Световодный многоканальный ассоциативный коррелятор

 

Использование: для ассоциативного поиска информации в различных устройствах. Сущность изобретения: коррелятор содержит многоканальные спектральные излучательные узлы, блоки световодных мультиплексоров, блоки световодных разветвителей, узлы оптических многоканальных модуляторов, группы спектральных разделителей, фотоприемные узлы и блок управления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ассоциативного поиска информации в различных ее устройствах, например, запоминающих устройствах (оптоэлектронных, электронных, магнитных и т.д.), базах данных, процессорах и т.п.

Известно устройство для ассоциативной оптической выборки информации из запоминающего устройства [1] содержащее многоканальный спектральный излучательный блок, проекционный блок, оптически управляемый пространственно-временной модулятор света, блок формирования пучков, многоканальный излучательный блок, блок сведения изображений, блок разведения изображений, фотоприемные блоки и блок управления. Основными недостатками данного устройства являются относительно низкие быстродействие и надежность.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является модуль многоканального ассоциативного оптического коррелятора для запоминающего устройства [2] содержащий первый многоканальный спектральный излучательный узел, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами первого световодного мультиплексора, первый световодный разветвитель, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами первого узла оптического многоканального модулятора, каждый выход которого оптически связан со входом соответствующего разделителя первой группы спектральных разделителей, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного узла и блок управления, первые выходы с первой по третью группу выходов которого подключены к управляемым входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного узла, первого узла оптического многоканального модулятора и первого фотоприемного узла, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления. Основным недостатком данного устройства является относительно низкая производительность.

Целью является повышение производительности коррелятора.

Цель достигается тем, что в световодный многоканальный ассоциативный коррелятор, содержащий первый многоканальный спектральный излучательный узел, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами первого световодного мультиплексора, первый световодный разветвитель, выходы которого оптически связаны с соответствующими входами первого узла оптического многоканального модулятора, первую группу спектральных разделителей, каждый выход которой оптически связан с одноименным входом первого фотоприемного узла, и блок управления, первые выходы с первой по третью группу выходов которого подключены к управляемым входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного узла, первого узла оптического многоканального модулятора и первого фотоприемного узла, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления, введены (nm-1) (где n=1,2,3, m=2,3,4,) многоканальных спектральных излучательных узлов, (nm-1) мультиплексоров первого блока световодных мультиплексоров, n мультиплексоров второго блока световодных мультиплексоров, g (где g=2,3,4,) (к-1)-го (где к=3,4,5,) блока световодных мультиплексоров, мультиплексор к-го блока световодных мультиплексоров, разветвитель первого блока световодных разветвителей, d (где d= 2,3,4,) разветвителей второго блока световодных разветвителей, r разветвителей (с-1)-го (где с=3,4,5,) блока световодных разветвителей, (rl-1) (где r=1,2,3, l=2,3,4,) разветвителей с-го блока световодных разветвителей (rl-1) узлов многоканальных модуляторов, (rl-1) групп спектральных разделителей, (ml-1) фотоприемных узлов, причем выходы каждого (nm-1)-го многоканального спектрального излучательного узла оптически связаны с одноименными входами соответствующего (nm-1)-го мультиплексора первого блока световодных мультиплексоров, выход которого оптически связан с одноименным входом соответствующего n-го мультиплексора второго блока световодных мультиплексоров, выход g-го мультиплексора (к-1)-го блока световодных мультиплексоров оптически связан с одноименным входом мультиплексора к-го блока световодных мультиплексоров, выход которого оптически связан со входом разветвителя первого блока световодных разветвителей, каждый выход которого оптически связан со входом соответствующего d-го разветвителя второго блока световодных разветвителей, каждый выход r-го разветвителя (с-1)-го блока световодных разветвителей оптически связан со входом соответствующего rl-го разветвителя с-го блока световодных разветвителей, выходы (rl-1)-ых разветвителей с-го блока световодных разветвителей оптически связаны с одноименными входами соответствующих (rl-1)-ых узлов оптических многоканальных модуляторов, каждый выход (rl-1)-го узла оптического многоканального модулятора оптически связан со входом соответствующего спектрального разделителя (rl-1)-ой группы спектральных разделителей, выходы которой оптически связаны с одноименными входами (ml-1)-го фотоприемного узла, (nm-1)-ые, (rl-1)-ые и (ml-1)-ые выходы соответствующих групп с первой по третью блока управления подключены соответственно к управляемым входам соответствующих (nm-1)-ых узлов многоканальных спектральных излучателей, (rl-1)-ых узлов многоканальных модуляторов и (ml-1)-ых фотоприемных узлов, выходы которых подключены к соответствующим (ml-1)-м адресным входам блока управления.

