Оптическое устройство для микропрограммного управления

Союз Советскик Социалнстическнк РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. С 06 Р 9/14 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы ИЗОбрЕтЕНИя В. ф. Рахманов, В. П. Недельчук и С. Л. Ротарь Московский ордена Ленина авиационный институт(54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОПРОГРАММНОГОУПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к областивычислительной техники . Принципдействия устройства - аналоговый,так как математические операции выполняются в нем с помощью оптическихи электрооптических элементов. Конструкция устройства предназначена дляуправления выполнением микропрограммопераций в вычислительных устройствах параллельной обработки информации, которые принято называть устройствами картинной логики.Известны оптические управляющиеустройства,Одно иэ известных устройств содержит когерентный источник излучения,модулирующее устройство и голографический элемент для обработки массива двоичных данных, записанных накартинах 1. На входе оптическойсистемы информация кодируется путеммодуляции, а на выходе производитсявторичная модуляция для связи с устройствами считывания.25Недостатками данного устройстваявляется недостаточность логическихфункций и невозможность его использования для микропрограммного управления картинными вычислителями. Другое известное устройство, предназначенное для микропрограммного управления, содержит дешифратор номеров микрокоманд, блок памяти микрокоманд, регистр микрокоманд, дешифратор микроопераций, блок операций блок регистров, адресный регистр и регистр признака результата 2,Недостатками этого известного устройства является недостаточное быстро - действие, обусловленное тем, что операции по микропрограммному управлению осуществляются последовательно и всякий раэ приходится обращаться в запоминающее устройство микрокоманд, Структура такого устройства не позволяет обрабатывать информацию, записанную в матричной форме.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является оптическое устройство для микропрограммного управления, содержащее дешифратор номеров микрокоманд, блок сравнения, первый вход которого связан с выходом первого строчного транспаранта, последовательно связанные блок памяти микрокоманд, первый матричный транспарант, второй матричный транспарант и матричный элемент ИЛИ, 666542первый выход которого связан черездешифратор микроопераций с управляющим входом блока операций, второйвыход матричного элемента ИЛИ и первый выход блока операций соединенысо входами второго строчного транспаранта, выход которого связан совходом элемента ИЛИ 13,Недостатком известного устройстваявляется невозможность параллельнойвыборки управляющей информации инизкое быстродействие,так как с увеличением количества одновременновыбираемых микрокоманд из блока памяти и наличия активных дешифраторови регистров, повышаются затраты времени на обработку микрокоманд,Целью изобретения является параллельная выборка управляемой информа 10 ции и повышение быстродействия устройсо входом первого разряда многовходового блока размножения строки, связанного другими входами через дешифратор номеров микрокоманд с выходомчетвертого строчного транспаранта,а выходом - через элемент транспонирования со входом второго матричного 30 транспаранта, причем источник когерентного света оптически связан спервым оптическим размножителем, выходы которого связаны;со входамикоммутатора оптических каналов, первый выход которого, выход основного 40 элемента ИЛИ и третий выход матричного элемента ИЛИ оптически связаны со входом четвертого строчного транспаранта, второй выход - со входом первого матричного транспаранта, третий выход коммутатора оптических каналов,первый выход второго оптического размножителя и выход третьего строчноготранспаранта связаны со входом первого строчного транспаранта, четвертыйвыход коммутатора оптических каналови четвертый выход матричного элемента ИЛИ оптически связаны со входомтретьего строчного транспаранта, выход которого и второй выход второго 55оптического размножителя оптическисвязаны со входом блока памяти микрокоманд, пятый выход коммутатора оптических каналов связан с сигнальным входом блока операции, второй выход которого связан со вторым оптическим размножителем, связанным третьим выходом со входом дополнительного элемента ИЛИ, а первый и второй управляющие входы коммутатора оптических каналов связаны со соответствующими 60 65 ства.