуля 25 счета ранга, а затем в соответствии с переориентацией позиции канала поступает на выход блока. Если оптическийимпульс вошел с M-1 позиции, то он сначала выходит с первого выхода коммутатора 18 этой же позиции, инициирует электрический сигнал фотоприемника 17 M-1 позиции

В1 (по которому вносится коррекция Р в модуле 25 счета ранга у исходного числа), а затем поступает на вход коммутатора 18 M-2 позиции, после чего происходит до выхода блока 3 определения антииндексов по вышеприведенной процедуре.

4. Умножение и деление.

Работа модуля складывается из совокупности работ,,описанных в пп. 1 — 3. При этом на электрический второй информационный вход сумматора-вычитателя 2 по модулю подается электрический сигнал, позиция которого соответствует индексу второго операнда по данному основанию.

Умножение производится, когда сумматорвычитатель 2 по модулю запрограммирован на сложение, деление — когда блок запрограммирован на вычитание.

Формула изобретения

1. Оптический вычислительный модуль в системе остаточных классов, содержащий блок определения индексов, сумматор-вычитатель по модулю и блок определения антииндексов, причем первый информационный вход модуля соединен с информационным входом блока определения индексов, оптический информационный выход которого соединен с первым информационным входом сумматора-вычитателя по модулю, информационный выход которого соединен с информационным входом блока определения антииндексов, оптический информационный выход которого является информационным выходом модуля, с первого по третий входы задания вида операции которого соединены соответственно с управляющим входом сумматора-вычитателя по модулю, входом разрешения блока определения индексов и входом разрешения блока определения антииндексов, второй информационный вход модуля соединен с вторым информационным входом сумматора-вычитателя по модулю, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования сигналов переполнения и коррекции ранга, промежуточных значений — вычисления, выход переполнения сумматора-вычитателя по модулю является выходом сигнала переполнения модуля, первый и второй выходы сигналов коррекции ранга которого соединены соответственно с сигнальными выходами блока определения индексов и блока определения антииндексов, электрический информационный выход блока определения индексов и электрический информационный выход блока определения антииндексов являются соответственно первым, и вторым выходами промежуточных значений вычисления модуля, 2, Модуль по и, 1, отличающийся тем, что блок определения индексов содержит группу оптических коммутаторов и группу фотоприемников, причем входы

50 разрядов информационного входа блока определения индексов соединены с информационными входами соответствующих оптических коммутаторов группы, управляющие входы которых соединены с входом разрешения блока определения индексов, первые выходы оптических коммутаторов группы соединены с входами соответствующих фотоприемников группы, выход первого фотоприемника группы является сигнальным выходом блока определения

1686442

&ed 7

h гтаФулю

5- оо

8oixod 9

Фиг.1 индексов, выходы фотоприемников, кроме первого, группы являются соответственно выходами разрядов электрического информационного выхода блока определения индексов, выходы разрядов оптического 5 информационного выхода которого соединены с вторыми выходами соответствующих оптических коммутаторов группы, первый выход первого оптического коммутатора группы соединен с информационным входом 10 второго оптического коммутатора группы, первый выход (К + 1)-ro (K = 1 - (M - 1), M — разрядность информации) оптического коммутатора группы является выходом ((Ind(K + 1))-го разряда оптического инфор- 15 мационного выхода блока определения индексов.

3. Модуль по и, 1, отличающийся тем, что блок определения антииндексов содержит группу фотоприемников и группу 20 оптических коммутаторов, причем входы разрядов информационного входа блока,определения антииндексов соединены с информационными входами соответствующих

25 оптических коммутаторов группы, управляющие входы которых соединены с входом разрешения блока определения антииндексов, первые выходы оптических коммутаторов группы соединены с входами соответствующих фотоприемников группы, выходы фотоприемников, кроме M-го, группы являются соответственно выходами разрядов электрического информационного выхода блока определения антииндексов, сигнальный выход которого соединен с выходом М-го фотоприемника группы, вторые выходы оптических коммутаторов группы являются выходами соответствующих разрядов оптического информационного выхода блока определения антииндекссв, первый выход К-го оптического коммутатора группы является выходом (Ind (К - 1) +

1)-го разряда оптического информационного выхода блока определения антииндексов, первый выход M-го оптического коммутатора группы соединен с информационным входом (M - 1)-го оптического коммутатора группы.

3(i8fi442

0 1 иР. 2

1686442

Составитель А. Клюев

Техред M.Moðiåíòàë Корректор О. Кравцова

Редактор T. Шагова

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

Заказ 3598 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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