Гибридный процессор

 

Использование: изобретение относится к элементам гибридных вычислительных систем и может быть использовано в качестве специализированного процессора в нейроподобных вычислительных структурах. Сущность: в гибридный процессов, содержащий операционный блок, включающий группу узловых операционных модулей и среду связи узловых операционных модулей в сетевую вычислительную структуру, вводятся блок ввода данных, блок вывода данных, оптоэлектронный узел контроля, блок обмена информационных массивов между операционным блоком и блоками ввода и вывода данных, пять групп композиционных носителей информации, посредством которых осуществляется обмен массивами информации между тремя последними блоками, при этом композиционные носители информации состоят из композиционных материалов с генерирующими, поглощающими, рассеивающими и размножающими нейтроны свойствами, блок обмена информационных массивов между операционным блоком и блоками ввода и вывода содержит две группы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации, выход каждого из первой группы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации сопряжен с одним из композиционных носителей информации второй и третьей групп, выход каждого из второй группы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации сопряжен с одним из композиционных носителей информации первой, четвертой и пятой групп, входы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации соединены с общей магистралью. 2 табл., 4 ил.

Изобретение относится к гибридным вычислительным структурам, осуществляющим параллельные вычисления с применением разных типов информационных сигналов, и может быть применено в качестве нейропроцессора в нейрокомпьютерных системах обработки массивов распределенной информации.

Известно гибридное оптоэлектронное устройство, содержащее моделирующую сетевую структуру из оптоэлектронных и кодоуправляемых элементов с цифровыми блоками управления.

Наиболее близким к изобретению является оптоэлектронный сеточный процессор, который содержит операционный блок, включающий группу узловых операционных модулей и среду связи узловых операционных модулей в сетевую вычислительную структуру.

В этих устройствах передача и обработка информационных сигналов осуществляется смешанными носителями информационных сигналов электронными и оптическими сигналами.

Однако при организации разветвленной оптической связи узловых операционных модулей в многослойных сетевых структурах приходится решать ряд проблем размещения узловых операционных модулей таким образом, чтобы обеспечить необходимое количество каналов оптической связи и их соответствующую оптическую прозрачность. При этом приходится разносить узловые операционные модули в вычислительной среде, что приводит к увеличению удельного объема вычислительной среды. Кроме того, применение смешанных носителей информации в оптоэлектронных операционных блоках с сетевой структурой снижает быстродействие таких систем за счет процессов взаимного преобразования одного вида носителей информации в другой вид.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет применения в операционном блоке гибридного сеточного процессора в качестве одного из носителей информации потоков нейтронов - нейтральных ядерных частиц, которые, так же как и оптические лучи, могут распространяться в разных направлениях, но при этом имеют более высокую проникающую способность, что позволяет нейтронным лучам передавать информационные сигналы через непрозрачные для оптических лучей элементы вычислительной среды и доставлять эти сигналы селективно от источников к их приемникам.

В отличие от традиционных носителей информации, применяемых в вычислительной технике, нейтроны имеют ряд особенностей. Одной из таких является возможность количественного и качественного преобразования передаваемой информации при взаимодействии нейтрона с ядрами атомов операционной среды. Эти преобразования передаваемой нейтронами информации осуществляются без подвода энергии извне за счет внутренних свойств нейтронов и результата их взаимодействия с ядрами материалов вычислительной среды. При этом поглощение нейтронов при их взаимодействии с ядрами материалов вычислительной среды приводит к ослаблению потока нейтронов, посредством которого передаются информационные сигналы между узловыми операционными модулями, рассеяние (замедление) нейтронов на легких ядрах материалов вычислительной среды приводит к изменению (уменьшению) энергетической характеристики нейтронного потока, поглощение нейтронов делящимися ядрами с последующим делением этих ядер может приводить к увеличению (усилению) потока нейтронов с одновременным изменением (увеличением) его энергетических характеристик.

Еще одной из особенностей применения нейтронов как носителей информации в информационно-вычислительных системах является возможность записи информации, передаваемой потоками нейтронов, на возбужденных ядрах при взаимодействии нейтронов с ядрами вычислительной среды. Такая своеобразная и компактная (атомарная) запись информации, передаваемой потоками нейтронов, может осуществляться посредством взаимодействия нейтронов с определенными ядрами атомов материалов вычислительной среды. При этом в результате взаимодействия нейтронов с определенными ядрами атомов материалов вычислительной среды может происходить поглощение нейтронов с последующим возбуждением этих ядер и излучением соответствующего кванта энергии. Кроме того, в результате взаимодействия нейтронов с ядрами делящихся материалов может происходить деление последних и получаемые при этом осколки деления ядер будут находиться определенное время в возбужденном состоянии и будут излучать соответствующие кванты энергии, которые являются своеобразными носителями информации о произошедших взаимодействиях нейтронов с делящимися ядрами атомов вычислительной среды. Следует отметить еще одну особенность процессов записи информационных сигналов на возбужденных ядрах атомов. Возбужденные при поглощении нейтронов ядра атомов композиционных материалов, образующих вычислительную среду, делятся на короткоживущие изотопы, которые могут быть элементами памяти кратковременного хранения, и долгоживущие изотопы, которые могут быть элементами памяти долговременного хранения информации. Подбирая в соответствии с условиями решаемых задач композиционный элементный состав вычислительной среды, можно задавать различные режимы хранения информации. Излучаемые возбужденными ядрами кванты энергии могут быть зарегистрированы (считаны) посредством датчиков излучения, настроенных на определенный вид излучения.

В таких взаимодействиях нейтронов с ядрами атомов среды, когда возбуждение ядер снимается последующим излучением квантов ионизирующего излучения, проявляется еще одна из особенностей процессов передачи и преобразования информации с помощью потоков нейтронов: конвертируемость носителей информации. Запись сигналов проводится одним носителем информации - нейтронами, а считывание производится другим носителем информации квантами ионизирующего излучения. Возможны варианты и обратной конвертируемости - кванты ионизирующего излучения могут при взаимодействии с ядрами среды генерировать фотонейтроны. Подобное конвертирование носителей информации имеет место в сложных информационных системах, например, в нейроинформационных системах, где один вид носителей информации ионно-электронные носители информации преобразуются (конвертируются) в химические носители медиаторы.

Все процессы передачи и преобразования информации потоками нейтронов происходят на субатомном уровне и поэтому такие информационные системы (среды) могут иметь малые объемы при высокой удельной плотности ядерно-физических операционных элементов и их взаимосвязей.

