Оптоэлектронный сумматор

Союз Советски оСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 742936(23) Приог итет на ленам изобретений н отерытнйОпубликовано 25.06,80, Ьоллетень% 23 Дата опубликования описания 27,06.80(71) Заявитель Винницкий политехнический институт(54) ОГ 1 ТОЭЛГ;КТРОННЫЙ СУММАТОР Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использо вано при построении оптоэлектронныхарифметических устройств, работающихв произвольной системе счисления,Известен оптоэлектронный сумматор,работающий в произвольной системе счисления и содержащий две ортогональныегруппы шин, соединенные с соответствуюшими входами, и пленочные фотапроволники, установленные в каждом узле двух 1 Окоординатной сетки 1.Однако использование в качестве излучателей электролюминесцентных ижидкокристальных слоев не позволяет дос 15тигнуть высокого быстродействия.Кроме того, каждый разряд сумматорасодержит большое количество выводов:одержащий каскадно соединенные разрядные ячейки на фотоэлементах, оптически 2связанные с регистром слагаемых и позволяющий индицировать результат вычислений 121.Этот сумматор выполняет операциюсложения чисел и индикацию результатав двоичном коде, что весьма неудобнодля оператора,Известен также оптоэлектронный сумматор, содержащий блок ввода, светоизлучатели, модуляторы, фотоприемники, формирователи импульса переноса, элементызадержки и оптоэлектронные модули, которые своими первыми вхолами оптически связаны через светоизлучателис блоком ввода, вторые входы подключенык выходам модуляторов, а оптическиевыходы оптоэлектронных модулей черезфотоприемники, формирователи импульсапереноса и элементы залержки связанысо светоизлучател ям и ста рш их разрядов3,Недостатком известного оптоэлектронного сумматора является то, что времявыполнения операции сложения из-заналичия задержки сигнала единиц переноса в каждом разряде зависит от числа разрялов слагаемых в случае появления сквозного переноса единиц переполнения,Наиболее близким техническим реше 5 цием к изобретению является оптоэлектронный сумматор, содержащий блок ввода слагаемых, выходы которого подключенык соответствующим входам разрядных ячеек сумматора, каждая из которых 10 содержит светоизлучатель, модулятор, формирователь сигнала переноса и оптоэлектронный квантующий модуль, первый оптический вход которого связан с первым вьходом светоизлучателя, второй выход которого связан с первым входом молулятоы, выход которого подключен к электрическому входу оптоэлектронного квантующего модуля, разрядные выходы которого образуют результат суммирования.Целью изобретения является упрощение и повышение быстродействия оптоэлектронного сумматора.Достигается это тем, что в оптоэлек 25 тронном сумматоре, содержащем блок ввода слагаемых, выходы которого подключены к электрическим входам разрядных ячеек сумматора, каждая из которых содержит светоизлучатель, модулятор, формирователь сигнала переноса и оптоэлектронный квантующий модуль, первый оптический вход которого связан с первым выходом светоизлучателя, второй выход которого связан с первым вхо 35 дом модулятора, выход которого подключен к электрическому входу оптоэлектронного квантующего модуля, в каждой его разрядной ячейке, выход оптоэлектронного квантующего модуля связан с пер 40 вым оптическим входом формирователя сигнала переноса, электрический вход которого соединен с выходом модулятора, второй оптический вход формирователя сигчала переноса является первым оп 45 тическим входом разрядной ячейки, а оптический выход - первым оптическим выходом разрядной ячейки, вторые оптические входы модулятора и оптоэлектронного квантующего модуля связаны с50 вторым оптическим вхолом разрядной яЧейки, вход светоизлучателя является электрическим входомданнойразрядной ячейки, а третий выход светоизлучателя - вторым оптическим