Оптоэлектронный сумматор

/О 38 БРЕ ЕН ТЕЛЬСТВ ий инбесашвил о ССС1978.СССР(57) Изобретенивычислительнойиспользовано влительных устротения является ННЫЙ СУММАТОРотносится к области ехники и может быть птоэлектронных вычис ствах. Целью изобременьшение аппаратур" ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИ" 1386992, кл. О 06 Г 7/56 Изобретение относится к вычислительной технике и может бзовано в оптоэлектронныхных устройствах.Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат,На Фиг, представлена структурнаясхема оптоэлектронного сумматора; наФиг2 - Функциональная схема однойразрядной ячейки; на фиг,3 - принципиальная схема регенеративного оптрона.Оптоэлектронный сумматор содержитразрядные ячейки 1, первую группу изи элементов К 2 и первый элемент 3задержки. Сумматор снабжен оптическими информационными разрядными входами4 и выходами 5, входом 6 обнуления,входом 7 разрешения суммирования,ных затрат, Сумматор содержит разрядные ячейки по числу разрядов слагаемых, элемент И, элемент задержки,Каждая разрядная ячейка содержит регенеративные оптроны, элементы И, КЛКи НЕ, а также элементы задержки, Цельдостигается благодаря реализации суммирования в разрядных ячейках в модифицированном единично-нормальном кодес пятиразрядным кодированием десятичных цифр, Это приводит за счет введения в разрядные ячейки двух дополнительных элементов задержки, одногоэлемента ИЛИ, одного оптоэлектронногоэлемента И и оптоэлектронного элемента ИЛИ, а также новых связей к болеечем двукратному уменьшению суммарногочисла элементов в оптоэлектронномсумматоре, 3 ил. иной 8 питания и шиной 9 нулевог потенциала. СЛКаждая разрядная ячейка сумматора Д содержит десять регенеративных оптро" (ф нов 10,-10, группу из девяти элемен- етов НЕ 11,-11, вторую группу из четы- (ф рех элементов К 12,-12, третью гру пу оптоэлектронных элементов К 1313 , состоящую из пяти подгрупп по5четыре элемента в каждой, четвертую группу из четырех элементов К 14,- 14 первую группу из шести оптоэлектронных элементов КЛК 15,-15, вторую группу из десяти элементов КЛИ 16,- 16, второй элемент 17 задержки, пер" вый источник 18 света и резистор 19, третий элемент 20 задержки, четвертый элемент 21 задержки, оптоэлектронный элемент КЛИ 22, элемент ИЛИ 23, опто-, 1548780Ь 1 йРИ 40 О 0000е 0 10002 0 110030 11104 -0 11115 - -1 00006 1 10007 11008 " 1 111091 1111 где Ы - признак цифры;Р рвоау 454- мантисса цифры.Процесс суммирования чисел рассмотрим на следующем примере, где учтены всевозможные значения чисел в применяемой Форме кодирования. Допустим, что следует суммировать двадесятичных числа - 148 (первоеслагаемое) иф 2879 (второе слагаемое).8 применяемой форме единичного кодирования эти числа представляютсяследующим образом:14688 - 1 11101 - 0 1000 40 23/9 9 - 1 1111 7-11100 электронный элемент И 24, Каждая ячейка 1 имеет пять оптических инфор,мационных входов 25 и выходов 26, ,вход 27 разрешения суммирования, вход 5 28 переноса, вход 29 обнуления, шину 8 питания и общую шину 9.Регенеративный оптрон 10 содержит три Фотоприемника 30"32, источник 33 света, транзистор 34 и два диода О 35 и 36, оптические входы 37 и 38, оптический выход 39, электрический выход 40 и управляющие входы 41-43 .Оптоэлектронный сумматор Функционирует в единично"нормальном коде, 5 Где десятичные цифры разделены на две группы.В первой группе размещены цифры от 0 до 4, а во второй .