Одним из достоинств предлагаемого гибридного процессора является нетрадиционный подход к построению архитектуры вычислительной структуры с попыткой сохранить некоторые традиционные принципы передачи и переработки информации, широко применяемые в типовых электронных и оптоэлектронных вычислительных системах. Такой подход позволяет использовать и сохранить наработанные методики традиционной обработки информации электронными сигналами, тем самым сохраняя преемственность предлагаемых гибридных вычислительных структур.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается новой концепцией построения вычислительной структуры и применением нетрадиционных для вычислительной техники методов и средств передачи и преобразования информации. Поэтому предлагаемое устройство по структуре и функциональным возможностям существенно отличается от традиционных гибридных оптоэлектронных вычислительных структур. Нейтронные носители информации имеют определенные преимущества перед электронными и оптическими (фотонными) носителями информации. Преимущество перед электронными носителями информации состоит в том, что не требуются специальные проводники для передачи нейтронов и вполне допустимо пересечение нейтронных лучей, переносящих разные виды информационных сигналов. Преимущество перед фотонными носителями информации состоит в том, что нейтронными лучами можно передавать информацию через конструктивные элементы вычислительных сред, непрозрачные для фотонных носителей, причем нейтронами можно передавать информацию определенным операционным элементам, "запрятанным" в структуру вычислительной среды. Кроме того, нейтроны обладают уникальной особенностью размножаться при определенных свойствах и составе среды, в которой происходит их перенос. Не менее уникальной возможностью является возможность организации памяти на возбужденных нейтронами ядрах атомов композиционных материалов, образующих вычислительную среду.

Не известно применение нейтронов как носителей информации в информационно-вычислительных системах, не известны также схемы вычислительных средств, в которых для обработки информации использовались бы методы передачи и обработки информации нейтронно-оптическими методами. Поэтому применение новых концептуальных решений построения вычислительной структуры, введение новых узлов и новых взаимосвязей в предлагаемом гибридном процессоре существенно отличает заявленную вычислительную структуру от известных гибридных процессоров сетевой, а также нейросетевой структуры, что позволяет делать вывод о соответствии заявленного устройства критерию "новизна".

Сравнение заявленного технического решения с известными схемами вычислительных структур показывает, что предлагаемая структура гибридного процессора существенно отличается от известных технических решений построения высокопроизводительных вычислительных структур, в том числе и оптоэлектронных нейроподобных сетевых структур. Основные отличия заключаются в том, что предложено применять новые принципы обмена информацией между модулями гибридной вычислительной структуры посредством потоков нейтронов, с помощью которых осуществляется передача и преобразование информационных сигналов в вычислительной среде, а также осуществляется запись результатов вычислений в память, содержащую среду из возбужденных нейтронами ядер определенных композиционных материалов. Предложенная техническая реализация такого подхода с применением носителей информации, выполненных на композиционных материалах с определенными ядерно-физическими свойствами, является оригинальным решением и существенно отличается как от известных архитектурных решений для вычислительных систем, так и от известных структурных решений для ядерно-физических систем, в которых применяются процессы переноса и преобразования потоков нейтронов. Такие принципы передачи и обработки информации с нейтронными носителями информационных сигналов в вычислительных структурах до сих пор не применялись.

Предлагаемая нейтронная вычислительная структура имеет возможность сопряжения с типовыми вычислительными структурами, что позволяет использовать имеющиеся программные и аппаратные средства традиционных вычислительных средств, сохраняя при этом преемственность принципиально новых вычислительных структур.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого гибридного специализированного процессора; на фиг. 2 фрагмент структуры и связи между узловыми операционными модулями в операционном блоке; на фиг. 3 и фиг. 4 - временные диаграммы синхронизирующих сигналов гибридного специализированного процессора для разных режимов решения задач.

Структурная схема гибридного специализированного процессора (фиг.1) имеет простую конфигурацию и содержит четыре основных взаимосвязанных между собой функциональных блока: операционный блок 1, посредством которого выполняются операции передачи и обработки параллельных потоков информационных сигналов; блок 2 ввода данных, посредством которого производится ввод (запись) данных (информационных сигналов) на композиционные носители информации; блок 3 вывода, посредством которого производится вывод (считывание) данных (полученных результатов вычислений) с композиционных носителей информации; блок 4 обмена информационных массивов между операционным блоком и блоками ввода и вывода данных.

Операционный блок 1 (фиг.1) содержит следующие функциональные узлы: узел 5 композиционный носитель информации первой группы, содержащий композиционные материалы с генерирующими нейтроны свойствами; узел 6 - композиционный носитель информации второй группы, содержащий композиционные материалы с поглощающими нейтроны свойствами; узел 7 композиционный носитель информации третьей группы, содержащий композиционные материалы с рассеивающими (замедляющими) нейтроны свойствами; операционный узел 8, выполненный в виде композиционного носителя информации четвертой группы, содержащего узловые операционные модули из композиции материалов с размножающими нейтроны свойствами; узел 9 композиционный носитель информации пятой группы, содержащий композиционные материалы с нейтронноактивационными свойствами; узел 10 оперативного визуального контроля.

Блок 2 ввода (записи) данных содержит узлы 11 и 12 преобразования электронных кодовых сигналов в операционные сигналы (коды), которые преобразуют электронные сигналы в дифференциально заданную ядерную плотность материалов композиционных носителей информации. Эти узлы предназначены для ввода (записи) двумерных информационных массивов данных (изображений) на композиционные носители информации второй и третьей групп: узел 11 ввода (записи) двумерных информационных массивов данных на композиционные носители информации 6; узел 12 ввода (записи) двумерных информационных массивов на композиционные носители информации 7.

Блок 3 вывода (считывания) данных содержит узлы 13-15 преобразования операционных сигналов (кодов), излучаемых в виде квантов излучения, в электронные кодовые сигналы. Эти узлы предназначены для считывания двумерных массивов информационных сигналов, излучаемых возбужденными ядрами материалов композиционных носителей информации первой, четвертой и пятой групп: узел 13 вывода (считывания) двумерных массивов информационных сигналов в виде распределенных потоков нейтронов, излучаемых в узле 5 композиционными материалами носителя информации первой группы; узел 14 вывода двумерных массивов информационных сигналов в виде квантов излучения осколочных материалов, образующихся в композиционном носителе информации четвертой группы (узел 8); узел 15 вывода двумерных массивов информационных сигналов в виде квантов излучения нейтронноактивируемых материалов с композиционного носителя информации пятой группы (узел 9).

Блок 4 обмена (передачи) информационных массивов между операционным блоком и блоками ввода и вывода содержит кодоуправляемые узлы 16 и 17, посредством которых производится перемещение между операционным блоком и блоками ввода и вывода данных композиционных носителей информации 5-9 с записанными на них двумерными информационными массивами. Кодоуправляемый узел 16 предназначен для перемещения композиционных носителей информации второй и третьей групп (6,7) с записанными на них информационными массивами между операционным блоком 1 и блоком 2 ввода данных; кодоуправляемый узел 17 для перемещения композиционных носителей информации первой, четвертой и пятой групп (5, 8, 9) с записанными на них информационными массивами между операционным блоком 1 и блоком 3 вывода результатов вычислений.

Узел 18 управления работой процессора выполнен в виде внешней управляющей ЭВМ, имеющей либо конфигурацию обычной последовательного действия ЭВМ, либо много процессорной ЭВМ; оптоэлектронный узел 19 контроля, выполнен в виде узла преобразования квантов оптического излучения в электронные кодовые сигналы; электронные узлы блоков 1-4 соединены между собой посредством общей магистрали 20.

