Оптоэлектронный сумматор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 б 06 Р 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗСЕ(9 И",г ;. 30 БРетени 19,"," ЕЛЬСТВУ ЙИЙДЯ;т р(71) Грузинский политехнический институт им. В. И. Ленина(56) Майоров С. А., Кожемяко В. П Меськин И. В. и др. Узлы вычислительной техники на новых базисных оптоэлектронных модулях. - В сб.: Вычислительная техника. вып. 6. Пенза, 1976, с. 87 - 89.Авторское свидетельство СССР796845, кл. 6 06 Р 7/56, 1978. ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ С УММАТОР (57) Изобретение относится к области вычислительной техники. Цель изобретения - увеличение быстродействия. Оптоэлектронный сумматор содержит разрядные ячейки 1 по числу разрядов, группу элементов И 2, группу элементов 3 задержки. Каждая разрядная ячейка содержит девятнадцать регенеративных оптронов 11, три группы элементов И, две группы элементов ИЛИ, группу элементов НЕ. Для сложения двух операндов они записываются в разных тактах в разрядные ячейки параллельно, В следующем такте происходит корректировка результата согласно предложенному способу.3 ил,Изобретение относится к вычислитель ной технике и может быть применено в опто электронных вычислительных устройствах.Цель изобретения - увеличение быстродействия сумматора,На фиг. 1 представлена структурнаясхема оптоэлектронного сумматора; нафиг. 2 - схема одной разрядной ячейки;на фиг. 3 - схема регенеративного оптрона.Оптоэлектронный сумматор содержитразрядные ячейки 11 - 1, первую группу изи элементов И 21 - 2 п, группу (п - ) элементов 31 - 311 задержки и второй элемент 4 задержки. Сумматор снабжен оптическими информационными разряднымивходами 51 - 5 и выходами 61 - 6, входом 7обнуления, входом 8 разрешения суммирования, шиной 9 питания и шиной 10 нулевого потенциала.Каждый разряд сумматора содержитдевятнадцать регенеративных оптронов 1 1 -1119, группу девятнадцати элементов НЕ2 в 121 в, вторую группу десяти элементовИ 131 в Зо, третью группу оптоэлектронныхэлементов И 14 г - 141 о, состоящую из десятиподгрупп по девять элементов в каждой,первую группу шестнадцати оптоэлектронных элементов ИЛИ 15 - 151 в, вторую группудевятнадцати элементов ИЛИ 161 - 1619,четвертую группу девяти элементов И7, -179, первый элемент 18 задержки, первыйисточник света и резистор. Каждый разряд1 имеет девять оптических информационныхвходов 9 - 19 в и выходов 201 - 209, вход21 разрешения суммирования, вход 22 переноса, вход 23 обнуления, вход 24 общего обнуления, шину 9 питания и общую шину 10.Регенеративный оптрон 11 содержит трифотоприемника 25 - 27, второй источник 28света, транзистор 29 и два диода 30 и 31.В каждой разрядной ячейке первый источник 32 света оптически связан с первымоптическим входом 33 первого регенеративного оптрона 111. Первый оптический вход33 каждого из остальных восьми регенеративных оптронов 11 г в 1 связан с оптическим выходом предыдущего регенеративногооптрона 11. Первые электронные входырегенеративных оптронов 111 - 119 соединеныс шиной 9 питания сумматора, общая шинаО которого соединена с вторыми электронными входами регенеративных оптронов. 111 - 119. Оптические информационные вхо.ды 191 - 199 каждой разрядной ячейки 1 соединены с первыми входами соответствующих оптоэлектронных элементов И всехподгрупп 14 - ,-141 ю третьей группы. Выходпервого элемента И первой подгруппы 14,третьей группы оптически связан с вторымоптическим входом 34 первого регенеративного оптрона 11. Выходы остальныхэлементов И первой подгруппы 141 третьейгруппы оптически связаны с первыми входами соответствующих восьми элементов ИЛИ, начиная с первого, первой группы 151 в 1. Выходы элементов И второй подгруппы 14 г третьей группы оптически связаны с соответствующими входами соответствующих девяти элементов ИЛИ 15 - 159, начиная с первого, первой группы. Выходы элементов И третьей подгруппы 14 в третьей группы оптически связаны с соответствую- шими входами соответствующих девяти элементов ИЛИ 152 - 15 ю, начиная с второго, первой группы и т.д. Выходы элементов И девятой подгруппы 149 третьей группы оптически связаны с соответствующими входами соответствующих девяти элементов ИЛИ 15 в - 151 в, начиная с восьмого, первой группы. Выходы элементов И десятой подгруппы 14 пь кроме последнего, третьей группы оптически связаны с соответствующими входами элементов ИЛИ 15 в - 151 в, начиная с девятого, первой группы. Выход девятого элемента И десятой подгруппы 20 14 в третьей группы оптически связан с вторым оптическим входом 34 предпоследнего восемнадцатого регенеративного оптрона 11 м, Выходы элементов ИЛИ первой группы 151 - 151 в оптически связаны с вторыми оп тическими входами 34 соответствующих регенеративных оптронов 11 - 111 в, начиная с второго.