выходом разрядной ячейки,55 причем первый оптические вход и выход разрядной ячейки младшего разряда соответственно связаны с вторым опти ческим выходом и вторым оптическим входом разрядной ячейки старшего разряда; кроме того, в оптоэлектронном сумматоре оптоэлектронный квантующий модуль содержит оптически последовательно связанные регенеративные оптроны и узел установки нуля, оптический вход которой связан с оптическим выходом регенератчвного оптрона старшего разряда, электрический вход соединен с первым электрическим входом каждого регенеративного оптрона и подключен к электрическому входу оптоэлектронного квантующего модуля, а электрический выход схемы установки нуля подключен к вторым электрическим входам всех регенеративных оптронов разрядной линейки, причем оптический вход регенеративного оптрона младшего разряда является первым и вторым оптическими входами оптоэлектронного квантующего модуля, оптические выходы регенеративных оптронов являются разрядными выходами оптоэлектронного квантующего модуля, а оптический выход регенеративного оптрона старшего разряда - оптическим выходом оптоэлектронного квантующего модуля; регенеративный оптрон в оптоэлектронном сумматоре выполнен в виде усилителя постоянного тока с резистором в лепи обратной связи, вход которого через последовательно - встречно включенные диод и первый фотодиод соединен с первым электоическим входом оптрона, второй электрический вход которого через второй фотолиод, включенный в прямом направлении, соединен с входом усилителя постоянного тока, выхол которого через последовательно соединенные нагрузочный резистор и светодиод, включенный в прямом направлении, подключен к шине нулевого потенциала, причем оптический вход первого фотодиода является оптическим входом регенеративного оптрона, второй фотодиод оптически связан со светодиодом, выход которого является оптическим выходом регенеративного оп- . трона,. На фиг. 1 представлена функциональная схема сумматора; на фиг.принципиальная схема оптоэлектронного квантующего модуля.Оптоэлектронный сумматор содержит (см, фиг, 1) оптоэлектронные квантующие модули 1, которые входами 2 оптически связаны через светоизлучатели 3 с блоком ввода слагаемых 4, Электрические входы 5 оптоэлектронных модулей ,3 подключены к выходам 6 модуляторов5 742937, входы 8 которых оптически связаныфс выходами 9 светоизлучателей 3. Входьь10 блоков 11 формирования сигнала переноса оптически связаны с оптическимивыходами 12 оптоэлектронных модулей 1,входы 13 оптически связаны с выходами14 светоизлучателей 3 соответствующихстарших разрядов, а входы 15 подключены к выходам 6 модуляторов 7. Выходы 16 блоков 11 формирования сигнала переноса оптически связаны с входами2 оптоэлектронных модулей 1 и входами8 светоизлучателей 7 соответствующихстарших разрядов оптоэлектронного сумматора.15На фиг. 2 указаны регенеративные оптроны младшего 17 и старшего разрядов 18, схема установки нуля 19, первые 20 и вторые 21 электрические входы регенеративных оптронов 17 и 18, 20электрический выход 22 схемы установки нуля 19; каждый регенеративный оптрон17 и 18 выполнен в виде усилителя 23постоянного тока с резистором 24 в цепи обратной связи, диод 25, первый фотодиод 26, второй фотодиод 27, нагрузочный резистор 28 и светодиод 29,Оптроэлектронный сумматор работаетследующим образом,Работу сумматора целесообразно рассмотреть, используя пример сложениядесятичных чисел А=358 и В=543,При подаче первого слагаемого Асигналы, снимаемые параллельно с блокаввода 4, возбуждают светоизлучатели 353 на время, соответствующее значностикаждой цифры слагаемого А. Выходныесветовые потоки светоизлучателей 3 воздействуют одновременно на соответствующие входы 2 многофункциональных опто цэлектронных модулей 1, входы 8 модуляторов 7 и входы 13 блоков 11 формирования сигнала