Блочная структура гибридной вычислительной среды предлагаемого процессора является своеобразным отражением физических свойств зон передачи и обработки информационных сигналов. Такая вычислительная среда имеет следующие физические зоны: первая операционная зона (узлы 5-9) зона параллельной передачи и обработки двумерных массивов информационных сигналов (изображений) потоками нейтронов, вторая операционная зона (18) зона обработки электронных информационных сигналов, первая переходная зона (11,12) зона преобразования электронных кодовых сигналов в промежуточные кодовые сигналы, записываемые на композиционные носители информации (6,7) в виде дифференциально заданной ядерной плотности композиционных материалов этих носителей информации, вторая переходная зона (12-15) зона преобразования операционных сигналов, излучаемых и считываемых с композиционных носителей информации (5,8,9) и записанных в виде кодов на возбужденных ядрах композиционных материалов этих носителей информации, в электронные кодовые сигналы, третья переходная зона (10,19) зона преобразования операционных сигналов в виде нейтронов в видимое оптическое излучение и электронные кодовые сигналы, первая транспортная зона (16) зона перемещения композиционных носителей информации (6,7) между первой операционной зоной и первой переходной зоной, вторая транспортная зона (17) зона перемещения композиционных носителей информации (5,8,9) между первой операционной зоной и второй переходной зоной, третья транспортная зона (20) общая магистраль передачи электронных кодовых сигналов между второй операционной зоной и первой, второй и третьей переходными зонами.

В первой операционной зоне производятся параллельно выполняемые операции передачи и обработки двумерных информационных массивов за счет соответствующего перераспределения на ядрах материалов узлов операционного блока 1 нейтронных потоков, посредством которых переносятся имитируемые информационные потоки. Во второй операционной зоне производится обработка информационных массивов методами электронной обработки информации, в этой зоне производится подготовка данных в соответствии с условиями решаемых задач, производится контроль и анализ состояния параметров элементов первой операционной зоны и получаемых в ней результатов вычислений. Из второй операционной зоны через третью транспортную зону передаются электронные кодовые сигналы в первую переходную зону, где задаются в соответствии с этими электронными сигналами ядерные плотности материалов композиционных носителей информации (6,7). Эти композиционные носители информации через первую транспортную зону поступают в первую операционную зону, где осуществляется процесс параллельной обработки информационных массивов, записанных на композиционных носителях информации всех групп. Из первой операционной зоны через вторую транспортную зону во вторую переходную зону поступают данные в виде результатов ядерных взаимодействий нейтронных потоков с ядрами вычислительной среды, произошедшие в первой операционной зоне. Во второй переходной зоне эти данные в виде квантов различных видов излучений считываются, преобразуются в электронные кодовые сигналы и через третью транспортную зону передаются во вторую операционную зону электронной обработки информации. Результаты оперативного контроля из первой операционной зоны передаются в третью переходную зону, в которой поток нейтронов преобразуется сначала в видимое оптическое излучение, а затем в электронные кодовые сигналы, и затем через третью транспортную зону передаются во вторую операционную зону.

Часть узлов и элементов гибридного процессора предлагается выполнять на типовых средствах и элементах традиционной вычислительной техники. Но большая часть узлов имеет ряд особенностей и поэтому требует для их выполнения разработки и применения нетрадиционных решений и методик. Например, узлы 18 и 19 электронной и оптоэлектронной обработки информационных сигналов представляют собой наиболее разработанные и широко применяемые типовые средства вычислительной техники, а вот остальные узлы гибридного процессора представляют собой оригинальные узлы, имеющие нетрадиционную структуру и выполнены из материалов, ранее не применяемых в вычислительной технике.

Операционный блок 1 имеет нетрадиционную для вычислительных средств архитектуру и структуру. Узлы этого блока имеют специфическое исполнение и нетрадиционное схемное решение конструкции блока и взаимосвязи элементов. В этом блоке предложены и реализованы новые принципы передачи и обработки информационных сигналов.

Композиционный носитель информации 5 состоит из композиционных материалов, генерирующих нейтроны, например, этот носитель содержит разные по расположению и составу композиции материалов, генерирующих нейтроны, например, бериллий и его соединения, которые образуют непрерывно или дискретно распределенный источник нейтронов с дифференциально распределенной по поверхности носителя интенсивностью излучения нейтронов. Этот носитель информации может иметь монослойную структуру, содержащую в одном слое и материалы с альфа-излучателями и материалы, генерирующие нейтроны под воздействием потоков альфачастиц, а могут иметь и многослойную структуру, в которой один слой содержит материалы с альфа-излучателями, а другой слой - материал-конвертор альфа-излучения в нейтронное излучение. Возможен и такой вариант исполнения этого узла, когда имеется внешний источник альфа-излучения, посредством которого проецируется определенная двумерная картина, которая затем конвертируется в двумерную картину в виде дифференциально распределенного потока нейтронов.

Выходящие из этого носителя информации 5 двумерные массивы информационных сигналов в виде квантов нейтронного излучения через композиционные носители информации (6,7) поступают на входы узловых операционных модулей композиционного носителя информации 8.

Композиционный носитель информации 6 применяется для изменения интенсивности потока нейтронов, проходящих через этот носитель информации, в соответствии с условиями решаемых задач. Этот носитель так же может быть однослойным и многослойным. В первом случае он выполнен из монослоя, поглощающего нейтроны материала, например из боросодержащего материала, во втором случае имеется слоистая структура из основы, содержащей не поглощающий нейтроны материал с дифференциально распределенной ядерной плотностью, которая задается программно в блоке 2 путем нанесения рисунка на определенную зону композиционного носителя информации 6.

Композиционный носитель информации 7 имеет подобную структуру и применяется для изменения энергетических характеристик нейтронных потоков, проходящих через этот носитель информации, и изменения направления переноса нейтронов. В этом композиционном носителе информации использован материал слабопоглощающий нейтроны, но имеющий высокую рассеивающую, отражающую и замедляющую способность. Этот материал расположен там, где требуется в соответствии с условиями решаемой задачи изменять энергетические (качественные) характеристики и направление переноса нейтронных потоков, посредством которых переносятся потоки информации от одних узлов операционного блока к другим. Перфорационный рисунок расположения соответствующих ядерных плотностей замедляющих материалов на композиционном носителе информации 7 создается нанесением соответствующей перфорации с помощью узла 12 в блоке 2.

Композиционный носитель информации 7 может содержать замедляющие материалы разных композиционных составов, например бериллий и его соединения или гидриды элементов с малым атомным весом. Использование бериллия в композиционном носителе информации 7 имеет ряд специфических особенностей. Так, например, бериллий кроме хороших замедляющих свойств обладает свойством при возбуждении его ядер гамма-квантами генерировать фотонейтроны и таким образом увеличивать общий поток нейтронов. Это свойство можно использовать в тех случаях, когда в соответствии с условиями решаемых задач желательно реализовать обратные связи или алгоритмы, требующие увеличения величины информационного потока в зависимости от предыстории процессов передачи и обработки информации в операционном блоке 8.

