Оптикоэлектронное устройство для вычисления двоичных логических функций многих переменных

(19) (11 41(511 С 06 Р 7/56 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Ордена Трудового КрасногоЗнамени институт радиотехникии электроники АН СССР(56) 1. Патент Франции 1( 2049327,кл. С 02 Р 3/00, С 06 С 9/00, 1971.2. Авторское свидетельство СССРР 592014, кл. Н 03 К 19/ 14, 1977 .3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2488444/18-24,кл, Н 03 К 19/14, 1977 (прототип),(54)(57) ОПТИКОЭЛЕИТРОННОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДВОИЧНЫХ ЛОГИЧЕСКИХФУНКПЯЙ МНОГИХ ПйЕМЕННЫХ, содержащее лазерлинейку фотоприемников,й выходов которой соединены с соответствующими управляющими входамидифракционного двоичного дефлектора,,оптический вход которого связан с вы ходом лазера, а выход - через оптическую систему с входом 2;строчногонакопительного транспаранта состоянийгруппы выходов которого оптическисвязаны с соответствующими группамивходов 2(вфл)строчной.матрицыфотоприемников, электрические выходы которой соединены с соответствующими входами 2(в+л). строчной матрицы оптических затворов, оптический вход которой связан, с выходом источника однородного света, а оптические выходы - с входами 2(фл-л)строчного накопительного транспаранта связей, выходы которого являются выходами устройства и оптически связаны с входами блока выработки синхрокоманд, первая и вторая группы выходов кото. рого оптически связаны с управляющими входами соответственно 2 игстрочного накопительного транспаранта состояний и 2 л+л)-строчного нако-пительного .транспаранта связей, о т л и ч а ю щ е е е я тем, что, с целью увеличения производительности устройства, в него введены л дополнительных лазеров, 2 л входных фотоприемных матриц и и взвешивающих дискретных дефлекторов, оптический вход каждого из которых связан с выходом соответствующего лазера, оптические выходы - с соответствующими входами линейки фотоприемников и с 2(л) входами 2(гл+)г)-строчной матрицы, фотоприемников, а электри ф ческие управлякюцие входы каждого , взвешивающего дискретного дефлектора соединены с выходами соответствующей пары входных фотоприемных матриц.3.Изобретение относится к области электроники и вычислительной техники и может быть использовано для создания обучающихся. кибернетических систем. 5Известны оптоэлектронные устройства для вычисления двоичных логических функций, Одним из таких устройств является вычислитель, принцип действия которого основан на эффекте опти-Ю ческой поляризации 11, Информация вводится и регистрируется на транспарантах в виде небольших поляризованных или неполяризованных элементов поверхности. Поляризованные эле менты делятся на две группы в зависимости от направления поляризации.Конфигурация поляризованных или не- поляризованных областей может изменяться по заданной программе, обра зуя тем самым запоминающий блок устройства. Для вычислений используется как поляризованный, так и неполяризованный свет от соответствующих источников, 25Известно оптоэлектронное устройство для вычисления логических функций многих переменных, содержащее источник света, выход которого связан с входом оптического дискретного, З 0 двоичного дефпектора, соединенного управляющими электрическими входами с соответствующими выходами фотоприемной матриць, И входов которой связаны с оптическими входами устройства, и блок выработки управляющих команд 21,Недостатками указанных устройств является невозможность перестройки выходных оптических связей и невозможность параллельного вычисления нескольких логических функций, что снижает их производительность.Наиболее близким техническим решением к изобретению является опто электронное устройство для вычисления двоичных логических функций многих переменных, содержащее источник света, выход которого связан с входом оптического дискретного двоичного дефлектора, соединенного д управляющими электрическими входами с соответствующими выходами фотоприемной матрицы, п 1-строчный накопительный транспарант состояний,ро-строч ную матрицу. линейных фотоприемников, . блок строчных оптических затворов, источник однородного света,е-строч 5 гный накопительный транспарант связей, выходы которого являются выходами устройства, часть которых оптически связана с соответствующими входами блока выработки команд, первая и вторая группа выходов которого оптически связана с управляющими входами соответственно -строчного накопительного трансларанта состояний и т-строчного накопительного транспаранта связей И . Характерной особенностью данного устройства является возможность легкой перестройки транспарантов состояний и связей, что дает возможность Жчислять разные логические функции и связывать данное устройство с разными группами других устройств.