-. от 5 до 9. Для представления каждой циФры приме" 20 няется пять знаков, один из которых является признаком цифры и определяет принадлежность этой цифры к группам. Если признак "0" " то цифра из первой группы, а если признак "1" - то цифра 25 иэ второй группы. Четыре остальных знака каждой цифры в новой Форме единично-нормального кода представляют собой единичный код, т,е, мантиссу цифр от 0 до 4, Следовательно, десятичные цифры закодированы следующим образом:4,8 1 О 11000000Перенос 1,2 - 0 11100000На данном этапе в признаке первого разряда получают "1", так как в удли" ненной мантиссе первого разряда присутствовали единицы в количестве больше пяти. Аналогично в третьем разряде наличие в удлиненной мантиссе единиц в количестве больше пяти и "1" признака Формирует единицу переноса и признак "0" промежуточного результата. После выполнениятретьего шага алгоритма получают 4 - 0 1111 8 - 1 11101 - О 1000 2 - 0 1100Сложение происходит по шагам.Шаг.1. Производится запись единиц мантиссы единичного кода 1-го разряда второго слагаемого после старшей единицы мантиссы 1-го разряда первого слагаемого, а признак -го разряда второго слагаемого с признаком -го разряда первого слагаемого определяют промежуточный признак результата и единицу переноса (когда признак каж" дого слагаемого равен единице) выполнением операции сложения по щой 2.После выполнения первого шага алгоритма получают четыре двоичных слова8,9 - О 1111 О+ Перенос1,7 - 1 111000004,8 - 1 111111101,2 - 0 11100000Как видно из полученного промежуточного результата, в первом разряде получают единицу переноса, что вызвано наличием "1" в признаке первого разряда обоих слагаемых.Шаг 2. Если количество единиц в удлиненной мантиссе полученного двоичного слова -го разряда равно или больше пяти, производится обнуление старших пяти единйц данного слова, преобразование промежуточного признака результата и формирование единицы переноса выполнением операции сложения по пюс 2 единицы с признаком. Если количество единиц в этом слове меньше пяти, тогда двоичное слово остается без изменения.После выполнения второго шага алгоритма получают8 9 - 11 000000Перенос1,7 - 1 1110000015487 7 - 1 110000009 - 1 111100002 - 0 110000004 - 0 111100005В начале происходит установка сумматора в исходное (нулевое) состояние.С этой целью высокий уровень потенциала подается на вход 6 обнуления. Приэтом открываются выходные транзисторы 10элементов ИЛИ 16-16 второй группы,и потенциал на базах транзисторов 34регенеративных оптронов 10,-10 уменьшается до уровня потенциала шины 9,Транзисторы 34 закрываются, и истоцни 15ки 33.света гаснут,Разряды первого слагаемого подаются в оптическом виде на оптическиеинформационные входы 4- 4сумматора,Каждый из этих входов принимает один 20десятичный разряд числа в форме единично-нормального кода, поэтому каждый разряд сумматора снабжен оптическими информационными входами 25-25.Поскольку первый регенеративный оптрон 1 О в это время находится в нулевом состоянии и при этом на выходепервого элемента НЕ 11 группы высокий потенциал, открываются четыреэлемента И 13, первой подгруппы 30третьей группы. Если в -м двоичномразряде мантиссы (= 1,4) единицнонормального кода десятичного разрядапервого слагаемого - единица, то навыходе -го элемента И 13 первойподгруппы третьей группы появляетсяединица, которая через (-1)-й элемент ИЛИ 15 первой группы подаетсяна второй оптический вход 38 х-горегенеративного оптрона 10, Если щ 0единица появляется на выходе первогоэлемента И 13 первой подгруппытретьей группы, то световой поток(единицный оптический сигнал) с еговыхода подается на второй оптическийвход 38 первого регенеративного оптрона 10, без промежуточных логическихэлементов, Если в пятом двоицном раз"ряде (на входе 25 , в разряде признака) единично-нормального кода десятицного разряда первого слагаемогоединица, то открывается оптоэлектронный элемент ИЛИ 22, на выходе появляется единица, которая подается напервый 37 и второй 38 оптицеские входы десятого регенеративного оптрона10 и на