Композиционные носители информации 6 и 7 могут иметь однослойную структуру, выполненную из одного композиционного материала, например, носитель 6 может быть выполнен из слоя поглощающего нейтроны материала, а носитель 7 - из слоя материала с замедляющими свойствами. Возможны также различные варианты с многослойным исполнением каждого композиционного носителя информации в том числе и с чередованием в одном носителе нескольких слоев материалов и с поглощающими, и с замедляющими нейтроны свойствами.

Композиционный носитель информации 8 применяется для процессов параллельного преобразования информационных сигналов, передаваемых через этот основной операционный узел. На узловых операционных модулях этого операционного узла композиционного носителя информации 8 в операционном блоке 1 происходит конвергенция входных потоков нейтронов и в соответствии с интегральным значением проходящих через операционные модули нейтронных потоков производится генерация новых нейтронов с последующей дивергенцией их в разных направлениях. Композиционный носитель информации 8 (фиг. 2) содержит узловые операционные элементы, выполненные в виде микросферических чипов, внутри которых помещены материалы с размножающими нейтроны ядерно-физическими свойствами. Такие ядерно-физические микрочипы дискретно расположены в матрице из композиционных материалов, которые в ряде случаев могут иметь малое сечение поглощение нейтронов, чтобы быть "прозрачными" для нейтронов, посредством которых осуществляется дальнодействующая межслоевая связь через матрицу носителя 8, как это показано на фиг. 2. Микросферические чипы имеют покрытие из материала, способного удерживать внутри чипа осколки деления ядер внутренней композиции чипа, которые образуются при актах взаимодействия нейтрона с ядрами размножающих нейтроны изотопов и представляют собой коротко- и долгоживущие радиоактивные изотопы. По этой остаточной активности осколочных изотопов можно судить о предыстории взаимодействия нейтронов с ядрами "внутренней начинки" микросферических чипов, и таким образом эта радиоактивность может быть использована как своеобразная память о числе актов возбуждения делящихся ядер микросферических чипов при взаимодействии с ними потока нейтронов, проходящих (пронизывающих) композиционный носитель информации 8. Часть осколочных ядер представляют собой короткоживущие изотопы и соответственно могут быть использованы как элементы кратковременной памяти, а часть осколочных ядер представляют долгоживущие изотопы и могут быть использованы как элементы долговременной памяти. Микросферические чипы узловых операционных модулей могут иметь неравномерное по составу покрытие, например, одна полусфера выполнена из материала, поглощающего нейтроны, а другая из материала, рассеивающего (отражающего) нейтроны. Такое исполнение покрытия микрочипа оказывается предпочтительным при необходимости задания определенной направленности нейтронного потока.

Проходящий через композиционный носитель информации 8 в операционном блоке 1 нейтронный поток в зависимости от условий и композиционного состава и структуры микрочипов претерпевает определенные изменения и поступает на следующий в многослойной структуре операционного блока композиционный носитель информации 9, где производится измерение величины нейтронного потока. В самом композиционном носителе 8 происходят изменения композиционного состава микросферических чипов с образованием возбужденных осколочных ядер, эти изменения и активность возбужденных и осколочных ядер измеряется с помощью узла 14 в блоке 3, куда перемещается носитель 8 после операционной активации в блоке 1.

Композиционный носитель информации 9 (фиг. 2 ) применяется для измерения значений нейтронного потока, проходящего через операционные узлы операционного блока 1, и представляет собой узел контроля результатов промежуточных вычислений. Этот узел организован как узел активации нейтронами легкоактивируемых нейтронами материалов композиционного носителя информации 9 и представляет собой слоевую слабопоглощающую нейтроны композиционную структуру, содержащую дискретно либо непрерывно расположенные в этой структуре легкоактивируемые нейтронами материалы, например, серебро, родий.

Узел оперативного визуального контроля 10 предназначен для вывода конечных результатов вычислений и представляет собой слоевую композиционную структуру, содержащую материалы, ядра которых при взаимодействии с нейтронами излучают заряженные частицы, которые возбуждают находящихся в этом же слое ядра других материалов, например, радиолюминофоров, и испускают кванты оптического излучения. Получаемые при этом двумерные информационные массивы в виде видимых изображений (образов) могут быть использованы для визуального контроля за процессом вычислений, а также могут быть использованы для дальнейшей оптической и оптоэлектронной обработки полученных оптических информационных сигналов с последующим преобразованием их в оптоэлектронном узле контроля 19 в массив электронных кодовых сигналов, передаваемых по каналам связи и общую магистраль 20 в ЭВМ.

Узлы 11 и 12 преобразования (записи) электронных кодовых сигналов в дифференциально заданную ядерную плотность композиционных носителей информации 6 и 7 предназначены для записи двумерных информационных массивов данных на соответствующие зоны композиционных носителей информации 6 и 7. Эти узлы (фиг. 2) содержат исполнительные (записывающие) узлы 11.1 и 12.1, с помощью которых производится перфорация рабочей поверхности носителей информации 6 и 7, например электромеханические перфораторы или лазерные рекордеры, и узлы памяти 11.2 и 12.2, представляющие собой входной буфер для хранения задаваемого кадра записываемых двумерных информационных массивов и контроллер.

В узле 11 производится запись на композиционный носитель информации 6 перфорационного рисунка, расположение и размер отверстий которого соответствует расположению и проводимости каналов связи узловых операционных модулей, а в узле 12 производится запись на композиционный носитель информации 7 перфорационного рисунка, расположение и размер отверстий которого соответствует характеру изменения направления передачи нейтронных потоков. Перфорационные отверстия могут быть одинаковых размеров, но тогда в зонах с повышенной проводимостью плотность их расположения должна быть выше.

Узлы 13, 14 и 15 преобразования (считывания) операционных кодовых сигналов в виде квантов излучения, испускаемых ядрами материалов композиционных носителей информации 5, 8 и 9 предназначены для считывания двумерных массивов информационных сигналов в виде квантов излучения. Эти узлы считывания (фиг. 2) представляют узлы контроля и диагностики состояния композиционных носителей информации 5, 8 и 9 и содержат датчики соответствующего излучения 13.1, 14.1 и 15.1 с преобразованием измеряемых сигналов в электронные кодовые сигналы и узлы памяти 13.2, 14.2 и 15.2, представляющие выходные буферы для хранения считываемых информационных массивов и контроллер.

Узлы 13, 14 и 15 имеют одинаковую структуру и выполнены из подобных элементов. Отличаются они друг от друга применяемыми типами датчиков квантов излучения, датчика 13.1 должны позволять регистрировать нейтроны, датчики 14.1 производят регистрацию гамма-квантов, излучаемых осколками деления, датчики 15.1 производят регистрацию квантов активационного излучения. Эти датчики могут быть подключены ко входу анализаторов, которые позволяют проводить спектральный анализ и более точно производить расшифровку характера произошедших взаимодействий нейтронных потоков и изменения состава композиционных носителей информации 5, 8 и 9 в операционном блоке.