Недостатком этогоизвестного устройства является невозможность подачи на его вход большого числа Ъ;разрядных входных слов, что. бывает,необходимым при обработке больших массивов информации. Кроме того, при работе системы, состоящей из многих таких элементов, необходимо, чтобы информация в системе. передавалась в виде слов одинаковой разрядности, т.е. при приходе на вход информации в виде и -разрядного слова с выхода данного устройства на входы других, связанных с данным, информация передавалась в видео -разрядных слов.Целью изобретения является увеличение производительности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в известное. оптоэлектронное устройство для вычисления двоичных логических функций многих. переменных, содержащее лазер, линейку фотоприемников, и выходов которой соединены с соответствующими управляющими вхо- дами дифракционного двоичного дефлектора, оптический вход которого связан с выходом лазера, а выход ; через оптическую систему с входом 2 и-строчного накопительного транспаранта состояний, две группы выходов которого оптически связаны с соответствующими группами входов 2(ен.а-.1)- строчной. матрицы фотоприемников, электрические выходы которой соедине-, ны с соответствующими входами . 2(в+и)-строчной матрицы оптических затворов, оптический вход которой связан с выходом источника однородно-. го света, а оптические выходы - с входами 2(ю+п)-строчного накопительно3 8058 го транспаранта связей, выходы которого являются выходами устройства и оптически связаны с входами блока выработки синхрокоманд, первая и вторая группы выходов которого оптически связаны с управляющими входами соответственно 2 ш-строчного накопительного транспаранта состояний и 2(в+И)-строчного накопительного транспаранта связей, введены й долаО нительных лазеров., 2 и входных фотоприемных матриц и л взвешивающих дискретных дефлекторов, оптический вход каждого из которых связан с выходом соответствующего лазера, оптичес кие выходы в . связаны с соответствующими в входами линейки Фотоприемников и с 2(л) входами 2(а+и)- строчной матрицы фотоприемников, а электрические управляющие входы каждого взвешивающего дискретного дефлектора соединены с выходами соответствующей пары входных фотоприемных матриц.На чертеже представлена принци пиальная схема устройства Устройство содержит лазер 1, дифракционный двоичный дефлектор 2, дополнительные лазеры 3 3 Зл линейку Фотоприемников 4, оптическийЗО ,транспарант состояний 5, 2(в+о)- строчная матрица фотоприемников 6, 2(Р 1+л)-строчная матрица оптических . затворов 7, 2(щю)-строчной накопительный транспарант связей 8, 35 блок 9 выработки синхрокоманд, взвешивающие дискретные дефлекторы 1010 10 л, входные Фотоприемные матрицы 1111 ..11, и 1111 11, световоды, 12, 12, 13, 13 , 4 О 19, 19 ф, 20, 20, электрические входы 21 взвешивающих дефлекторов 10, электрические связи 22 строчной матрицы фотоприемников 6 и оптических затворов 7, оптическая система 23; источник однородного света 24-светодиод. Конструкция дифракционного двоичного дефлектора 2, транспарантов состояний 5 и связей 8 и матрицы оптиО ческих затворов 7 аналогичны прототипу, Конструкция взвешивающих дефлекторов 10 гораздо проще конструкции фракционного двоичного дефлектора 2, Пилообразные электроды взвешивающих дефлекторов 10, имеющие все одинаковый период "пилы" образуют две сис 1 1 темы вложенных друг в друга пил 15 .4которые будем называть прямыми (1-5)и обратными (1 - Я ) электродами.Если на один из прямых или обратныхэлектродов 21 приходит электрический .сигнал, возникший при приходе входного оптического. сигнала на соответ-,ствующий элемент входных фотоприемных матриц 11, 11 , луч, прошедший1через взвешивающий дефлектор 10,отклонится на определенный уголв одну или другую сторону независимоот того, на какой из 5 прямых илиобратных электродов пришел сигнал.При одновременном приходе сигналовна один из прямых и один из обратныхэлектродов луч проходит беэ отклоне-.ния, Световоды 17, 17 расположенытак, что при отклонении луча.в одну.сторону он попадает на элемент линейки фотоприемников 4, а при прямомпрохождения, либо отклонении в другуюсторону не попадает, при этом наличие электрического, сигнала на соответствующем разряде двоичного дефлектора 2 будет, зависеть от соотношениячисла сигналов, пришедших от входныхфотоприемных матриц 11, 11 на прямыеи обратные входы взвешивающего дефлектора 10.Устройство работает следующимобразом,Дифракционный дискретный дефлектор 2, управляемый электрическими сигналами, преобразует-разрядное двоичное слово, поступающее на его электрические входы в двоичную .