Множительно-делительное устройство

 

п1424l45

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) 3 а в ис и м ое от а вт. с в идет ел ьств а (22) Заявлено 21.01.72 (21) 1741667/18-24 с присоединением заявки ¹ (32) Приоритет

Опубликовано 15.04.74. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 11.09.74 (51) М. Кл. G 06f 7/39

Государственный комитет.

Саавта 1йнннстров СССР по делам нзаоретеннй и открытий (53) УДК 681.325.5 (088.8) BATE (72) Авторы изобретения

В. Ф. Рахманов и Н. Я. Полонск (71) Заявитель

Московский ордена Ленина авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (54) МНО)КИТЕЛЬНО-ДЕЛ ИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области вычислительной техники и технической кибернетики и предназначено для выполнения операций умножения и деления с записанными на картинах массивами двоичных чисел.

Известны множительно-делительные устройста, умножение в которых выполняется по схеме, реализующей соотношение 2АВ =

= (А+ В) — А — В, содержащие квадраторы, сумматоры, инверторы, выполненные на монокристаллических четырех разрядных модулях.

Умножение двух восьмиразрядных чисел в таких множительных устройствах выполняется за 12 тактов.

Недостатком таких множительных устройств является высокая зависимость времени выполнения умножения от длины слова, а также и от количества умножаемых слов.

Повышение их производительности может быть достигнуто за счет увеличения быстродействия электронных монокристаллических модулей («cALps»), которое уже почти достигло своего предельного значения.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Предложенное устройство отличается тем, что оно содержит источник когерентного света и связанные с ним маски с картинами исходных данных, размножители и формирователь обратных чисел, Первая маска оптически связана с первыми входами сумматора и первого вычнтателя, вторые входы которых связаны с выходамп элементов «И» соответствующего канала, соединенных с шинами сигналов запрета соответственно умножения и деления, третьи входы — с выходами элементов «И» соседнего канала, а выходы — с первым и вторым размножителями, выходы кото1р рых связаны с соответствующими блоками квадраторов, выходы которых через элементы «ИЛИ» связаны со вторым вычитателем.

Вторая маока оптически связана с третьим размножителсм, выходы которого связаны с блоками формирователя обратHblx чисел, выходы которых через элементы «ИЛИ» связаны с элементом «И», установленным на входе первого вычитатсля. Кроме того, блоки квадратора и формирователя обратных чисел вы2р полнены в виде оптической системы последовательно установленных элемента «И», линзы, фильтра, линзы и второго элемента «И».

Это позволяет повысить быстродействие устройства, так как все промежуточные элементарные операции выполняются параллельно над большими массивами чисел, представленными на картинных носителях информации, например, на фотопленке или перфокартах, а возможность параллельного выполнеЗр ния всех элементарных операций обеспечива424!45 ется применением оптических картинных элементов.

Принцип действия предложенного цифрового и множительно-делительного устройства основан на использовании свойств интерференционной записи информации.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства.

Множительно-делительное устройство содержит источник когерентпого света 1 с килломатором и расщепителсм светового потока на два. На пути первого светового потока находится маска 2 с картиной массива множимых (или делимых) чисел, оптические картинные сумматор 3 и вычитатель 4. На пути второго — маска 5 с картиной массива множителей (или делителей), оптический картинный элемент «И» 6 умножения и оптический размножитель 7, каждый из E выходов которого оптически связан со входом одного из

Л блоков формирователя 8 обратных чисел, выходы которых через оптический картинный элемент «ИЛИ» 9 подключены к оптическому картинному элементу «И» 10 деления. Выходы элементов «И» 10 и 6 оптически связаны со входами сумматора 3 и вычитателя 4.

Выход сумматора 3 связан с оптическим размножителем 11, каждый из Л выходов которого оптически связан со входом одного из Л блоков первого квадратора 12, выходы которых через оптический картинньш элемент

«ИЛИ» 13 подключены к одному из входов выходного вычитателя 14. С выходом вычитателя 4 связан оптический размножитель 15, каждый из выходов которого оптически связан со входом одного из блоков второго квадратора 16, выходы которых через третий элемент «ИЛИ» 17 связаны со вторым входом выходного вычитателя 14, Каждый из блоков формирователя 8 обратных чисел и квадратора 12 и 16 состоит из оптических картинных элементов «И» 18 и 19 на входе и на выходе, двух собирающих линз

20 и 21 и голографического фильтра интенсивностей 22, который расположен между линзами на фокусном расстоянии от них.

