Элемент вычислительной среды

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (») 478300 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено04.06 73 (21) 1925533/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (43) Опубликовано 25 07.75.Бюллетень № 27 (45) Дата опубликования описания 29.12.76 (51) М. Кл.

С 06 7/00

Государственный комитет

Совета Министров ССОР по делам изаоретений и открытий (Я) УДК 681.325.65 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. И. Мишин и Э. Г. Косцов (71) Заявитель

Институт математики Сибирского отделения АН СССР (54) ЭЛЕМЕНТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к автоматике и, вычислительной технике и предназначено для построения вычислительных и распознающих систем.

Иввестен элемент вычислительной среды, содержащий функциональный преобразователь, образованный группой функциональных ячеек, и схему запоминания, вход которой соединен с выходом функционального преобразователя,а входы последнего соединены с выходом схемы запоминания и с входами элемента.

Этой вычислительной среде, ориентированной на обработку и распознавание изображений,свойственна сложность сопряжения. 1а фотоэлектрических преобразователей с функциональными ячейками, с помощью которых осуществляется преобразование изображений на решетке.

Цель изобретения - упрощение элемента и повышение технологичности его изготовления. Достигается это тем, что предложенный элемент построен по единому физическому принципу — на базе фотоэлектрооптических логических квантователей, каждый из которых включает в себя фс тоэлектрический преобразователь, модулятор света и накопитель энергии (конденсатор).

Предложенный элемент вычислительной среды отличается от известных тем, что каждая функциональная ячейка функционального преобразователя элемента содержит модулятор света, к электрическим входам которого подключены фотоэлектрический преобразователь и нагрузочный конденсатор, а оптические выходы модуляторов света первой, второй, третьей и четвертой функциональных ячеек подключены к оптическим входам фотоэлектрических преобразователей второй, третьей, четвертой и первой функциональных ячеек соответственно, оптический вход функционального преобразователя третьей ячейки подключен также к оптическому выходу модулятора света четвертой ячейки. Это упрощает также конструкцию вычислительной среды в целом и повышает технологичность ее изготовления, так как функции соединительных каналов выполняет диэлектрик, коч

478300 рый может быть обшим для всех элементов. Последнее обусловлено, нейтральностью фотонов. Применение диэлектрика для выполнения соединений дает возможность эффективно использовать третье измерение, что позволяет выполнить вычислительную среду без электрических пересечений.

На фиг. 1 приведена схема элемента вычислительной среды; на фиг. 2 — изображена структура вычислительной среды.

Элемент содержит модуляторы света

1-10, к электрическим входам которых подключены фотоэлектрические преобразователи 11-33. Входы оптические 34-47 фотоэлектрических преобразователей 1124, оптические входы 48-54 модуляторов света 1-7, оптические входы 55-61 фотоэлектрических преобразователей 25-31, оптические входы 62-64 модуляторов света 8-10. На входы 36, 38, 40, 42, 44, 46 сигналы поступают с оптических выходов 65 соседних элементов вычислительной средь1 входы 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 предназначены для приема сигналов, с помощью которых осушествляется поиск требуемой геометрической конфигурации, а сигналами, подаваемыми на входы 55-61, осуществляется маскирование требуемых соседних элементов.

Оптические входы 48-54, 62-64 модуляторов света 1-7, 8-10 предназначены для подачи считывающих световых пс токов. Полюсы 66-76 соединяются вмрсте и подключаются к источнику управляющих сигналов, с помощью которого производится управление зарядом/разрядом нагрузочных конденсаторов 77-90.

Модуляторы света 1-7 и ф 1чоэлектрические преобразователи 11-24 совместно с нагрузочными конденсаторами, связанными с электродами указанных модуляторов, образуют первую функциональную ячейку. Фотоэлектрические преобразователи

25-31, модулятор света 8 и конденсатор

91, подключенный к электроду этого мс дулятора, образуют вторую функциональную ячейку. Третью функциональную ячейку образует модулятор света 9 и фотоэлектрический преобразователь 32 с конденсатором 92, а четвертую — фо1.оэлектрический преобразователь 33 и модулятор света 10 с конденсатором 93. Первая и вторая функциональные ячейки образуют функциональный преобразователь элемента вычислительной среды, а третья и четвертая функциональные ячейки — схему запоминания.

Каждая из элементарных схем первой функциональной ячейки, например, схема, образованная фотоэлектрическими преобразователями 23 24 и модулятором света

7 с нагрузочным конденсатором, реализует функцию "логическая равнозначность", т. е. функцию = „Xg V )(q Х, где X - Х вЂ” логические переменные на

1 2 входах 46, 47., à g - сигнал на входе модулятора света 7. При этом функционирование первой функциональной ячейки складывается из двух этапов.

Пусть в исходном состоянии заряд на

1 нагрузочных конденсаторах отсутствует, а каждый из модуляторов 1-7 пропускает свет тогда, когда разность потенциалов на электродах равна нулю.