Узлы 16 и 17 перемещения композиционных носителей информации (5-9) между операционным блоком 1 и блоком 2 ввода и блоком 3 вывода предназначены для транспортировки (передачи) из одной зоны обработки сигналов в другую информационных массивов, записанных на композиционные носители информации, имеющие ленточное или дисковое исполнение. Эти узлы выполнены на базе широко применяемых в вычислительной технике типовых электромеханических средств перемещения ленточных или дисковых носителей информации. На входы этих узлов подаются управляющие кодовые сигналы от управляющей ЭВМ и в соответствии с подаваемыми сигналами осуществляется перемещение соответствующих зон композиционных носителей информации в операционную зону либо в другие зоны.

Узел 18 внешняя управляющая ЭВМ, которая может быть типовой последовательного действия ЭВМ, но желательно применять многопроцессорную ЭВМ с параллельным выполнением операций. Этот узел является второй операционной зоной, в которой производится обработка, подготовка и корректировка данных и выбор топологии соединений узловых операционных модулей.

Оптоэлектронный узел 19 контроля типовой оптоэлектронный узел преобразования квантов оптического излучения, высвечиваемых с узла оперативного визуального контроля 10 в электронные кодовые сигналы. Этот узел может быть выполнен как блок оперативной памяти на триггерах, имеющих на входе фотоприемники и позволяющий проводить параллельную запись оптических сигналов непосредственно в электронную операционную память.

Предлагаемый гибридный процессор может применяться как сопроцессор нейрокомпьютерной вычислительной системы и представляет собой гибридный специализированный процессор, имеющий многослойную сетевую или многослойную нейросетевую структуру, взаимосвязь узловых операционных модулей, в которой осуществляется потоком нейтронов.

Работает предлагаемый гибридный процессор следующим образом.

В соответствии с условиями решаемой задачи в управляющую ЭВМ узел 18 заносятся исходные данные и запрограммированный алгоритм решения задачи. Подготовленные в ЭВМ данные по топологии соединения узловых операционных модулей и параметрам проводимости каналов связи этих модулей переписываются в узлы памяти 11.2 и 12.2 узлов 11 и 12, затем в блоке 2 ввода данных посредством исполнительных перфораторов или рекордеров 11.1 и 12.1 эта информация в виде рисунка перфорационных кодовых отверстий переносится на композиционные носители информации 6 и 7. Рисунок расположения перфорационных отверстий и их размер в слоевых композиционных структурах носителей информации 6 и 7 соответствует значениям требуемых величин параметров каналов связи. При задании каналов связи с большими весами коэффициентов межмодульной связи производится перфорация ("прожигание") отверстий либо больших размеров, либо отверстия имеют одинаковые размеры, но они более густо расположены в зонах, моделирующих повышенную проводимость каналов связи. Эти перфорационные отверстия образуют каналы "прострела" для нейтронов своеобразные каналы связи. Эти отверстия наносятся на слоевой композиционный носитель информации типовыми методами для вычислительных средств, например электромеханической пробивкой с помощью перфоратора, либо прожиганием микроотверстий лазерным лучом с помощью лазерного рекордера.

После записи информации на композиционные носители 6 и 7, эти носители информации с помощью узла 16 перемещаются и устанавливаются в операционной зоне, где производится параллельное считывание потоками нейтронов записанной на них информации, при этом происходит перераспределение нейтронных потоков и в структуре композиционных носителей информации 6 и 7 и в структуре композиционных носителей информации 8 и 9.

Посредством композиционных носителей информации 5-7 в операционном блоке 1 формируются потоки нейтронов в соответствии с генерацией нейтронов в узле 5 и в соответствии с перфорационным рисунком, нанесенном на композиционные носители информации 6 и 7.

На узловых операционных модулях носителя информации 8 производится конвергенция нейтронных потоков, преобразование их с размножением нейтронов и затем происходит дивергенция потоков образовавшихся новых нейтронов в различных направлениях переноса. Часть нейтронов проходит через "прозрачную" для нейтронов матрицу композиционного носителя 8 и поступают на входы узловых операционных модулей микросферические чипы в следующем слое многослойной вычислительной структуры. Кроме того, при активации и делении ядер в микрочипах носителя 8 образуются возбужденные ядра и их осколки, которые являются излучателями гамма-квантов и могут быть использованы для реализации распределенных обратных связей. Так например, если в соответствии с условиями решаемой задачи требуется увеличить поток нейтронов пропорционально числу предыдущих актов взаимодействия нейтронов (операционных актов), то это возможно за счет образования фотонейтронов в одном из бериллийсодержащих слоев композиционного носителя информации 7, вводимого в операционную зону.

Легкоактивируемые ядра материалов композиционного носителя информации 9 узла контроля промежуточных результатов вычислений активируются потоком нейтронов, выходящим из узловых операционных модулей носителя информации 8. При этом число активируемых ядер и их расположение соответствует плотности распределения в носителе информации 9 межслоевого потока нейтронов, проходящих через этот активируемый носитель информации. Фактически в узле 9 производится нейтронно-активационным методом запись информации путем возбуждения легкоактивируемых ядер материалов композиционного носителя информации 9. При этом возможна запись информации как с кратковременным хранением, так и с долговременным хранением. В первом случае запись производится на ядрах материалов, при активации которых нейтронами образуются короткоживующие изотопы, во втором случае применяются композиционные материалы, образующие при активации нейтронами долгоживующие изотопы.

Достоинства нейтронно-активационной записи информации заключаются в следующем. Запись осуществляется параллельно активирующим потоком нейтронов с высокой плотностью записи на уровне атомарной плотности активируемых изотопов. Считывание записанной таким методом информации может осуществляться как дифференциальным сканированием рабочей поверхности активируемого носителя, так и проводиться измерение интегральной наведенной активности, что особенно важно при экспресс-диагностике состояния сетевой вычислительной структуры, а также при самоорганизации структуры вычислительной среды, свойства которой существенно зависят от общего энергетического состояния сетевой вычислительной структуры.

В узле 10 оперативного визуального контроля осуществляется контроль и регистрация выходной информации путем установки в этом узле преобразователя нейтронного излучения в поток заряженных частиц и последующего преобразования этих заряженных частиц в поток видимых квантов оптического излучения.

Таким образом, в предлагаемой вычислительной структуре применены новые для вычислительных систем методы передачи и обработки информации с использованием нетрадиционных носителей информации нейтронов, а также с применением в качестве элементов памяти возбужденных и осколочных ядер материалов вычислительной среды.

Алгоритм функционирования предлагаемой гибридной вычислительной структуры представлен на фиг. 3 и на фиг. 4 двумя вариантами временных диаграмм синхронизующих сигналов, подаваемых на управляющие входы узлов 5-19 гибридного процессора.