реакцию. При работе оптоэлектронного устройства на его входы по световодам 19, 19 одновременно приходит несколько (25)й -разрядных двоичных входных словпоэтому И-разрядное двоичное слово, подаваемое на дискретный дефлектор 2, формируется с помощью блока, состоящего из И взвешивающих дискретных дефлекторов 10, двух входных фотоприемных матриц 11, 11 лазеров 3 и линейки Фотоприемников 4, Каждый из и взвешивающих дефлекторов 10 имеет 2 5 электрических входовкаждый из которых соединен с соответствующим элементом входных Фотоприемных матриц 11, 11, при этом все входные оптические сигналы соответствующие ,1-и разрядам входных слов (1 йл), попадают на входы 4 -х входных фото;приемных матриц 11, 11 и "взвешиваотся" б -м взвешивающим дефлекто25 45 В устройстве предусмотрен также другой оптический транспарант связей 8. Реализация транспаранта связей аналогична реализации транспаранта 5, В транспаранте связей 2 (в+я.) 55 с 1 рок, равное сумме числа строк транспаранта состояний удвоенного уменьшенного на единицы числа разрядности входных слов. Число элером 10, а реакция м -го взвешивающегодефлектора 10; проявляющаяся в том,что отклоненный луч лазера 3 попадает или не попадает на У-й элемент5фотоприемной линейки 4, электрическисоединенный свходом дискретного,цефлектора 2, становится 4 -м разря 1 дом слова, приходящего на дефлектор 2.,Одновременно часть прошедшего через4-й (Нл) взвешивающий дефлектор 10 света направляется либо посветоводу 17 на соответствующие элементы строчной матрицы Фотоприемников 6, если свет попадает на 4 -й5элемент линейки фотоприемников 4,либо по световоду 17 на другие элементы строчной матрицы Фотоприемников 6, если свет не попадает на 4 -йэлемент линейки фотоприемников 4.Число позиций отклоняемого ди Фракционным дефлектором 2 луча равно 2"; Отклоченный дефлектором 2 луччерез световоды 12 и 12 попадает. натранспарант состояний 5, которыйпредставляет собой континуальнуюсреду, обладающую реверсивнойоптической памятью. Площадь транспаранта и разрешающая способностьтаковы, что он состоит из 2 т строк,в.каждой из которых размещается2 и элементов настройки. При включении сигналов настройки в виде световых лучей, распространяющихся посветоводам 15, 15 с выходов блокавыработки синхрокоманд 9, выбранныеэлементы в каждой из строк просветляются (в первоначальном состояниитранспарант 5 непрозрачен), причемнижняя половина транспаранта 5,настраиваемая по световоду 15, является негативной по отношениюк его верхней части, настраиваемойпо световоду 15, Таким образом,если какие либо элементы 1,2 щстрок просветлены, то соответствующие элементы о+1 в+2 2 п 1 строктранспаранта затемнены, и наоборот.Картина просветленных элементовзапоминается. ментов в строке транспаранта связей (число столбцов) выбирается произвольно, исходя из желаемой связности описываемых устройств в большой системе и количестве. обратных связей, например 1 . Транспарант связей настраивается сигналами, распространяющимися по световоду 16 второй группы выходов блока 9 выработки команд, которые просветляют выбранные элементы каждой из строк таким образом что одновременно просветляются пьяные столбцы транспаранта 8.Транспаранты 5 и 8 связаны между собой следующим образом. Рабочий луч, прошедший через просветленные элементы транспаранта 5, включает соответствующие стро-. ки матрицы фотоприемников 6, электрические сигналы которой, в свою очередь, включают соответствующие строки матрицы оптических затворов 7, которая освещается излучением светодиода 24. Свет, прошедший через включенные строки матрицы 7, по световоду 14 попадает на транспарант связей 8 и, проходя через просветленные элементы этого транспаранта, формирует часть выходных оптических лучей устройства. Параллельно на оставшиеся 2(н -1) строки матрицы фотоприемников 6 падает свет, прошедший по световодам 17, 17и несущий информацию о (о), разрядах. слова, поступаемого на электрические входы дискретного двоичного дефлектора 2. Благодаря этому свету включаются строки матриц фотоприемников 6 и оптических затворов 7, соответствующие оптическим сигналам, пришедшим по свето- водам 17, 17, Излучение свеТодиода 24, проходя через включенные таким образом элементы матрицы оптических затворов 7 и просветленные элементы транспаранта связей 8, .также формирует выходные оптические лучи 20, 20 устройства. В частном варианте устройства вместо матрицы оптических затворов 7, однородно освещаемых излучением светодиода 24, можно использовать матрицу светодиодов, входы которой соединены с выходами матрицы фотоприемников 6. В этом случае сигнал от строки матрицы фотоприемников 6 включает соответствующую строку матрицы светодиодов.8058Работа устройства состоит иэ встадийПерв ая со стоит в настройкетранспаранта состояний 5 на параллельное вычисление двух заданныхлогических функций и транспаранта 5связей 8 на определенную комбинациювходных и обратных связей. Втораястадия - стадия вычисления. Для этого, при включенных дополнительных лазерах 3 и светодиоде 24 на входные Офотоприемные матрицы 11, 11 , соединенные с электрическими входами взвешивающих дефлекторов 10, подаетсяФ 2 л-разрядных входных слов, преобразующихся в одной,.