Кодирование информации — двоичное: прозрачный элемент соответствует единице, а непрозрачный — нулю. Числа, представленные на картинах, записываются в любой системе счисления, обеспечивающей возможность выполнения операции сложения и вычитания на картинных сумматорах.

Результатирующая картина, формирующаяся на выходе предложенного множительно-делительного устройства лучами света, исходящими из выходного вычитателя 14, содержит при умножении в -и строке произведение числа, записанного в i-й строке картины-маски 2 на число, записанное в с-й строке маски

5, а при делении в 1-й строке результирующей картины находится частное от деления числа, представленного в i-й строке маски 2 на число, представленное в i-й строке маски 5. (В случае необходимости числа записывают5

65 ся не по строкам, à Ilo столбцам картин, принцип действия предложенного устройства от этого не изменится). Результирующая картина может регистрироваться, например, матрицей фотоприемников, установленной за вычислителем 14, или же передаваться Ilo оптическим каналам связи на другие картинные вычислительныс устройства.

Световой поток в устройстве сохраняет когерснтность по всему пути следования и всегда нормален к оптическим элементам. Передача светового потока в устройстве осуществляется с помощью зеркальных систем или волоконных световодов.

Выполнение операции умножения или деления задается снятием сигналов запрета на умножение или а деление, которые подаются соответственно на оптические логические картинныс элементы «И» 6 и 10 для перекрывания прохождения светового потока от маски

5 а сумматор 3 и вы:.итатель 4.

Голографический фильтр интенсивностей 22 представляет собой транспорант с интерференционной запись|о фурье-спектра образца специальной картины — таблицы, на которой в два ряда — столбца записаны числа в принятой кодировке. В первом столбце записаны все числа, с которыми оперирует устройство, а во втором — или соответствующие им обратные числа (для формирователя 8) или квадраты IIQ;IoBIIH эти. чисел (для квадратов 12 и 16) .

В оптическом мпожительно-дслительном устройстве используется свойство фильтра интенсивностей создавать фантомное изображение картины-образа и осуществлять в нем поиск информации IIo заданному фрагменту этой картины.

Работа блоков формирователя обратных чисел и квадраторов 12 и 16 происходит следующим образом.

Пучок света, поданный на формирователь 8 или на квадраторы 12 и 16, разделяется по количеству узлов и направляется к ним на вход. Со входа i-го блока пучок света попадает на оптический логический элемент «И» ! 8, в котором установлена картина-маска, пропускающая из всего входного пучка только -ое число, являющееся фрагментом картины-таблицы. Поэтому пучок света, соответствующий i-му числу, пройдя через линзу 20, филы р интенсивностей 22 и линзу 21 распределяется таким образом, что кроме i-ro числа он соответствует картине-таблице, смещенной так, что -ое число совпадает с равным ему числом в картине-таблице. Затем пучок света проходит через оптический логический элемент «И» 19 с картиной-маской, выделяющей из него ту часть картины-таблицы, которая соответствует обратному числу или квадрату половины этого числа.

Введение маркера (единицы в дополнительном разряде) при кодировании чисел в картинах с исходной информацией и в картинахтаблицах исключает возможность ложного

424145 срабатывания при поиске информации и увеличивает помехоустойчивость работы узлов.

Пучки света с выходом блоков формирователя 8 обратных чисел и квадраторов 12 и 16 направляются на оптические логические элементы «ИЛИ» 9, «ИЛИ» 13 и «ИЛИ» 17, которые собирают их в картины.

Предложенное оптическое множительно-делительное устройство работает следующим образом.

Коллимированный пучок света от когерентного источника света 1 разделяется на два.