На временной диаграмме синхросигналов (фиг. 3) применены следующие обозначения: на вертикальной оси номера с 5 по 19 соответствуют номерам узлов гибридного процессора в соответствии с их обозначениями на структурной схеме (фиг. 1), на горизонтальной оси номера с 1 по 8 соответствуют временным тактам одного цикла работы гибридного процессора. Синхросигналы условно разделены на четыре вида, имеющие следующие символьные обозначения: W ввод данных: запись информации в память узла, R вывод данных: считывание хранимой в памяти узла информации, Z очистка содержимого буферов памяти, C операционные вычисления.

На первом временном такте производятся необходимые вычисления (C) в узле 18 по подготовке и корректировке топологии сетевой вычислительной структуры и параметрам связи узловых операционных модулей. Одновременно производится очистка (Z) буферов памяти преобразователей информационных сигналов в узлах 11 15.

На втором временном такте в регистры узла 16 записываются (W) коды зон композиционных носителей информации 6 и 7, на которые должна быть записана подготовленная в узле 18 информация для задания параметров элементов процессора для данного временного расчетного цикла, и в соответствии с этими кодами производится перемещение композиционных носителей информации 6 и 7 в блок 2 ввода (записи) данных. Одновременно из узла 18 производится считывание (R) информации, подготовленной для записи на композиционные носители информации 6 и 7, и производится ее запись (W) в буферы памяти узлов 11 и 12.

На третьем временном такте производится считывание (R) записанной в буферы памяти узлов 11 и 12 информации, преобразование и запись (W) на композиционные носители информации 6 и 7 в виде дифференциально заданной ядерной плотности композиционных материалов этих носителей информации.

На четвертом временном такте из узла 18 считываются (R) коды зон композиционных носителей информации 5-9 с последующей установкой их в операционную зону блока 1. Эти коды записываются (W) в регистры узлов 16 и 17, посредством которых производится перемещение композиционных носителей информации 5-9 в операционную зону блока 1.

На пятом временном такте производятся параллельные операционные процедуры, которые осуществляются следующим образом. С композиционного носителя информации 5 производится считывание (R) информации в виде распределенного двумерного потока нейтронов, затем эти потоки нейтронов, проходя через композиционные носители информации 6 и 7, считывают (R) записанную на них информацию и передают ее узлу 8, в котором происходят основные операционные преобразования (C) передаваемой информации. Одновременно производится запись (W) о происходящих операционных процессах в память узла 8 и в память узла 9, а в узле оперативного визуального контроля 10 эта информация преобразуется и считывается (R) в виде двумерной картины оптических сигналов и затем в узле 19 преобразуется и записывается (W) в виде электронных кодовых сигналов.

На шестом временном такте из узла 18 производится считывание (R) кодов перемещения зон композиционных носителей информации 5, 8, 9, производится запись (W) этих кодов в регистры узла 17, посредством которого производится перемещение композиционных носителей информации 5, 8,9 в блок 3 для регистрации излучаемых ими информационных сигналов.

На седьмом временном такте производится считывание (R) информации с композиционных носителей информации 5, 8 и 9, перемещенных в зону контроля блока 3 вывода данных, преобразование и запись (W) в буферы памяти преобразователей 13-15. Одновременно из памяти узла 19 считывается (R) записанная туда на одном из предыдущих временных тактов информация о результатах вычислений в операционной зоне блока 1 и записывается (W) в память узла 18.

На восьмом временном такте производится считывание (R) информация, записанной в буфере памяти узлов 13-5 и запись (W) ее в память узла 18 - управляющей ЭВМ. Этот такт является заключительным тактом одного цикла итерационных вычислений.

Следующий цикл итерационных вычислений начинается с первого такта операционной обработки (C) в узле 18 результатов, полученных на предыдущем цикле вычислений, при этом производится оценка полученных результатов, сравнение с некоторыми заданными значениями и подготовка скорректированных данных для последующих вычислений. Подготовка к следующему циклу вычислений включает очистки (Z) буферов памяти узлов 11-15. Следующие временные такты повторяются в соответствии с вышеописанным алгоритмом и прекращаются либо при достижении определенных значений, либо при выполнении определенного числа циклов вычислений.

Приведенная на фиг. 3 временная диаграмма синхронизирующих сигналов представляет один из вариантов работы гибридного процессора в режиме циклических или итерационных вычислений.

Предлагаемый гибридный процессор наиболее эффективно позволяет обрабатывать двумерные массивы информации (изображения) с небольшими относительными изменениями распределенных переменных. Поэтому такой процессор имеет определенные преимущества при решении задач методами статистических испытаний. Определенные преимущества при этом имеет метод Монте-Карло, применяя который можно эффективно решать довольно широкой класс прикладных задач, например, задачи статистической физики, задачи теории переноса, задачи распознавания образов и другие.

Временная диаграмма синхронизирующих сигналов для работы гибридного процессора в режиме решения задач методом Монте-Карло приведена на фиг. 4. Обозначения те же, что и на фиг. 3, только разовые временные такты обозначены одной цифрой, а циклические такты имеют дополнительные индексы 1,i,k, в соответствии с числом заданных циклов повторения операций.

На первом временном такте производятся необходимые вычисления (C) в узле 18 по подготовке и корректировке топологии сетевой вычислительной структуры и параметрам связи узловых операционных модулей и формируются двумерные массивы с набором случайных либо псевдослучайных значений локальных коэффициентов свойств моделируемой среды и значений коэффициентов связи узловых операционных модулей. Одновременно производится очистка (Z) буферов памяти преобразователей информационных сигналов в узлах 11 15.

На втором временном такте из узла 18 считываются (R) коды зон композиционных носителей информации 6 и 7, на которые должна быть записана подготовленная в узле 18 информация для задания случайных параметров элементов процессора для данного временного расчетного такта, и производится запись (W) этих кодов в регистры узла 16. Одновременно из узла 18 производится считывание (R) двумерных массивов информации с набором случайных (псевдослучайных) значений локальных коэффициентов и коэффициентов связи и производится их запись (W) в буферы памяти узлов 11 и 12.

На третьем временном такте, который состоит из k подтактов, производится считывание (R) кода перемещения композиционных носителей информации 6 и 7 из регистра узла 16 и производится перемещение этих носителей информации и установка их в определенной зоне блока 2 ввода данных, где производится считывание (R) записанной в буферы памяти узлов 11 и 12 информации, преобразование и запись (W) на композиционные носители информации 6 и 7 в виде дифференциально заданной ядерной плотности композиционных материалов этих носителей информации. Эта процедура повторяется столько раз (подтактов), сколько историй (событий) планируется разыгрывать.

На четвертом временном такте из узла 18 считываются (R) со случайной выборкой коды зон композиционных носителей информации 5-9 для последующей установки их в операционную зону блока 1. Эти коды записываются (W) в регистры узлов 16 и 17, посредством которых производится перемещение композиционных носителей информации.

На мятом временном такте производится считывание (R) из регистров узлов 16 и 17 кодов перемещения зон композиционных информацией 5-9 и производится стартовая установка (загрузка) этих носителей информации в операционной зоне блока 1.