Т а к т 1. Подача напряжения на полюсы 66-73, логических сигналов на входы

34-47 и вслед за ними считывающих световых потоков на входы 48-54. Высокий уровень светового потока на входе, например, модулятора 7 будет иметь место только в том случае, когда Х =Х

1 2

Т а к т 2. Разряд конденсаторов первой функциональной ячейки. Это осуществляется путем освещения фотоэлектрических преоб-, чр разователей 11-24. При этом полюсы 6673 должны быть подключены к шине "земля".

При перестановке тактов каждая из элементарных схем первой функциональной ячейки реализует функцию "сумма по tnOd 2":

35 =В, Х2 Х, Х2

Вторая функциональная ячейка выполняет логическую функцию

40 L= 7

z= n (х;чу,), где Х вЂ” Х вЂ” сигналы на выходах модуля

1 7 торов света 1-7 соответственно, 1 7

45 сигналы на входах 55-61, а 7. — сигнал на выходе модулятора света 8.

Функционирование второй функциональной ячейки также складывается из двух этапов.

50 Т а к т. 1. Подача напряжения на полюс 74, логических сигналов на входы фотоэлектрических преобразователей 25-31 и вслед за ними считывающего светового пс . тока на вход 62. Высокий уровень светового потока на выходе модулятора света 8 будет иметь место только в том случае, когда хотя бы на один из входов каждого фотоэлектрического преобразователя 25-31 действовал световой поток высокой интенсивности.

478300

Т а к т 2. Разряд конденсатора путем подачи светового потока на входы 55-61, При этом полюс 74 нужно подключить к шине "земля".

При перестановке тактов вторая функциональная ячейка реализует функцию

Отметим, что конденсаторы в первой и второй функциональных ячейках можно заменить на активные сопротивления. При этом реализация описанных функций будет осуществляться в один такт.

Совместная работа первой и второй функциональных ячеек может быть описана следующим образом.

Обозначим через 2 состояние схемы

1 запоминания (сигнал на выходе 65, т. е. на входе 34), через ll — ll - перемен2 7 ные, поступаюшие на входы 36, 38, 40, 42, 44, 46, соответственно через

Ь. — b — переменные, поступающие на

1 7 входы 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47 соответственно, через С -С вЂ” переменные, 1 7 поступающие на входы 55-61 соответственна, через -сигнал на выходе модулятора света 8. При таких обозначениях -

Третья и четвертая функциональные ячейки выполняют функции инвертора и и овторителя, Работа ячейки (например, третьей), как инвертора, состоит в следующем.

Т а к т 1. Заряд конденсатора. Это

Ъ. осуществляется путем подачи напряжения на полюс 75 и светового потока на вход фотоэлектрического преобразователя 32.

После заряда конденсатора полюс 75 подключается к шине "земля

Т а к т 2. Подача логической переменной на вход преобразователя 32 и вслед за ней светового потока на вход 63.

Очевидно, что если X = 1, то = О, а при Х = О, g = 1, т. е. g = X, где

Х вЂ” сигнал на выходе модулятора света 8. .а Ц вЂ” сигнал на выходе модулятора света 9.

При перестановке тактов ячейка работает как повторитель, т. е. g - =Х.

Аналогично работает и четвертая функциональ.:.:ая ячейка.

Участок вычислительной среды из элементов 94-100 изображен на фиг. 2. Алгоритм функционирования вычислительной среды состоит в следующем.5

10 !

55 а. Зались исходной информации в схемы запоминания элементов вычислительной среды. Для этого схемы запоминания устанавливают в состояние нуль" путем подачи световых сигналов на входы фотоэлектрических преобразователей 32, 33 и соответствуюшего потенциала на полюсы

75, 76. После этого вводят информацию, подлежашую обработке, в вычислительную среду (по входам 64). б. Ввод управляющей и обрабатываемой информации в первые функциональные ячейки элементов вычислительной среды. Управляюшая .информация вводится по входам

35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, а считывание обрабатываемой информации, хранящейся в схемах запоминания, осуществляется путем подачи управляющих сигналов на входы 64. в. Маскирование требуемых элементов окрестности. Это осушествляется путем подачи управляющей информации на входы

55-61. При этом на входы 48-54 подается считывающий световой поток. г. Перепись информации со вторых функциональных ячеек в третьи функциональные ячейки. Для этого на входы 62 подается считываюший световой поток. Установку третьей функциональной ячейки в состоянии "единица" осушествляют путем подачи на полюс 75 высокого потенциала, а установку в "нуль" производят путем подачи на полюс 75 низкого потенциала. д. Перепись информ. ии с третьих функциональных ячеек в четвертые функциональные ячейки (предварительно четвертые ячейки устанавливают в состояние

"нуль"). е . Повторение пп. б-д и т. д. в соответствии с программой обработки информации.

Для более ясного представления о функционировании элемента вычислительной среды рассмотрим преобразование изображений на вычислительной среде.

Преобразование фигур на вычислительной среде производится путем изменения состояний ее запоминающих элементов, в зависимости от состояний соседних элементов.