переноса. Под воздействием светового потока модуляторы 7повышают напряжение на выходах 6 до ф 5напряжения возбуждения многофункциональных оптоэлектронных модулей 1 иблоков 11 формирования сигнала переноса. Количество возбужденных световых выходов многофункциональногооптоэлектронного модуля 1 каждого разряда соответствует времени нахожденияв возбужденном состоянии соответствующего светоизлучателя 3. После прекращения подачи цифр слагаемого А светоизлу 55чатели 3 "гаснут, что приводит к исчезновению соответствующих световых потоков, поэтому напряжение на выходе 6 мо 6 6дулятора 7 устанавливается на уровне напряжения фиксации, при котором записанная информация может храниться в оптоэлектронных модулях 1 в виде111111110,111110000111000000Время записи числа А, определяемое наибольшей цифрой 8, равно 8 ГВ момент окончания записи слагаемого А возможно начало поступления чисел слагаемого В и одновременно суммирование их с записанными числами слагаемого А, При этом аналогично возбуждаются остальные, невозбужденные выходы квантующего модуля 1, В результате переполнения первого разряда соответствующий модуль 1 выдает оптическнйимпульс на выход 12, который поступает на вход 10 соответствующего блока 11 формирования сигнала переноса для хранения. Одновременно за время, равное длительности оптического импульса, модуль 1, где возникло переполнение, самообнуляется. В этот момент времени информация в сумматоре представится000 000 000+ 1 переполнения111 111 100111 110 000Этот момент зафиксирован через 2 С после начала подачи слагаемого В,Самообнуление за времяГ модуля 1, где возникла единица переполнения не препятствует записи в него остатка цифры второго слагаемого В, так как возникшая единица переполнения хранится в блоке 11 формирования сигнала переноса до окончания процесса сложения в соседнем (для приведенного случая) втором разряде сумматора. Единица переноса: хранится в блоке 11 формирования сит- нала переноса потому, что при сложении в старшем разряде световой поток с выхода 14 его светоизлучателя 3 воздействует на вход 13 блока 11 формирования сигнала переноса и запре 1 цает прохожде ние импульса переноса на выход 16. В момент окончания суммирования во втором разряде информация в сумматоре будет представлена100 000 000 + 1 переполнения 111 111 111111 111 100Этот момент возникает через 2 Г.Если процесс суммирования в старшем (втором) разряде завершился, то исчезает оптический сигнал на входе 15 и навыходе 16 блока 11 формирования сигнала переноса появится оптический импульс длительностью , который воздействуя на входы 2 и 8 соответственно модуля 1 и модулятора 7 старшего (второго) разряда, увеличивают записанную в нем цйфру на единицу, Одновременно продолжается процесс суммирования в тех разрядах, гае он не закончен. Так как в привеаенном случае возникает единице 1 б переполнения в старшем (втором) разряде, то информация в оптоэлектронном сумматоре представится на денный момент в виде100000000000000000 + 1 переполнения111111110Затраты времени на этот зтеп сложения равны Г,Возникшая единица переполнения втс=- рого разряде, так как завершен процесс суммирования в третьем разряде, пзреДается в соответствуощий оптоэлектронный мОауль 1 зе время , Окончетель-. Но Поучям100000000000000000111111111Общее время сложения чисел А и В равно8 С" 2 Г + 2 Г + 1 с. = 14 САналогично процесс последовательной подачи слегеемьх и образование результирующей суммы может быть проаогп 1 еРазработанный оптоэлектронный сумматор позволяет уменьшить количество используемого оборудования. Б нем от. сутсвуют элементы задержки сигналов переноса на 8. усилител-формиро ватели и ряд логических элементов.Кроме того замена электрических связей для передачи сигналов единиц переноса оптически снижает энергопотребление устройства и увеличивает помехе.