Множительно-делительное устройство

ш 142445 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик) Заявлено 21.01,72 (21 присоединением заявки осударственный номите Совета 1 йнннстрав СССР оо делам нзааретеннй и атнрытнй(32) Приоритет 15.04.74. Бюллетень Ле публпкова К 681.325,5Дата опубликования описания 11.09.74 ВПТБ, Рахманов и Н. Я. Поло Московский ордена Ленина авиационн им, Серго Орджоникидзе 1) Заявитель нститут(54) МНОЖИТЕЛЬН Изобретение относится к ооласти вычислительной техники и технической кибернетики и предназначено для выполнения операций умножения и деления с записанными на картинах массивами двоичных чисел.Известны множительно-дел ительные устройста, умножение в которых выполняется по схеме, реализующей соотношение 2 АВ = = (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 (сйрз), 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 формироваИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО тель 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 кото рых связаны с соответствующими блокамиквадраторов, выходы которых через элементы ИЛИ связаны со вторым вычитателем.Вторая маока оптически связана с третьим размножителсм, выходы которого связаны с 15 блоками формирователя обратных чисел, выходы которых через элементы ИЛИ связаны с элементом И, установленным на входе первого вычитатсля. Кроме того, блоки квадратора и формирователя обратных чисел вы 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 выполне ния всех элементарных операций обеспечивается применением оптических картинных элементов.Принцип действия предложенного цифрового и множительно-делительного устройстваоснован 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 потокана 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 оптическийразмножитель 7, каждый из Л 1 выходов которого оптически связан со входом одного изЛ блоков формирователя 8 обратных чисел,выходы которых через оптический картинныйэлемент ИЛИ 9 подключены к оптическомукартинному элементу И 10 деления, Выходы элементов И 10 и 6 оптически связанысо входами сумматора 3 и вычитателя 4.Выход сумматора 3 связан с оптическимразмножителем 11, каждый из Г выходовкоторого оптически связан со входом одногоиз Л блоков первого квадратора 12, выходыкоторых через оптический картинньш элементИЛИ 13 подкл 1 очены к одному из входоввыходного 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 входомвыходного вычитателя 14,Каждый из блоков формирователя 8 обратных чисел и квадратора 12 и 16 состоит изоптических картинных элементов И 18 и 19на входе и на выходе, двух собирающих линз20 и 21 и голографического фильтра интенсивностей 22, который расположен междулинзами на фокусном расстоянии от них.1(одировапие информации - двоичное; прозрачный элемент соответствует единице, анепрозрачный - 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, содержитпри умножении в 1-и строке произведениечисла, записанного в 1-Й строке картины-маски 2 на число, записанное в 1-й строке маски5, а при делении в 1-й строке результирующейкартины находится частное от деления числа,представленного в г-й строке маски 2 на число, представленное в 1-й строке маски 5.(В случае необходимости числа записывают 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 б 5 ся не по строкам, а по столбцам картин, принцип действия предложенного устройства от этого не изменится). Результирующая картина может регистрироваться, например, матрицей фотоприемников, установленной за вычислителем 14, или же передаваться по 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 умпои,ение или на деление, которые пОдаются соответственно на оптические логические картинныс элементы И 6 и 10 для перекрывания прохождения светового потока от маски 5 на сумматор 3 и вычитатель 4.Голографический фильтр интенсивностей 22 представляет собой транспорант с интерференционной запись 1 о фурье-спектра образца специалгя 1 ой 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 половин этих чисел (для квадратов 12 и 16).В оптическом мпожительно-дел ительном устройстве используется свойство фильтра интенсивностей создавать фантомное изображение картины-образа и осуществлять в нем поиск информации по 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 1-го блока пучок света попадает на оптический логический элемент И 8, в котором установлена картина-маска, пропускающая из всего входного пучка только 1-ое число, являющееся фрагментом картины-таблицы, Поэтому пучок света, соответствующий 1-му числу, пройдя через линзу 20, филы р интенсивностей 22 и линзу 21 распределяется таким образом, что кроме 1-го числа оп соответствует картине-таблице, смещенной так, что 1-ое число совпадает с равным ему числом в картине-таблице. Затем пучок света проходит 1 ерез 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 картинах- таблицах исключает возможность ложногосрабатывания 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 обра 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 14,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6-й такт. Считывание результатов операции умножения.Работа устройства при выполнении операции деления происходит следующим образомС =.= - = 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 логнчсски 5 картинным элементом ИЛИ 17.7-й такт. Образование результирующей картины деления чисел, записанных на масках 2 и 5 выходным оптическим картинным вычита тел ем.8-й такт. Считывание результатов операции деления.Предмет изобретения1, Множительно-делительное устройство, содержащее сумматор, вычитатели, квадраторы и логические элементы, отл ич а ющеес я тем, что, с цельо 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, выходы которого связаны с блоками формирователя обратных чисел, выходы которых через элементы424145 обратных чисел выполнены в виде оптической системы последовательно установленных элемента И, первой линзы, фильтра, второй линзы и второго элемента И,Составитель В. Ц Е. Борис зд. М 1491ствеиного комитета Соделам изобретений и отва, Ж, Раушская наТипография, пр. Сапуно 1 ос, 2 ИЛИ связаны с элементом И, установленным на входе первого вычитателя.2, Устройство по п, 1, отличающееся тем, что блоки квадратора и формирователя Редактор Е. СемановаЗаказ 2311/14 ИЦНИИПИ Госуда Корректор Л. ОрловТираж 624 Подписноета Министров СССРрытий