Любое преобразование можно представить в виде последовательности элементарных преобразований (ЭП). Каждое ЭП состоит в изменении состояния одного или нескольких элементов вычислительной среды и определяется окрестностью элемента и его состоянием, Для решетки с шестью соседями ЭП .задается булевым вектором длины 7; пер-.

478300

gt7lt Д ю б 1

20

30

Индекс сного относительно вра.пения, переноса и изменения масштаба. Вычислительная среда может быть использована и для выполнения арифметических операций, а также в качестве ассоциативного .запэминаюшегэ устройства, Вьгчислительная среда может быть выполнена в двух плоскостях,причем оптические соединения между элементами могут быть реализованы путем "проекции одной плоскости на другую".

Применяя преобразование F tt раз

Ь п. в таХ ) (, гве вииевов (3 60

55 вая координата вектора соответствует со-стоянию элемента (наличию или отсутствик кванта графической информации), остальные — состоянием соседних элементов. Например, преобразование 1000110 изменяет единичное состояние элемента, имеюшего двух соседей с единичным состоянием, HG H eBoe ocTo H o, T. e, произвс дится преобразование: 10001 10 — »

0000110.

Число различных элементарных преобразований, заключающихся в изменении состояния только центрального элемента окрестности, равно 27.

Все преобразования, имеюшие единственную группу связных "единиц" в окрестности элемента, разделим на две группы.

Преобразование "стирание" имеет в первом разряде булева вектора "Х";

Преобразование "расширение" имеет в первом разряде "0". с 1

Каждое ЭП обозначим C. или P.

J J„ где 1". . обозначает, что центральный элеме|А. (например, элемент 94 на фиг. 2) находится в состоянии "I", причем первая единица этой группы соответствует ) + 1 компоненте булева вектора, представляющего это преобразование. P . определяется аналогично и обозначает, что центральный элемент имеет состояние "0".

Например С обозначает комбинацию

1000110, а Р— 0100011. изменяется от 0 до 6 по чис седних элементов с состоянием "1", а индекс 1 — от 1 go 6 по числу соседи них элементов на решетке. Из--за симмет0 0 6 6 рииимеемС =С ° иС ° =С

J J2 для всех J и 1 . То же справедли01 6 воидляР ° иР, J1 j2

Любое преобразование F можно пред- 45 ставить в виде

i2 ln, Г-П. П „,П

J1 J2,1 Я, где П естьСилиР; 0 < Lt 4 6;

1 Jg (6.

1. Приведение фигуры к линейной и фильтрация помех.

Х C обозначает целую часть Х, f — радиус элемента решетки,, - ширина линии), получим линейную фигуру.

2. Расширение линейной фигуры и выделение контуров.

= P ....P P ....Р P ....Р

2 1 6 1" 6 1 6

Применяя преобразование Р2 tt1 раз, м::кно увеличить ширину, линии, составляющих фигуру, на 2 0, где

3. "Сглаживание" фигуры и заполнение

gblP.

F = P ° P ....P P P ....P P

4 4

3 1 2"" 6 1 2 6 6

Это преобразование можно применять неограниченное число раз, так как после некоторого числа применений фигура перестает изменяться.

4. Стирание концов отрезков:

F = C С C С С С Неограниченное

1 1 1 1 1 1

4 1 2 3 4 5 6 применение преобразования F превращает отрезок в точку.

5. "Расширение" фигуры.

i 6

F = P, — P для всех > и J

5; 1

Следует отметить, что наибольшая эффективность вычислительной среды достигается при фильтрации помех на изображении, сглаживании контура, приведение фигуры к единичной толщине, а также при вычислении эйлеровой характеристики фигуры и составлении ее описания, инвариантПредмет изобретения

Элемент вычислительной среды; содержащий функциональный преобразователь, образованный группой функциональных ячеек, и схему запоминания, вход которой соединен с выходом функционального пре478300

1.0

10 образователя, а входы последнего соединены с выходом схемы запоминания и с входами элемента. о т л и ч а ю щ и ис я тем, что, с целью упрощения элемен а;(повышения технологичности его изгот он.: ения, каждая функциональная ячейка функционального преобразоватс ля элемент„(.:одер:(HT модулятор (-вета, к электрическим входам которого подключены фотоэлектр(.ческий преобразователь и нагрузочный конденсатор, а оптические выходы модуляторов света первой, второй, третьей и четвертой функциональных ячеек подключены к оптическим входам фотоэлектРических преобразователей второй, третьей, четвертой и первой функциональНых ячеек соответственно, оптический вход фотоэлектрического преобразователя третьей ячейки подключен к оптическому выходу модулятора света четвертой ячейки.

478300

Составитель Ь, ЙИЙЩ фЖ О

Редактор Е, Гончар Техред E.Ïåòpoâà Корректор Л. Денискина

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Москва, Енисейская ул., 2 «Гидроводкое

Заказ 236/12 Изд. № 1503 О

Подписное