зацищенность каналов связи. Одновременно с этим увеличено быстродействие оптоэлектронного сумматоре.Формула изобретения1, Оптоэлектронный сумматор, сс держаций блок ввода слагеемьас, выходы которого подключены к электрическим входам разрядных ячеек сумматора, кеждая из которых содержит светоизлучагель, модулятор, формирователь сигналд переноса и оптоэлектронный квантующий модуль, первый оптический вход которого связан с первым выходом светоизлучетеля, второй выход которого связан спервьгм вхогом модуляторе, выход которого подключен и электрическому входуоптозлектро;1 ого квантующего модуля,1 - Е 10 Щ И й С Я ТСМ, ЧТО, Сс, процения и повышения быстро,:,О.,:.: вя сумматоре, в каждой его резряд 1 о. ячейке выход оптоэлектронного квентующ.-о модуля связан с первьм оптическим входом формирователя сигналапереносе, электрический вход. которогоседнен свыходом модулятора, второйОптический вход формирователя сигналапереносе является первым оптическимвходом разрядной ячейки, а оптическийвыходпервым оптическим выходом разрядной ячейки, вторые оптические входы1.:сауляторе и оптоэлектронного квантующе-о модуля связаны с вторым оптическим входом разоядной ячейки, вход светоизнучателя является электрическимвходом денной разрядной ячейки, а третий ваап;од светоизлучетеля - втсрым оптическим выходом разрядной ячейки, приче. первье оптические вход и выходразрядной ячейки младшего разряда соответственно связань с вторым оптическим выходом и вторым оптическим входом разрядной ячейки стершего разрядасум 1.еторе,2, Сум.,етор по и. 1. о т л и че -ю щ и й с я тем, что оптоэлектронныйквантующий модуль содержит оптически последовательно связанные регенеративные оптроны и узел установки нуля, оптический вход которого связан с оптическим выходом регенеративного оптрона стеошего разряда, электрический вход соединен с первым электрическим входом кехдо регснеретивного оптроне и поаклоче. к электрическому входу оптозлзктрснногс кнету 011 его модля, аэлектрическ: выход уз.ла установки нул поаключе 11 к Втопьп элен 11 ическийвходам всех регенеретивных ОптронОвпричем оптический вход регенеретивного оптроне мле жего резряае является перь я и втор с 1 01 тичесии входам оптсэлектронного квантуошего модуля,Оптиче.,кие льходы ре 1 енеретивных 0 тронов явлпотся разрядными выходами оптозлекл Оон,01 0 квантуоше 0 0 гл 1 е оптический ыход регенеретивного Оптрона старшего разряде оптическим выходомопгозлектроцно 0 кв;:,1 тлоще 0 доа 1 я.3, Сумматор по пп 1 и 2, о т -ли=.;,.юл яйся тем, что, реге 742936неративный оптрон выполнен в виде усилителя постоянного тока с резистором вцепи обратной связи, вход которого через последовательновстречновключенныедиод и первый фотодиод соединен с первым электрическим входом оптрона,второй электрический вход которого через второй фотодиод, включенный в пря мом направлении, соединен с входом усилителя постоянного тока, выход которого Очерез последовательно соединенные нагрузочный резистор и светодиод, включенныйв прямом направлении, подключен к шиненулевого потенциала, причем оптическийвход первого фотодиода является оптическим входом регенеративного оптрона,второй фотодиод оптически связан со светодиодом, выход которого является оптическим выходом регенеративного оптрона Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР% 473182, кл. 5 06 Р 7/56, 1975.2. Авторское свидетельство СССР% 556438 кл, 5 06 Р 7/56, 1977.3. Майоров С. АКожемяко В.П.,Меськин И. В. Натрошвили О, Г,Узлы вычислительной техники на новыхбазисных оптоэлектронных модулях, -Сб. Вычислительная техника",- Пенза,вып. 6, 1976, с, 87-89.742936 ЗАВОМ ымди оставитель Ю. Козлов реа Н. Коваиева Корректор Редак Гончар э ретен , ЖППП Патент", г. Ужгород, уд, Проектная,42 Тираж ЦНИИПИ Госудапо делам изоб 113035, Москва Подписноео комитета СССи открьгтийРаушская наб.,