На шестом временном такте, который состоит из k подтактов, производятся параллельные операционные процедуры, которые осуществляются следующим образом. С композиционного носителя информации 5 производится считывание (R) информации в виде распределенного двумерного потока нейтронов, затем эти потоки нейтронов, проходя через композиционные носители информации 6 и 7, считывают (R) записанную на них информацию и передают ее узлу 8, в котором происходят основные операционные преобразования (C) передаваемой информации. Одновременно в ядерно-физическую память узла 8 и в нейтронно-активационную память узла 9 производится запись (W) информации о событиях, происходящих в операционной зоне блока 1, а в узле оперативного визуального контроля 10 эта информация преобразуется и считывается (R) в виде двумерной картины оптических сигналов и затем в узле 19 преобразуется и записывается (W) в виде электронных кодовых сигналов. На шестом такте также производится считывание (R) с узла 18 новых кодов зон композиционных носителей информации 5-7, которые содержат набор массивов случайных значений локальных коэффициентов и коэффициентов связи для следующего розыгрыша событий и производится их запись (W) в регистры узлов 16 и 17.

На седьмом временном такте, так же состоящего из k подтактов, из регистров узлов 16 и 17, считывается (R) код зоны с новыми случайными значениями локальных коэффициентов и коэффициентов связи узловых операционных модулей в операционной зоне и производится перемещение композиционных носителей информации 5-7 в операционную зону. Одновременно из узла 19 считывается (R) информация, полученная на предыдущем шаге решения, и записывается (W) в узел 18.

Шестой и седьмой такты повторяются k-раз, и каждый раз с новым набором случайно заданных значений локальных коэффициентов и коэффициентов связи. При этом каждый раз на шестом такте кроме вычислений производится в узлах 8 и 9 интегрирование параметров, характеризующих процессы случайных взаимодействий нейтронов с ядрами материалов вычислительной среды. Процессы интегрирования характерных параметров в узлах 8 и 9 осуществляются интегральным накоплением возбужденных ядер, и чем больше вероятность взаимодействия нейтронов с ядрами среды, тем больше накапливается возбужденных ядер и соответственно увеличивается их активность. Для получения конечных результатов вычислений среднестатистических значений основных параметров моделируемых процессов полученные интегральные значения наведенной активности должны быть отнесены к общему числу актов разыгрываемых событий. Это может быть осуществлено либо соответствующим масштабированием в узлах 14 и 15 при считывании квантов излучения, либо в узле 18 (ЭВМ) при обработке конечных результатов. На седьмом k-ом такте в регистры узла 17 записываются (W) коды зон в блоке 3, куда должны быть перемещены и установлены композиционные носители информации 5, 8, 9 для считывания результатов вычислений.

На восьмом временном такте производится считывание (R) информации с композиционных носителей информации 5, 8 и 9, перемещенных в зону контроля блока 3 вывода данных, преобразование и запись (W) в буферы памяти преобразователей 13-15.

На девятом временном такте производится считывание (R) информации, записанной в буферы памяти узлов 13-15 и запись (W) ее в память узла 18 - управляющей ЭВМ. Этот такт является заключительным тактом одного цикла розыгрыша историй.

Можно повторить подобный розыгрыш случайных событий с набором других случайных (псевдослучайных) коэффициентов, тем самым увеличивая число статистических испытаний и повышая точность решения задач.

Возможны и другие временные режимы синхронизации работы узлов гибридного процессора и приведенные варианты иллюстрируют методологию реализации разных алгоритмов решения задач. Кроме того, по анализу излучений и изменению изотопного состава микросферических чипов узловых операционных модулей можно проводить идентификацию различных картин (двумерных массивов) обрабатываемых образов по ряду характерных интегральных параметров.

Структурные и архитектурные особенности предлагаемого процессора наиболее эффективно могут быть реализованы при решении задач, требующих параллельных вычислений на сетевых и нейросетевых структурах, формируемых в среде предлагаемого процессора.

Сетевая структура предлагаемого гибридного вычислителя с наличием большого числа регулируемых связей между узловыми операционными модулями оказывается очень удобной для реализации некоторых нейроалгоритмов.

Одна из таких нейросетевых расчетных схем, реализуемых на узловых операционных модулях 8 операционного блока 1, может быть представлена следующим расчетным соотношением, описывающим поведение моделируемой функции y в i-ой узловой точке m-го моделируемого слоя пространства: где y(i{ m} n) значение моделируемой функции в i-ой узловой точке m-го слоя многослойной сетевой структуры на n-ом временном шаге решения; w(j{k}i{ m}n) весовые коэффициенты связи j-ых узловых точек k-го слоя с i-ми узловыми точками m-го слоя на n-ом временном шаге решения; v(i{m}n) - коэффициент локальных релаксационных свойств моделируемой среды в i-ой узловой точке m-го слоя на n-ом временном шаге решения; f(i{m}n) коэффициент локального возбуждения в i-ой узловой точке m-го слоя на n-ом временном шаге.

Для реализации расчетного соотношения (1) на операционных модулях блока 1 задаются значения коэффициентов связи w и значения локальных коэффициентов f и v в соответствии с условиями решаемых задач. При этом значения коэффициентов f и v определены соответственно размножающими и поглощающими свойствами изотопов, применяемых в микросферических чипах, из которых набраны узловые операционные модули узла 8. Подбор и задание этих коэффициентов можно проводить соответствующим подбором ядерно-физического состава микросферических чипов и их размещением в среде композиционного носителя информации.

Значения коэффициентов близкодействующей связи в одной и той же слоевой структуре узла 8 можно задавать соответствующим заданием распределенных ядерных плотностей композиционной матрицы, в которой размещены узловые операционные модули микросферические чипы, содержащие различные композиции ядерных материалов, а так же разный состав покрытий микрочипов.

Значения коэффициентов дальнодействующей связи задаются образованием каналов нейтронной проводимости в композиционных носителях информации 6 и 7 путем соответствующего задания распределенных ядерных плотностей материалов этих композиционных носителей информации, расположенных на пути переноса нейтронов от узла 5 к узлу 8 (фиг. 2).

Входные значения потоков информации нейтронных сигналов в многослойных вычислительных системах задаются в композиционном носителе информации 5. При этом на этот носитель информации может быть спроецирована исходная картина обрабатываемого образа в виде двумерного потока заряженных частиц, либо эта картина в виде перфорационного рисунка может быть расположена на пути заряженных частиц к генерирующим нейтроны композиционным материалам носителя информации 5, на выходе которого генерируются двумерные потоки нейтронов в виде нейтронного изображения (образа), по тональности и расположению деталей соответствующее исходному (обрабатываемому) образу.

Дальнейшее преобразование этого образа происходит в операционной зоне блока 1 по заданным нейроалгоритмам, в соответствии с которым задаются ядерно-физические свойства нейтронной вычислительной среды.

Представленные в описании архитектура, структурные схемы и алгоритмы функционирования гибридного процессора отражают основные и принципиальные особенности построения нейтронных вычислительных структур.