А также тем, что каждый спектральный разделитель состоит из световодного спектрального разветвителя, первой группы световодных спектральных разветвителей, содержащей h разветвителей, (α-1)-ой группы световодных спектральных разветвителей, содержащей n разветвителей, α-ой группы световодных спектральных разветвителей, содержащей nm разветвителей, причем вход световодного спектрального разветвителя является входом спектрального разделителя, каждый выход световодного спектрального разветвителя оптически связан со входом соответствующего h-го световодного спектрального разветвителя, каждый выход n-го разветвителя (α-1)-ой группы световодных спектральных разветвителей оптически связан со входом соответствующего nm-го разветвителя α-ой группы световодных спектральных разветвителей, выходы которой являются выходами спектрального разделителя.

Технических решений с совокупностью признаков, сходной с совокупностью отличительных признаков объекта изобретения, не имеется.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство, обладающее в 10²-10⁴ раз большим быстродействием, надежностью, количеством одновременно обрабатываемых признаков, а также меньшими габаритами по сравнению с известными устройствами и прототипом.

Таким образом, предложенное устройство обладает свойствами, не присущими известным устройствам. Это объясняется новой совокупностью существенных признаков и новыми связями.

В виду того, что предложенное техническое решение по сравнению с известными выполняет ассоциативный поиск информации по многим признакам опроса в электронных и других типах устройств световодными методами, значительно повышается быстродействие, производительность и надежность поиска, а также обеспечивается компактность конструкции, уменьшается относительное число связей и их длины и расширяются функциональные возможности устройств.

На фиг. 1 (а и б ортогональные проекции) приведена функциональная схема световодного многоканального ассоциативного коррелятора; на фиг.2 блок-схема блока управления.

Световодный многоканальный ассоциативный коррелятор содержит многоканальные спектральные излучательные блоки 1-1.1-n, каждый из которых содержит m многоканальных спектральных излучательных узлов 2-1.2-m, каждый из которых имеет v (где v=1,2,3,) излучательных элементов, блоки 3-1.3-n световодных мультиплексоров, каждый из которых содержит m мультиплексоров 4-1.4-m, n световодных мультиплексоров 5-1.5-n, световодный мультиплексор 6, световодный разветвитель 7, r световодных разветвителей 8-1.8-r, блоки 9-1.9-r световодных разветвителей, каждый из которых содержит l световодных разветвителей 10-1.10-l, r блоков 11-1.11-r оптических многоканальных модуляторов, каждый из которых содержит l узлов оптических многоканальных модуляторов 12-1.12-l, каждый из которых содержит w (где w=1,2,3,) светоклапанных элементов, блок спектральных разделителей 13, содержащий rl групп разделителей по w разделителей в каждой, спектральный разделитель 14, группу спектральных разделителей 15-1.15-h, блоки спектральных разделителей 16-1.16-n, каждый из которых содержит 17-1.17-m разделителей, rn блоков фотоприемников 18-1.18-r, 18-1. 18-n, каждый из которых содержит lm фотоприемников узлов 19-1.19-l, 19-1.19-m и блок 20 управления, который имеет группу входов 21-1, вход 21-2 и три группы выходов 22-1.22-3 и выход 22-4.

Каждый многоканальный спектральный излучательный узел 2 предназначен для ввода, например, ассоциативных признаков в коррелятор в виде световых пучков таким образом, что разряды каждого признака вводятся в коррелятор одним и тем же излучателем в виде оптических сигналов с одинаковой длиной волны, отличной от длин волн оптических сигналов, на которых отображаются остальные признаки в корреляторе. Узел 2 преобразует, например, входные электрические сигналы в оптические и может состоять, например, из линейки лазерных диодов, каждый из которых излучает на своей определенной длине волны.

Каждый световодный мультиплексор 4.6 предназначен для объединения световых пучков с разными длинами волн в единый многоволновой (многоцветный) пучок и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического объединителя, или в виде волноводной линзы.

Каждый световодный разветвитель 7, 8, 10 предназначен для размножения многоволнового (многоцветного) светового пучка и может быть выполнен, например, в виде волоконно-оптического или интегрально-оптического разветвителя, или в виде волноводной линзы.

Оптический многоканальный модулятор 12 предназначен, например, для отображения признаков опроса и может быть выполнен, например, в интегральном виде на основе электрооптического кристалла.

Каждый спектральный разделитель 13 предназначен для разделения многоволнового (многоцветного) светового пучка на составляющие его одноволновые (одноцветные) световые пучки и может быть выполнен, например, на основе сплавных ответвителей из одномодовых волоконных световодов или интегральных световодов, или спектральных разветвителей из гофрированных волноводных структур. В этом случае он может состоять, например, из спектральных разветвителей 14, 15, 18. Каждый спектральный разделитель группы 17 может быть также выполнен, например, на основе дифракционной решетки.