Один из них, промодулированный маской 2 с исходной информацией, установленной на его пути, направляется непосредственно на сумматор 3 и вычитатель 4. Другой пучок, промодулированный маской 5, разделяется с помощью оптического размножителя и направляется на оптический картинный элемент «И»

6 и на блоки формирователя 8 обратных чисел. Оптический картинный элемент «И» 6 пропускает картину с исходной информацией на сумматор 3 и вычитатель 4 лишь при отсутствии сигнала «запрета умножения». Выходящие из формирователя 8 пучки света собираются элементом «ИЛИ» 9 в единую картину обратных чисел, Если нет сигнала «запрета деления», то эта картина пропускается элементом «И» 10 на сумматор 3 и вычитатель 4. Полученные картины результатов сложения (на сумматоре 3) и вычитания (на вычитателе 4) с помощью оптических размножителей 11 и 15 направляются на квадраторы 12 (сумма) и 16 (разность), которые ставят в соответствие каждому числу квадрат его половины. Собранные соответствующими элементами «ИЛИ» 13 и 17 картины квадратов половин сумм и разностей направляются в выходной вычитатель, где получается результирующая картина.

Работа устройства при выполнении операции умножения происходит следующим образом.

1-й такт. Установка масок 2 и 5 с картинами исходной информации.

Снятие сигнала запрета умножения.

2-й такт. Образование картины суммы чисел, записанных на масках 2 и 5, оптическим картинным сумматором 3. Образование картины разности чисел, записанных на масках

2 и 5, оптическим картинным вычитателем 4.

3-й такт. Образование квадратов половин чисел картины суммы — квадратором 12. Образование квадратов половин чисел картины разности — квадратором 16.

4-й такт. Образование картины квадратов половин сумм оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ» 13. Образование картины квадратов половины разностей оптическим логическим картинным элементом

«ИЛИ» 17.

5-й такт. Образование результирующей картины произведения чисел, записанных на масках 2 и 5, выходным оптическим картинным вычитателем 14.

6-й такт. Считывание результатов операции умножения.

Работа устройства при выполнении операции деления происходит следующим образом

С == — =А —.

В .8

1-й такт. Установка масок 2 и 5 с исходной информацией, причем маска 2 соответствует делимому., а маска 5 — делителю. Снятие сигнала запрета деления.

2-й такт. Образование чисел, обратных по отношению к числам, записанным на маске 5, формирователем 8 обратных чисел.

3-й такт. Образование картины обратных чисел делителя оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ» 9.

4-й такт. Образование картины суммы чисел маски 2 и картины обратных чисел делителя оптическим картинным сумматором 3.

Образование картины разности чисел маски

2 и картины обратных чисел делителя оптическим картинным вычитателем 4.

5-й такт. Образование квадратов половины чисел картины суммы 12. Образование квадратов половин чисел картины разности 16.

6-й такт. Образование картины квадратов половины сумм оптическим логическим картинным элементом «ИЛИ» 13. Образование картины квадратов половин разностей оптическим логическим картинным элементом

«ИЛИ» 17.

7-й такт. Образование результирующей картины деления чисел, записанных на масках 2 и 5 выходным оптическим картинным вычитателем.

8-й такт. Считывание результатов операции деления.

Предмет изобретения

1. Множительно-делителbíîå устройство, содержащее сумматор, вычитатели, квадраторы и логические элементы, о т л и ч а ю щ е еся тем, что, с целью увеличения быстродействия при оперировании с числовыми массивами, представленными в виде оптических картин, оно содержит источник когерентного света и связанные с ним маски с картинами исходных данных, размножители и формирователь обратных чисел, причем первая маска оптически связана с первыми входами сумматора и первого вычитателя, вторые входы которых связаны с выходами элементов «И» соответствующего канала, соединенных с шинами сигналов запрета соответственно умножения и деления, третьи входы — с выходами элементов «И» соседнего канала, а выходы — с первым и вторым размножителями, выходы которых связаны с соответствующими блоками квадраторов, выходы которых через элементы «ИЛИ» связаны со вторым вычитателем, вторая маска оптически связана с третьим размножителем, выходbl которого связаны с блоками формирователя обратных чисел, выходы которых через элементы

424145

Составитель В. Церцек

Редактор Е. Семанова Техред Е. Борисова Корректор Л. Орлова

Заказ 2311/14 Изд. ¹ 1491 Тираж 624 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

«ИЛИ» связаны с элементом «И», установленным на входе первого вычитателя.

2, Устройство по п, 1, отличающееся тем, что блоки квадратора и формирователя

f Ф ! ! ! ! обратных чисел выполнены в виде оптической системы последовательно установленных элемента «И», первой линзы, фильтра, второй линзы и второго элемента «И».

/д !

I

I ! !

1

1

I