Предлагаемый гибридный процессор может быть отнесен к категории нейтронно-фото-электронных вычислительных систем, так как в ней на разных стадиях передачи и обработки информационных сигналов используются все три вида носителей информации: нейтроны применяются как основные носители информации в операционном блоке, фотоны и высокоэнергетические кванты излучения применяются при задании параметров элементов операционной зоны и при измерениях и регистрации наведенной активности в композиционных носителях информации, электроны применяются в электронных схемах вычислений, подготовки данных и обработки результатов вычислений, а также в системах интерфейса.

Между основными свойствами этих носителей информации (новыми и традиционно применяемыми) можно обнаружить некоторое сходство подобие, сравнение этих подобных свойств приведены в таблице 1. Сопоставляя эти основные свойства вычислительных структур, можно по аналогии с электронными вычислительными системами разрабатывать новые нейтронные вычислительные структуры, которые по некоторым своим возможностям могут намного превосходить электронные и оптические вычислительные системы.

Предварительная качественная оценка возможностей предлагаемых нейтронных информационно-вычислительных структур позволяет сделать следующие выводы о потенциальных возможностях этих систем.

Предлагаемый гибридный процессор с нейтронным операционным блоком может быть наиболее эффективно применен при создании нейроподобных вычислительных структур, предназначенных для параллельных процессов обработки распределенных информационных потоков.

Более высокая чем у электронов и фотонов проникающая способность нейтронов позволяет организовать более развитую и дальнодействующую систему беспроводной связи через непрозрачные для фотонов конструкционные элементы вычислительных структур.

Нейтроны обладают уникальной возможностью размножаться (мультиплицировать) при определенных условиях и композиции состава вычислительной среды, причем эти процессы осуществляются при возбуждении и последующем делении ядер без подвода энергии извне и малых операционных объемах.

Изменение интенсивности потоков нейтронов, изменение их энергетических характеристик и направления переноса можно осуществлять за счет применения в операционной зоне материалов с дифференциально распределенными поглощающими и рассеивающими нейтроны свойствами.

При применении нейтронов как носителей информации можно использовать их свойства прямой и обратной конвертируемости в другие носители информационных сигналов, так, например, нейтроны, взаимодействуя с ядрами среды, возбуждают последние с излучением высокоэнергетических квантов излучения, а те, в свою очередь, взаимодействуя с ядрами соединений дейтерия или бериллия, излучают фотонейтроны.

Образующиеся при возбуждении нейтронами короткоживущие и долгоживущие изотопы можно использовать как элементы кратковременной и долговременной памяти, а сами процессы накопления возбужденных ядер активируемых изотопов можно применять для операций параллельного интегрирования.

Гибридные процессоры с нейтронной обработкой информации в операционной зоне совместимы с традиционными электронными и оптоэлектронными средствами вычислительной техники и создают предпосылки для увеличения вычислительных возможностей последних.

Перечисленный список свойств и возможностей нейтронных информационно-вычислительных систем можно считать далеко не полным, и пока приведены только оценочные предположения.

Для оценки возможностей предлагаемых нейтронных вычислительных структур была сделана предварительная количественная оценка параметров нейтронной нейроподобной структуры и ее сравнение с электронными, оптическими и оптоэлектронными нейроподобными вычислительными структурами, результаты сравнения представлены в таблице 2.

Приведенные для нейтронных нейроподобных структур в этой таблице оценки, хотя и сделаны с учетом минимальных значений характерных параметров для этих систем, позволяют делать выводы о перспективности применения нейтронных вычислительных систем в качестве операционных сред нейроподобных вычислительных структур.

Формула изобретения

Гибридный процессор, содержащий операционный блок, включающий группу узловых операционных модулей и среду связи узловых операционных модулей в сетевую вычислительную структуру, отличающийся тем, что в него введены блок ввода данных, блок вывода данных, оптоэлектронный узел контроля, блок обмена информационных массивов между операционным блоком и блоками ввода и вывода данных, пять групп композиционных носителей информации, посредством которых осуществляется обмен массивами информации между тремя последними блоками, блок ввода данных содержит узлы преобразования электронных кодовых сигналов в операционные сигналы, блок вывода данных содержит узлы преобразования операционных сигналов в электронные кодовые сигналы, операционный блок имеет оптический выход, который связан с оптическим входом оптоэлектронного узла контроля, а выход этого узла так же, как и входы узлов преобразования электронных кодовых сигналов в операционные сигналы в блоке ввода данных и выходы узлов преобразования операционных сигналов в электронные кодовые сигналы в блоке вывода данных, подключены к общей магистрали, являющейся входом-выходом гибридного процессора, операционный блок содержит узел оперативного визуального контроля, блок обмена информационных массивов между операционным блоком и блоками ввода и вывода содержит две группы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации, выход каждого из первой группы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации сопряжен с одним из композиционных носителей информации второй и третьей групп, выход каждого из второй группы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации сопряжен с одним из композиционных носителей информации первой, четвертой и пятой групп, входы кодоуправляемых узлов перемещения композиционных носителей информации соединены с общей магистралью, при этом вторая и третья группы композиционных носителей информации являются общими для операционного блока и блока ввода данных, а первая, четвертая и пятая группы композиционных носителей информации являются общими для операционного блока и блока вывода данных, причем композиционные носители информации первой группы выполнены в виде композиции материалов с генерирующими нейтроны свойствами, композиционные носители информации второй группы в виде композиции материалов с поглощающими нейтроны свойствами, композиционные носители информации третьей группы в виде композиции материалов с рассеивающими нейтроны свойствами, композиционные носители информации четвертой группы в виде композиции материалов с размножающими нейтроны свойствами, композиционные носители информации пятой группы в виде композиции материалов с нейтронно-активационными свойствами, узлы преобразования электронных кодовых сигналов в операционные сигналы в блоке ввода данных связаны каждый с одним из композиционных носителей информации второй и третьей групп и выполнены в виде узлов преобразования электронных кодовых сигналов в дифференциально заданную ядерную плотность материалов композиционных носителей информации второй и третьей групп, узлы преобразования операционных сигналов в электронные кодовые сигналы в блоке вывода данных связаны каждый с одним из композиционных носителей информации первой, четвертой и пятой групп и выполнены в виде узлов преобразования операционных сигналов в виде квантов излучения, поступающих на входы этих узлов с композиционных носителей информации первой, четвертой и пятой групп, в электронные кодовые сигналы, операционный блок выполнен в виде послойно расположенных пакетов композиционных носителей информации с первой по пятую группу, между композиционными носителями информации всех групп в операционном блоке имеется связь в виде потоков нейтронов, генерируемых в композиционном носителе информации первой группы и проходящих через композиционные носители информации других групп, узел оперативного визуального контроля выполнен в виде узла преобразования нейтронного потока в видимое оптическое излучение, вход этого узла связан с нейтронным выходом последнего композиционного носителя информации в цепочке последовательно установленных в операционном блоке композиционных носителей информации, а выход является оптические выходом операционного блока для оперативного визуального контроля, этот оптический выход связан с оптическим входом оптоэлектронного узла контроля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5