Каждый фотоприемный узел 19 служит для определения совпадения ассоциативных признаков с признаками опроса, и может быть выполнен, например, в виде интегральной матрицы фотоприемников.

Блок 20 управления (фиг.2) обеспечивает работу коррелятора и может состоять, например, из канала 23 ввода-вывода, генератора 24 синхроимпульсов, буферного накопителя 25, формирователя 26 управляющих сигналов, буферного накопителя 27, формирователей 28, 29 управляющих сигналов, буферного накопителя 34.

Световодный многоканальный ассоциативный коррелятор работает следующим образом.

По команде генератора 24 синхроимпульсов из канала 23 ввода-вывода i (где i=1,2,3,nmv) ассоциативных признаков информации через буферный накопитель 25 и формирователь 26 управляющих сигналов поступают на излучательные блоки 1, например, в виде электрических сигналов так, что, например, разряды p_i (где p_i= 1,2,3,s_i, a s_i максимальная разрядность i-го признака) каждого i-го признака поступают последовательно на соответствующий один и тот же излучатель блока 1. Блоки 1 преобразуют электрические сигналы, например, таким образом, чтобы всем p_i-ым разрядам соответствующего i-го ассоциативного признака соответствовала своя l_i длина волны света, отличающаяся от длин волн, на которых отображаются остальные (i-1) признаки. Эти оптические сигналы отображают, например, ассоциативные признаки в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в прямом коде Манчестера (т.е. когда каждый двоичный знак признака представляется во времени, например, двумя состояниями света, отображающими его в прямом и обратном простом коде, т.е. отображающими двоичный знак во временном парафазном коде), за которыми следуют во времени опорные сигналы. Опорные сигналы для всех i признаков формируются, например, когда все i-ые излучательные элементы излучают свет, например, на соответствующих λ_i длинах волн, т.е. отображают "1" в простом коде.

По команде 24 из канала 23 ввода-вывода j (где j=1,2,3,rlw) признаков опроса через накопитель 27 и формирователь 28 поступают на блоки модуляторов 11, например, так, что разряды p_j каждого признака опроса поступают последовательно на одну и ту же j-ую ячейку модулятора 12. При этом каждая ячейка модулятора 12 отображает, например, разряды соответствующего признака опроса в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в обратном коде Манчестера, за которым следует во времени опорный сигнал. При этом опорный сигнал отображает "1" в простом коде, т.е. все ячейки модулятора 12, например, открыты.

Световые пучки, отображающие одноименные p-ые разряды всех v ассоциативных признаков каждого узла 2, объединяются соответствующим мультиплексором 4 в единый v-цветный пучок. Все v-цветные световые пучки от каждого блока 1 объединяются соответствующим мультиплексором 5 в единый mv-цветный световой пучок. Все mv-цветные световые пучки от всех блоков 1 мультиплексором 6 объединяются в единый (nmv)-цветный световой пучок, который разветвителями 7, 8, 10 размножается на rlw=j (nmv)-цветных световых пучков. Эти пучки направляются на все ячейки всех блоков 11, отображающие p-ые разряды всех j признаков опроса.

Так как световые пучки, отображающие одноименные p-ые двоичные разряды всех i ассоциативных признаков на различных длинах волн λ_i, проходят через все ячейки всех блоков 11, отображающие соответствующие p-ые разряды всех j признаков опроса, то осуществляется оптическое умножение всех i ассоциативных признаков на все j признаки опроса, и при этом оптические сигналы произведений спектрально разделены.

Многоцветные световые пучки, соответствующие всем p разрядам каждого j-го признака опроса, поступают на соответствующий спектральный разделитель блока 13. Этот разделитель блока 13, например, с помощью спектральных разветвителей 14, 15, 17 направляет каждую (nmv)-ую спектральную составляющую многоцветного светового пучка на соответствующий ij-ый фотоприемник блоков 18. При этом фотоприемный элемент блоков 18 с координатами ij регистрирует оптический сигнал, соответствующий i-му ассоциативному признаку и j-му признаку опроса.

По команде генератора 24 формирователь 29 подает напряжение на узлы 19. Координаты i и j фотоприемного элемента узлов 19, на котором оптический опорный сигнал превышает оптический сигнал основных разрядов, определяют, соответственно, i-ый ассоциативный признак и j-ый признак опроса, по которым произошло совпадение. По команде генератора 24 код адреса ij-го фотоприемного элемента с узлов 19 через накопитель 30 передается в канал 23 ввода-вывода. Таким образом производится определение адреса ассоциативного признака в странице ассоциативных признаков и адреса признака опроса в странице признаков опроса, по которым произошло совпадение.