Оптические выходы 35 первых девяти регенеративных оптронов 111 - 119 являются выходами 201 - 209 разрядной ячейки 1. Элек тронный выход 36 каждого регенеративного оптрона 11 соединен с входами соответствующего элемента НЕ 12 группы. Выходы первых десяти элементов НЕ 121 - 121 О группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И 131 - 13;о второй З 5 группы, Выход каждого элемента И второйгруппы 13 соединен с вторыми входами элементов И соответствующей подгруппы третьей группы 14. Вторые входы элементов И второй группы 13 соединены с первыми управляющими входами 37 всех регенеративных оптронов 111 - 111 в, кроме последнего 11,в, и является также входом 8 разрешения суммирования сумматора. Электронные выходы 36 первых девяти регенеративных оптронов 111 - 11 в соединены с третьими 45 входами соответствующих элементов И 13 в -13 нь начиная с второго, второй группы.Выходы элементов НЕ 1211 - 1219 с одиннадцатого по девятнадцатый, группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И 17 в 1, начиная с первого, у четвертой группы. Второй вход десятого элемента И 179 четвертой группы соединен с входом 23 обнуления разрядной ячейки 1 и входом первого элемента 18 задержки.Выход первого элемента 18 задержки соединен с первыми входами элементов ИЛИ, Ы 1 бя - 1 бв с десятого по девятнадцатый,второй группы. Первые входы элементов ИЛИ 161 в 1 с первого по девятый второй группы соединены с выходами соответ 3869925 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ствующих элементов И 17 - 179 четвертой группы. Второй вход каждого элемента И 17 - 178, кроме девятого, четвертой группы соединен с выходом последующего элемента И этой группы. Вторые входы элементов ИЛИ 16 - 169 второй группы соединены с входом 24 (7) общего обнуления сумматора, а выходы - с вторыми управляющими входами 38 регенеративных оптронов 11- 11 щ. Третьи управляющие входы 39 регенеративных оптронов 11 - 119 соединены с входом 22 переноса разрядной ячейки 1. Первый оптический вход 33 каждого регенеративного оптрона 11 о - 11 щ с десятого по девятнадцатый связан с оптическим выходом 35 предыдущего регенеративного оптрона,В каждом регенеративном оптроне 11 первые выводы всех трех фотоприемников 25 - 27 соединены с базой транзистора 29, эмиттер которого соединен с вторым электронным входом 10. Первый электронный вход 9 регенеративного оптрона 11 соединен с вторым выводом третьего фотоприемника 27 и первым выводом второго источника 28 света, который оптически связан с третьим фотоприемником 2 и является оптическим выходом 35 регенеративного оптрона 1. Второй вывод второго источника 28 света соединен с коллектором транзистора 29 и является электронным выходом 36 регенеративного оптрона 1. Первый 33 и второй 34 оптические входы регенеративного оптрона 11 связаны соответственно с первым 25 и вторым 26 фотоприемниками, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно первого 30 и второго 31 диодов. Первые выводы первого 30 и второго 31 диодов являются соответственно третьим 39 и первым 37 управляющими входами регенеративного оптрона 11, второй управляющий вход 38 которого соединен с базой транзистора 29, Второй вывод первого источника 32 света соединен с общей шиной 1 О, а первый вывод - с первым выводом резистора 40, второй вывод которого соединен с входом 22 переноса разрядной ячейки 1 сумматора. Вход 8 разрешения сумматора соединен с входом второго элемента 4 задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И 2 первой группы. Выход каждого элемента И 2 - 2 , кроме последнего первой группы соединен с входом соответствующего элемента 3 задержки группы, Выход каждого элемента 3 - 30 задержки соединен с входом 23 обнуления соответствующей разрядной ячейки 1 - 1. 0 , начиная с первого, и входом 22 переноса последующей разрядной ячейки. Электронный выход 36 (4) десятого регенеративного оптрона 11 о каждой разрядной ячейки 1 соединен с вторым входом соответствующего элемента И 2 первой группы. Первый электронный вход каждого регенеративного оптрона 11 о - 11 щ с десятого по девятнадцатый соединен с шиной 9 питания сумматора, а второй электронный вход - с общей шиной 10 сумматора.Первые входы и выходы элементов И 14 третьей группы оптические, а вторые входы - электронные, т.