Поставленная цель достигается тем, что устройство для микропрограммного управления содержит третий и четвертый строчные транспаранты, источник когерентного света, первый и второй оптические размножители, коммутатор оптических каналов, многовходовой25 блок размножения строки, элемент транспонирования и дополнительный элемент ИЛИ, выход которого связан выходами блока операциЯ и блока сравнения, связанного вторым входом счетвертым выходом матричного элемента ИЛИ,На фиг. 1, представлена принципиальная схема устройства для микропрограммного управления, выполненнаясогласно данному изобретению, а нафиг. 2-структура микрокоманды,Устройство содержит дешифраторномеров микрокоманд 1, блок сравнения 2, первый строчный транспарант 3,блок памяти микрокоманд 4, первыйматричный транспарат 5, второй матричный транспарант 6, матричный элементИЛИ 7, дешифратор микроопераций 8,блок операций 9, второй строчный транспарант 10, элемент ИЛИ 11, третийстрочный транспарат 12, четвертыйстрочный транспарант 13, источниккогерентного света 14, первый оптический размножитель 15, второй оптический размножитель 16, коммутатороптических каналов 17, многовходовойблок размножения строки 18, элементтранспонирования 19, дополнительныйэлемент ИЛИ 20, отражающие зеркала21, полупрозрачные зеркала 22, выходыматричного элемента ИЛИ 7 с первогопо четвертый 23, 24, 25, 26, выходы27, 28, 29, 30, 31 и входы 32 и 33коммутатора оптических каналов 17.Устройство работает следующим образом.Кодирование команд и микрокоманддвиочное: прозрачный элемент соответствует единице, а непрозрачный - нулю.В устройстве первый матричныйтранспарант 5 и второй матричный транспарант 6 имеют Я х К ячеек, где Бколичество разрядов в одной микрокоманде, а К-количество микрокоманд водном массиве. Разрядность второгострочного транспаранта 10 соответствует разрядности кода логических условий, а разрядность четвертого.строчного транспаранта 13 - увеличенной наединицу разрядности кода номера микрокоманд. Первый строчный транспарант3 и третий строчный транспарант 12имеют разрядность кода адреса массива.Все транспаранты в устройстве пассивны, они работают на пропусканиесвета, и в частности, могут быть выполнены из оптического материала,например фотохромного, обеспечивающего оперативную перезапись информации.Световые пучки в устройстве сохраняют когерентность по всему путиследования и всегда нормаЛьны к оптическим элементам, Передача световыхпучков в устройстве осуществляетсянепосредственно с помощью зеркал 21и 22 или волоконных световодов, наличие которых определяется конкретнойустановкой в пространстве основныхЬлементов при сохранении связей меж -ду нимиМатричный элемент ИЛИ 7 и эле.менты ИЛИ 11 и 20 выполнены в видематричной и строчных цилиндрическихлинз, фокусирующие свойства которыхпо осям Х и У различны: для элементаИЛИ 7 фокусировка происходит толькопо оси У, а для элементов ИЛИ 11 и20 только па оси Х.Коммутатор оптических каналов 17реализуется, например, на волоконнойоптике с групповьм клапанираваниемканалов передачи с помощью оптически 1 Оуправляемого (активного) транспаранта.Многовходовой блок размножениястроки 18 реализуется, например, спомощью оптронного усилителя света 15и призм Волластона, а элемент транспонирования 19 - с помощью волоконного жгута,Блок сравнения 2 реализуется, например, с помощью последовательноустановленных оптического элементасуммирования по модулю два и элемен-та ИЛИ.Блок памяти микрокоманд 4 представдяет собой голографическую постоянную память, в которой считывание информации осуществляется при помощиматрицы полупроводниковых инжекционных лазеров.Дешифратор номеров микрокоманд 1и дешифратор микроопераций 8 выполне- ЗОны аналогично в виде оптической системы из последовательно установленныхлинзы, голографического фильтра интенсивностей, линзы и матричного элемента И. 35ГолограФический фильтр интенсивностей представляет собой транспарантс интерференционной записью Фурьеспектра образца специальной матрицыкартины, на которой два ряда-столбца 40записаны соответствующие коды. В дешиФраторе номеров микрокоманд 1 впервом столбце записаны все возможные коды номеров микрокоманд, а вовтором - коды, содержащие единицу 45только в 1 -ом разряде, где 1-номерсоответствующей микрокоманды; в дешифраторе микроопераций 8 в первом столбце записаны все возможные предусмотренные коды микроопераций, а во втором - соответствующие дешифрированныекоды. Голографический фильтр интенсивностей позволяет создавать фантомноеиэображение картины-образца и осуществлять в нем поиск информации по заданному Фрагменту этой картины.