Использование предлагаемого световодного многоканального ассоциативного коррелятора позволит в 10²-10⁴ раз повысить быстродействие и увеличить количество одновременно обрабатываемых признаков, надежность и компактность такого рода устройств.

Формула изобретения

1. Световодный многоканальный ассоциативный коррелятор, содержащий первый многоканальный спектральный излучательный узел, первый световодный мультиплексор, первый световодный разветвитель, первый узел оптического многоканального модулятора, первую группу спектральных разделителей, первый фотоприемный узел и блок управления, первые выходы с первой по третью групп выходов которого подключены к управляющим входам соответственно первого многоканального спектрального излучательного узла, первого узла оптического многоканального модулятора и первого фотоприемного узла, выход которого подключен к первому адресному входу блока управления, выходы первого многоканального спектрального излучательного узла оптически связаны с соответствующими входами первого световодного мультиплексора, выходы первого световодного разветвителя оптически связаны с соответствующими входами первого узла оптического многоканального модулятора, каждый выход которого оптически связан с входом соответствующего спектрального разделителя первой группы, выходы которых оптически связаны с одноименными входами первого фотоприемного узла, отличающийся тем, что в него введены nm 1 многоканальных спектральных излучательных узлов (где n 1, 2, 3 m 2, 3, 4), первый блок световодных мультиплексоров, состоящий из nm 1 световодных мультиплексоров, второй блок световодных мультиплексоров, состоящий из n световодных мультиплексоров, (k 1)-х блоков световодных мультиплексоров (где k 3, 4, 5.), каждый из которых состоит из q ( где q 2, 3, 4) световодных мультиплексоров, к-й блок световодных мультиплексоров, первый блок световодных разветвителей, второй блок световодных разветвителей, состоящий из d (где d 2, 3, 4) световодных разветвителей, (c 1)-х блоков (где c 3, 4, 5) световодных разветвителей, каждый из которых состоит из r (где r 1, 2, 3) световодных разветвителей, c-й световодных разветвителей, состоящий из rl 1 световодных разветвителей (где l 2, 3, 4), rl 1 узлов оптических многоканальных модуляторов, rl 1 групп спектральных разделителей, ml 1 фотоприемных узлов, причем выходы каждого (nm 1)-го многоканального спектрального излучательного узла оптически связаны с одноименными входами соответствующего (nm 1)-го световодного мультиплексора первого блока световодных мультиплексоров, выходы которых оптически связаны с одноименным входом соответствующего n-го световодного мультиплексора второго блока световодных мультиплексоров, выходы q-х световодных мультиплексоров (k 1)-х блоков световодных мультиплексоров оптически связаны с одноименными входами k-го блока световодных мультиплексоров, выходы которого оптически связаны с входами первого блока световодных разветвителей, выходы которого оптически связаны с входами соответствующего d-го световодного разветвителя второго блока световодных разветвителей, выходы r-го световодного разветвителя (c - 1)-го блока световодных разветвителей оптически связаны с входами rl-х световодных разветвителей c-го блока световодных разветвителей, выходы (rl - 1)-х световодных разветвителей c-го блока световодных разветвителей оптически связаны с одноименными входами соответствующих (rl 1) узлов оптических многоканальных модуляторов, каждый выход (rl 1)-го узла оптического многоканального модулятора оптически связан с входом соответствующего спектрального разделителя (rl 1)-й группы, выходы которых оптически связаны с одноименными входами (ml 1)-го фотоприемного узла, (nm 1)-е, (rl 1)-е и (ml 1)-е выходы с первой по третью групп выходов блока управления подключены соответственно к управляющим входам (nm 1)-х узлов многоканальных спектральных измерителей, (rl 1)-х узлов многоканальных оптических модуляторов и (ml 1)-х фотоприемных узлов, выходы которых подключены к соответствующим (ml 1)-м адресным входам блока управления.

2. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что спектральный разделитель состоит из световодного спектрального разветвителя, первой группы h световодных спектральных разветвителей, L 1 групп из n световодных спектральных разветвителей, L-й группы из nm световодных спектральных разветвителей, причем вход световодного спектрального разветвителя является входом спектрального разделителя, каждый выход световодного спектрального разветвителя оптически связан с входом соответствующего h-го световодного спектрального разветвителя первой группы, выход каждого n-го световодного спектрального разветвителя (L -1)-й группы оптически связан с входом соответствующего nm-го световодного спектрального разветвителя L-й группы, выходы которых являются выходами спектрального разделителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2