-разрядное двоичное 15слово, которое подается на входы дискретного дефлектора 2 и определяетодно из 20 положений ленточного луча.Если.в этом положении луч перекрывает просветленные элементы в одной 20нли нескольких строчках транспаранта 5, то через них проходят решающие лучи, что и соответствует вычислению логических функций. Нижняя половина транспаранта 5, являясь дегативной" по отношению к верхней,пропускает лучи н тех местах, которыезатемнены в верхней части транспаранта 5. Прошедшие через транспаранты 5,решающие лучи попадают на матрицу) 30фотоприемников б, которая включаетсоответствующие строки матрицы оптических затворов 7, через которые.проходит излучение светодиода 24.Эти лучи, проходя далее через просветленные элементы транспаранта связей 8, являются реакцией устройствана пришедшие на его вход й -разрядные двоичные входные слова. Параллельно с решающими лучами, идущимипо световодам 13, 13 , на матрицу/фотоприемников б по световодам 17,17 приходят оптические сигналы,несущие информацию о результатахвзвешивания (И) взнешивающими 45дефлекторами 10 входной информации,которые также, с помощью матриц 6 и 7,ормируют выходные оптические лучина выходе транспаранта связей 8.В результате работы устройства навыходе каждого включенного (просветленного) столбца транспаранта связеймы имеем; для верхней половины (полное количество (в+л)строк)г (4 в) лучей, соответствующих вычисленным логическим функциям, иг(гал) лучей, характеризующих промежуточный результат работы устройст 15 8ва (" взвешивания" ). и показывающих,на какие входы дискретного дефлектора 2 были поданы сигналы, приведшиек вычислению решенных Функций: длянижней половины - (е-р) лучей,соответствующих вычисленным. функциям,которые являлись обратными по отношению к функциям, вычисленным верхней половиной транспаранта 5,и (й-г) лучей, показывающих,на какие входы дискретного дефлектора 2 не приходят сигналы.Выходные оптические лучи устройства по световадам 20 (от нерхней половины транспаранта связей) и 20(от нижней половины) поступают вновьна собственный вход устройства (обратная связь) и входы других устройств системы, которые соединеныс данным устройством, причем на входкаждого устройства подается от данного и -разрядное двоичное слово, первый разряд которого определяется лу-чом, характеризукнцим реакцию устройства при решении одной из сп логических Функций, а оставшиеся (л -1) раз-рядов определяются лучами, характе-рйзующимиЬ-., 1) разряд разрядногослова, поступившего на входы дефлектора 2, которое привело к данной реакции системы. Выходные оцтическиесигналы, сформированные верхней половиной транспаранта 8, поступают навходные Фотоприемньи,матрицы 11 других устройств, соединенные с прямымиэлектродами взвешивающих дефлекторон 10, в то нремя как сигналы, сфор-.мированные нижней половиной транспаранта 8, поступают на входныефотоприемные матрицы 11 , соединенные с обратными электродами. Крометого, оптические лучи с выходаустройства по световодам 18, 18поступают в блок выработки синхрокоманд 9 и участвуют в на-стройке транспарантов 5 и 8 какданного устройства, так и другихустройств.Разработанное устройство позволяет одновременно вычислять ит любых логических функций из полного набора 2" функций и изменять оптические входные связи и системе," состоящей. из рассмотренных устройств.Предполагается, что устройство этого типа будет работать в системах, состоящих из большого числа подобных устройств, В этом случае для10 Подписное венного комитета СССР зобретений и открытийРаушская наб., д. 4/ Заказ 4497/3ВНТираж ИИПИ Государс по делам Москва, Ж-З1303 1ППП Патент , г.ужгород, ул.Проектная, 4 9увеличения быстродействия системы и объема обрабатываемой информации необходимо, чтобы данное устройство в системе было соединено связями с большим количеством подобных устройств, т.е. должна быть предусмот:рена возможность подачи на его вход множества (28) л -разрядных двоичных входных слов. Кроме того, при работе системы желательно, чтобы результат обработки каждым устройством ; входных 11-разрядных слов подавался на входы других устройств, с которыми оно связано, также в видея -разрядного слова, т.е. во всей системе информации обрабатывается и передается в вотще и -разрядных слов. Быстродействие подобных систем увеличивается, если, в устройстве имеется возможность передачи на выход, наряду с реакцией устройства, промежуточ ных результатов его работы - результат взвешивания