В разработанном устройстве используется микрокоманда со структурой показанной на фиг. 2, в соответствиис которой код микрооперации определяет тип выполняемой микрооперации иуправляет блоком операции 9,Код логических условий определяетразветвление микропрограммы в ходевыполнения команды в зависимости от,режимов работы блока операций 9 или промежуточных результатов вычислений.При этом каждому разряду кода логических условий ставится в соответствиеэдна проверяемое логическое условие.Код номера микрокаманды определяетвыбор следующей микрокаманды из следующего массива микрокоманд, причемего младший разряд имеет два значения; нулевое, если код логических условий состоит из адин нулей, и единичное, если в данном разряде кода логических условий и в соответствующемему разряде кода ветвления результатавычислений стоят единицы. Код адреса массива определяет адрес следующего массива микрокаманд.С помощью коммутатора оптическихканалов 17 обеспечивается функционирование устройства в нижеследующейпоследовательности тактов после того,как световой пучок от когерентногоис:очника света 14 разделяется оптическим размножителем 15 на пять световых пучков,Такт 1, Открыт пятый вьжод 31 коммутатора оптических каналов 17, остальные выходы - закрыты,Световой пучок в блоке операции9 подвергается пространственной модуляции согласно значению кода операции и с соответствующего выхода на. -правляется далее на вход второго Размножителя 16, световой пучек са второго выхода которого посредством блока памяти микрокаманд 4 записываетпервый массив микрокаманд на первомматричном транспаранте 5.Световой пучок с третьего выходаоптического размнажителя 16 посредством дополнительного элемента ИЛИ20, многовхадавога блока размножениястроки 18 и элемента транспонирования 19 записывает одни единицы ва всеразряды первой строки второго матричного транспаранта Ь, световой пучок,с первого входа оптического размножителя 16 записывает значение кода.операции, соответствующее адресу выбранного массива микрокоманды, на первый строчный транспарант 3.Такт 2. Открыты талька второй 28и третий 29 выходы коммутатора оптических каналов 17,Световой пучок с выхода 28 коммутатора оптических каналов 17 посредством первого матричного транспаранта 5, второго матричного транспаранта б и матричного элемента ИЛИ 7одновременно обеспечивает: формирование на выходе дешифратора микроопераций 8 управляющих сигналов, соответствующих первой микрокоманде,запись на втором строчном транспаранте 10 значения кода, проверяемогологического условия первой микрокаманды, запись на четвертом строчномтранспаранте 13 значения кода номера микрокоманды и подачу значения када адреса массива на второй входблока сравнения 2 и на вход третьего строчного транспаранта 12, гдепроизводится ее запись,Одновременно световой пучок с третьего выхода 29 коммутатора оптических каналов 17 осуществляет считывание с первого строчного транспаранта 3 значения кода адреса предыдущего массива, которы, подается напервый вход блока сравнения 2, с выхода которого сигнал совпадения илинесовпадения подается на второй уп,равляющий вход 33 коммутатора оптических каналов 17.По окончании микрооперации световой пучок с первого выхода блокаопераций 9, соответствующий коду ветвления, направляется на второй строчный транспарант 10, с выхода которого элементарный пучок (при единичномзначении соответствующих разрядовкода логических условий и кода ветвления) направляется элементом ИЛИ .11 на четвертый строчный транспарант13, где осуществляет запись единицыв младшем разрядеЕсли адрес следующего массивасовпадает с адресом предыдущего массива, то происходит переход к нижеуказанному такту За,если не совпадает, то - к такту Эб,Такт За. Открыт только первый выход 27 коммутатора оптических каналов 17.Световой пучок посредством четвертого строчного транспаранта 13,на котором записан адрес следующей1 -ой микрокоманды дешифратора номеров микрокоманд 1, вырабатывающего на выходе код, содержащий единицу в т -ом разряде, многовходового блока размножения строки 10 иэлемента транспонирования 19 производит запись единиц во все разрядыт -ой строки второго матричноготранспаранта 6 Далееследует переход к такту 2.