е. информация на первых входах элементов И 14 третьей группы подается в виде световых сигналов, а на вторых входах - в виде электронных сигналов. На выходах информация этих же элементов формируется в виде оптических сигналов, Информация на входы элементов ИЛИ 15 первой группы подается в виде оптических сигналов, а с выходов оптические сигналы подаются на вторые оптические входы 34 регенеративных оптронов 1 в 11. Реализация элементов И 14 третьей группы и ИЛИ 15 первой группы производится на основе известных схемных решений. Элементы ИЛИ 16 второй группы электронные, но имеют выходы с открытыми коллекторами.Сумматор работает следующим образом.Вначале происходит установка сумматора в исходное (нулевое) состояние. С этой целью высокий уровень потенциала подается на вход 7 обнуления. При этом открываются выходные транзисторы элементов ИЛИ 6 - 1 би второй группы и потенциал на базах транзисторов 29 регенеративных оптронов 1 в 11 уменьшается до уровня потенциала общей шины 10. Транзисторы 29 закрываются и источники 28 света гаснут.Разряды первого слагаемого подаются в оптическом виде на оптические информационные входы 5 - 5 п сумматора. Каждый из этих входов принимает один десятичный разряд числа в виде единично-нормального кода, поэтому каждый разряд 1 - 1, сумматора снабжен оптическими информационными входами 19 - 199. После подачи высокого потенциала сигнала разрешения на вход 8 открывается первый оптоэлектронный элемент И 13 второй группы, поскольку первый регенеративный оптрон 1 в это время находится в нулевом состоянии, а на выходе первого элемента НЕ 12 группы и одновременно на первый вход первого элемента И 13 второй группы - высокий потенциал. В результате открываются девять элементов И первой подгруппы 14 третьей группы. Если в 1-м двоичном разряде (1= Г,9) единично-нормального кода десятичного разряда первого слагаемого единица,то на выходе 1-го элемента И первой подгруппы И третьей группы появляется единица, которая через- 1)-й элемент ИЛИ 15 первой группы подается на второй оптический 34 1-го регенеративного оптрона 11. Если единица появляется на выходе первого элемента И первой подгруппы 14третьей группы, то высокий потенциал с его выхода подается на второй оптический вход 34 первого регенеративного оптрона 11без промежуточных логических элементов.Гри этом открывается второй фотоприемник 26 1-го оптрона 11;, высокий потенциал с г(ервого управляющего входа 37 открывает транзистор 29 и зажигается источник 28 света, т.е. оптрон 11; переходит в единичное состояние. После этого сигнал разрешения снимается с входа 8 сумматора. Регенеративный оптрон 11; остается в единичном Оостоянии благодаря положительной обратой связи, которая осушествляется с помощью источника 28 света и третьего фоториемника 27 регенеративного оптрона 11;.Прием в сумматор второго слагаемого осуществление первого шага алгоритма суммирования происходит одновременно с помощью повторной подачи сигнала разреения на вход 8. При этом открывается 1-й элемент И 13; (1= 1, 1 О) второй группы 13, если 1-й и (1+1)-й регенеративные оптроны находятся соответственно в единичном и рулевом состояниях, т.е. тогда, когда стар 1 пая единица единично-нормального кодааходится в 1-м двоичном разряде этого есятичного разряда первого слагаемого, ткрываются элементы И 1-й подгруппы 14; третьей группы, в результате первая младШая единица второго слагаемого записыва, ется в (1+1)-й регенеративный оптрон 11;. , вторая единица (если разряд второго слагаемого больше одного) в (1+2)-й регенеративный оптрон и т.д.После прекращения второго разрешаю:сго сигнала на вход 8 начинается выполение второго и третьего шагов алгоритма суммирования. При этом разрешающий сигнал появляется на выходе второго элемента 4 задержки, который открывает первый элемент И 2 первой группы 2 в том случае, если в десятом регенеративном оптроне 11 с первого разряда 1 находится единица, Высокий потенциал с выхода первого элемента 3 задержки группы подается на вход 23 обнуления.Обнуление регенеративных оптронов 11 -11 д первого разряда происходит через элементы ИЛИ 16 - 16 второй группы. При этом, если старшая единица суммы единично-нормального кода, полученной на втором шаге суммирования, находится в (9+1)- м регенативном оптроне (1= Г, 9), то обнуляются регенеративные оптроны под номерами с 1-го по (9+1)-й. Обнуление регенеративных оптронов с 1-го по (1 - 1)-й не происходит, поскольку цепь распространения сигнала с шины 23 обнуления закрывается в (1 в 1)-м элементе И 17 четвертой группы. При этом на первый вход (1 - 1)-го элемента И 17 четвертой группы поступает низкий потенциал с выхода (9+1)-го элемента НЕ 12(.0 группы.Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента 3 задержки поступает также на вход 22 переноса второго разряда 1.Здесь происходит увеличение содержимого25 30 35 40 45 50 55 5 0 15 20 второго разряда в единично-нормальном коде на один. Это осуществляется с помощью высокого потенциала, который подается на третьи управляющие входы 39 всех регенеративных оптронов 1 в 1 второго разряда 1 При этом, если старшая единица десятичного разряда находится в 1-м регенеративном оптроне, то единица появляется и в (1+1)-м регенеративном оптроне 11;. тоже, поскольку открывается первый фотоприемник 25 (1+1)-го оптрона 11;, появляется высокий потенциал на базе транзистора 29 и зажигается источник 28 света. Если все регенеративные оптроны 11 - 11 находятся в нулевом состоянии, то первый оптрон 11 переходит в единичное состояние, поскольку происходит включение источника 32 света, который оптическим каналом открывает первый фотоприемник 25 первого регенеративного оптрона 11. Если восемнадцатый регенеративный оптрон 11 в это время в единичном состоянии, то единица появляется также в девятнадцатом регенеративном оптроне 11. После этого в случае необходимости (т.е, когда десятый регенеративный оптрон 11 с в единичном состоянии) формируется единица переноса на выходе второго элемента 3 задержки группы, которая действует так же, как в предыдущем случае и т.д,Пример выполнения сложения. Предположим, что следует суммировать два десятичных числа: 786 (первое слагаемое) и 867 (второе слагаемое). В единично-нормальном коде эти числа представляются следуюшим образом: 786 8676 - 111111000; 7 - 111111100;8 - 111111110; 6 - 111111000;7 - 111111100; 8 - 111111110, Сложение происходит по шагам.Ш а г 1. Производится запись единиц единично-нормального кода 1-го разряда второго слагаемого после старшей единицы -го разряда первого слагаемого,.Тогда для нашего примера получают три двоичных слова6, 7 - 111111111111100000;8, 6 - 111111111111110000;7, 8 - 111111111111111000. В полученных двоичных словах количество двоичных разрядов удлинено до восемнадцати, поскольку максимальное количество единиц в каждом разряде слагаемых может быть девять,Ш а г 2. Если количество единиц в полученном двоичном слое 1-го разряда равно или больше десяти, производится обнуление старших десяти единиц данного слова. Если количество единиц в этом слове меньше десяти, тогда двоичное слово остается без изменения.После осуществления второго шага для нашего примера получают6, 7 - 111000000000000000;8, 6 - 111100000000000000;7, 8 - 111110000000000000.Ш а г 3. Производится увеличение количества единиц в (1+1)-м разряде на один.Исходя из этого, сумма слагаемых 786 и 867 будет:3 - 111000000000000000;5 - 111110000000000000;6 - 111111000000000000;1 - 100000000000000000,Формула изобретенияОптоэлектронный сумматор, содержащий п разрядных ячеек (где п - число разрядов слагаемых), каждая из которых содержит девять регенеративных оптронов, первый элемент задержки и источник света, который оптически связан с первым оптическим входом первого регенеративного оптрона, первый оптический вход каждого из остальных восьми регенеративных оптронов связан с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона, первые электронные входы регенеративных оптронов соедине ны с шиной питания сумматора, общая шина которого соединена с вторыми электронными входами регенеративных оптронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в сумматор введены первая группа п-элементов И, группы (и - 1) элементов задержки и второй элемент задержки, а в каждую разрядную ячейку введены дополнительно десять регенеративных оптронов, группа из девятнадцати элементов НЕ, вторая группа из десяти элементов И, третья группа оптоэлектронных элементов И, состоящая из десяти подгрупп по девять элементов в каждой, четвертая группа из девяти элементов И, первая группа из шестнадцати оптоэлектронных элементов ИЛИ, вторая группа из девятнадцати элементов ИЛИ и резистор, каждый регенеративный оптрон содержит источник света, транзистор, три фотоприемника и два диода, причем с-й оптический информационный вход, ц= Г; 9 каждой разрядной ячейки соединен с первым входом ц-го оптроэлектронного элемента И всех подгрупп третьей группы, выход первого элемента И первой подгруппы которой оптически связан с вторым оптическим входом первого регенеративного оптрона, выход к-го элемента И первой подгруппы третьей группы, где к= = 2, 9, соединен с соответствующим входом т-го элемента ИЛИ первой группы, где т= = 1, 8, выход 1-го элемента И -й подгруппы третьей группы, где 1= 1, 9,1= 2, 9, соединен с соответствующим входом а -го элемента или ,ш =- 11; фр; выход 1-го элемента И десятой подгруппы третьей группы, где 1= 1, 8, соединен с соответствующим входом о -го элемента ИЛИ первой группы, выход девятого элемента И десятой подгруппы третьей группы оптически связан с вторым оптическим входом восемнадцатого регенеративного оптрона, выход в -го элемента ИЛИ первой группы, где в = 1,16, оптически связан с вторым оптическим входом т -го регенеративного оптрона где= 2,17, оптические выходы первых девяти регенеративных оптронов 10 являются выходами разрядной ячейки, электронный выход каждого регенеративного оптрона соединен с входами соответствующего элемента НЕ группы, выходы первых десяти из которых соединены с первыми входами соответствующих элементов И второй группы, выходы каждого элемента И второй группы соединены соответственно с вторыми входами элементов И соответствующей подгруппы третьей группы, вторые входы элементов И второй группы соединены с первыми управляющими входами всех регенеративных оптронов, кроме последнего, и соединены с входом разрешения суммирования сумматора, электронные выходы первых девяти регенеративных оптронов соединены с третьими входами соответ ствующих элементов И, начиная с второго,второй группы, выходы элементов НЕ с одиннадцатого по девятнадцатый группы соединены с первыми входами соответствующих элементов И, начиная с первого, четвертой группы, второй вход девятого элемента Икоторой соединен с входом сброса разрядной ячейки и входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ с десятого по девятнадцатый второй группы, а первые входы элементов ИЛИ, с первого по девятый которой соединены с выходами соответствующих элементов И четвертой группы, второй вход каждого элемента И, кроме девятого, которой соединен с выходом последующего элемента И этой группы, вторые 40 входы элементов ИЛИ второй группы соединены с входом общего сброса сумматора, а выходы - с вторыми управляющими входами соответствующих регенеративных оптронов, третьи управляющие входы которых соединены с входом переноса разряд ной ячейки, первый оптический вход каждого регенеративного оптрона с десятого по девятнадцатый связан с оптическим выходом предыдущего регенеративно го оптрона, в каждом регенеративном оптроне первые выводы всех трех фотоприемников соединены с базой транзистора, эмиттер которого соединенс вторым электронным входом, а первьй электронный вход соединен с вторым выводом третьего фотоприемника и первым выводом источника света оптрона, кото рый оптический связан с третьим фотоприемником и является оптическим выходом регенеративного оптрона, второй вывод источника света сброса которого соединен197 17 г 1 б г в91,1 19 97 ЮУбб ПвгЛ Уббббб 1 б 9 Ю 779 У бб О бб Л 1 В Юб 1 В 1 1 г гв10 Ъ1 11 в 1911 б1 1 В 1 б1 В 779 У бб 11 Л Л 1 Убб Уб 1 1 г 91 1 б 1 У 1 гвб 9 бгв 9 197 19 г 197 19 б 19719 б 197 1 Уб 199 гб гФ гг юцг. г 919 Составитель М. ЕсенинаТехред И. Верес Корректор А. ЗимокосовТираж 704 Подписноеенного комитета СССР по делам изобретений и открытийМосква, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5лиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор А. Козориз Заказ 1222/47 ВНИИПИ Государств 113035 Производственно-пос коллектором транзистора и является электронным выходом регенеративного оптрона, первый и второй оптические входы которого связаны соответственно с первым и вторым фотоприемниками, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго диодов, первые выводы которых являются соответственно третьим и первым управляющими входами регенеративного оптрона, второй управляющий вход которого соединен с базой транзистора, второй вывод первого источника света соединен с шиной нулевого потенциала сумматора, а первый вывод - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с входом переноса разрядной ячейки сумматора, вход разрешения которого соединен с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, выход каждого элемента И, кроме послед.него, которой соединен с входом соответствующего элемента задержки группы, выход каждого элемента задержки которой соединен с входом обнуления соответствующей разрядной ячейки, начиная с первого, и входом переноса последующей разрядной ячейки, электронный выход десятого реге неративного оптрона каждой разряднойячейки соединен с вторым входом соответствующего элемента И первой группы, первый электронный вход каждого регенеративного оптрона с десятого по девятнадцатый соединен с шиной питания сумматора, а второй электронный вход - с шиной нулевого потенциала сумматора.