Такт 3 б. Одновременно открытыпервый 27 и четвертый 30 выходы коммутатора оптических каналов 17,Световой пучок с первого выхода27 коммутатора оптических каналов17 выполнЯет действиЯ, предусмОтрен -иые для такта За. Световой пучок с,четвеотого выхода 30 коммутатора оп -тических каналов 17 считывает с третьего строчного транспаранта 12 значение нового адреса массива, котороедалее записывается на первом строчном транспаранте 3 и обеспечиваетпосредством блока памяти микрокоманд4 запись нового массива микрокоманцна первом матричном транспаранте 5.Далее следует переход к такту 2, 60Функционирование устройства продолжается до получения микрокоманды,которая содержит микрооперацию, прекращающую работу устройства или осуществляющую запрос следующего кода операции, в результате чего на первом управляющем входе 32 коммутатора оптических каналов 17 появляется импульс с сигнального выхода блока операции 9, означающий переход к такту 1.Быстродействие устройства резко повышается вследствие сокрашения затрат времени на выборку из блока памяти микрокоманд одной микрокоманды, так как пронзводится параллельная выборка целого массива микрокоманд (от 10 и выше микрокоманд),4а переход к оптическому диапазону частот уменьшает время реализации Отдельных микроопераций.Формула изобретенияОптическое устройство для микропрограммного управления, содержащее дешифратор номеров микрокоманд, блок сравнения, первый вход которого связан с выходом первого строчного транспаранта, последовательно связанные блок памяти микрокоманд, первый матричный транспарант, второй матричный транспарант и матричный эле - мент ИЛИ, первый выход которого связан через дешифратор микроопераций с управляющим входом блока операций, второй выход матричного элемента ИЛИ и первый выход блока операций соединены со входами второго строчного транспаранта, выход которого связан со входом элемента ИЛИ, О т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью параллельной выборки управляющей информации и повышения быстродействия устройства, оно содержит третий и четвертый строчные транспаранты, источник когерентного света, первый и второй оптические размножители, коммутатор оптических каналов, многовходовой блок размножения строки, элемент транспортирования и дополнительный элемент ИЛИ, выход которого связан со входом первого разряда многовходового блока размножения строки связанного другими входами через дешифратор номеров микрокоманд с выходом четвертого строчного транспаранта, а выходом - через элемент транспонирования со входом второго матричного транспаранта, причем источник когерентного света оптически связан с первым оптическим размножителем, выходы которого связаны со входами коммутатора оптических каналов, первый выход которого, выход основного элемента ИЛИ и третий выход матричного элемента ИЛИ оптически связаны со входом четвертого строчного транспаранта, второй выход со входом первого матричного транспаранта, третий выход коммутатора оптических каналов, первый выход второго оптического размножителя и выход третьего строчного транспаран666542 10 Мод потицес- по неера шло ислобия иияроконанды йо ас 7 реса ггоссиЮаоникрооперации Составитель Ю. КозловРедактор Д, Мепуришвили Техред М.Петко КорректоР Е. Лукач 3 акаэ 3186/39 Тираж 779 П од пи сн ое ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5филиал ППП Патент, г. ужгород, ул, Проектная, 4 та связаны со входом первого строчного транспаранта, четвертый выход коммутатора оптических каналов и четвертый выход матричного элемента ИЛИ оптически связаны со входом третьего строчного транспаранта, выход которого и второй выход второго оп тического размножителя оптически связаны со входом блока памяти микрокоманд, пятый выход коммутатора оптических каналов связан с сигнальным входом блока операций, второй 10 выход которого связан со вторым оптическим размножителем, связанным третьим выходом со входом дополнительного элемента ИЛИ, а первый и1 Ф второй управляющие входы ко татра оптических каналов связаны с соответствующими выходами блока операций и блока сравнения, связанноговторым входом с четвертым выходом .матричного элемента ИЛИ. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент США 9 3614192,кл. 350-35, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 456271, кл . С 0 6 Р 9/14, 1973,3, Майоров С, А Новиков Г. И.Принципы органиэаций цифровых машин.Л 1974, стр, 230,