первый вход оптоэлектронногоэлемента И 24, После подачи высокогопотенциала сигнала разрешения на вход 807 открывается второй Фо-оприемник -го оптрона 10;, и высокий потенциал с первого управляющего входа 41 открывает транзистор 34, зажигается источник 33 света, т,е, оптрон 1 О; пеоеходит в единиц. в :ое состояние, Пос" ле этого сигкал разрешения снимается с входа 7 сумматора. Регенеративный оптрон 10 остается в единичном сос 1тоянии благодаря положительной обратной связи, которая осуществляется с помощью источника 33 света и третьего фотоприемника 32 регенеративного оптрона 10;, Оптоэлектронный элемент И 24 закрыт, так как на третьем входе единица появляется после снятия сигнале разрешения с входа , сумматора, который через элемент ИЛИ 23 подается на втооой вход оптоэлектронного эле"лента И 24 аПрием в сумматор второго слагаеио" го и осуществление первого шага алгоритма сумм;роеакия происходят одновременно с помощью повторной подачи с гнала разрешения на вход 7При этом открыт д-й элемент И 12, (х= =1,) второй группы, если ь.-й и(-л 1, -й регекеративные оптроны находятся сооее- с; еенно в единичном и кул:-.вол сосоякиях, т,е, тогда, когда старшая единица мантиссы единично" кор,алького кода находится в -м двоичном разряде мантиссы этого десятичного разряда первого слагаемого. Открыеаютсй элеменп ы И 13 1-й под" группь третьей группы, в результате переая младшая единица мантиссы второго слагаемого за-исыеается в (+ +1)-й регенератиеный оптрон 10 , еторе, един ца мантиссы (если разряд макп:ссы второго слагаемого больше едикиць) - е (.:.+2)-й регенеративный оптрок 10т,д, Если е пятом двоичном разряде (ка входе 25, е разряде признака) единично-нормального кода десятичного разряда второго слагаемого - единица, то церез оптоэлектронкый элемент ИЛИ 22 она подается ка гереый 37 и второй 38 оптицеские еходь; десятого регекератиеного оптрока О переводя его в единичное сосотоякие при подаче сигнала разрешения с входа 7 сумматора, когда десятый регенератиекь;й опорок 10, обнулен, и ка первый вход оптоэлектронного элемента И 24, на третий вход которого подается единица с выхода четвертого элемента 21 задержки (когдадесятый регенеративный оптрон 10находится в единичном состоянии), ипри подаче сигнала разрешения с входа 7 сумматора, который через элемент ИЛИ 23 подается на второй входоптоэлектронного элемента И 24, открывает его и на выходе появляетсявысокий потенциал, который подаетсяна второй вход десятого элемента КЛК 1016 второй группы, в результате чегообнуляется десятый регенеративныйоптрон 10,После прекращения второго разрешающего сигнала на вход 7 начинаетсявыполнение второго и третьего шаговалгоритма суммирования. В этом случае, если в пятом регенеративномоптроне 10 первого разряда (ячейка1) находится единица, то высокий потенциал подается на входы второгоэлемента 17 задержки и четвертогоэлемента И 14четвертой группы и через элементы ИЛИ 16,-169 второйгруппы обнуляет регенеративные оптроны 10,-10 первого разряда (ячейка1,), При этом, если старшая единицамантиссы суммы единично-нормальногокода находится в (4+)-м регенеративном оптроне (=11), то обнуляют- ЗОся регенеративные оптроны с -гопо (4+х)-й, Обнуление регенеративных оптронов с 1-го по (1-1)-й непроисходит, поскольку цепь распрост"ранения единицы закрывается в (з.-1) "м35элементе И 14 четвертой группы.При этом на первый вход (1-1)-го элемента И 14 четвертой группы поступаетнизкий потенциал с выхода (-1)-гоэлемента НЕ 11 (4+)-й группы. Высокий потенциал с электрического выхода40 пятого регенеративного оптрона10 подается через третий элемент20 задержки на входы оптоэлектронногоэлемента ИЛИ 22, элемента ИЛИ 23 ина третий управляющий вход 43 десятого регенеративного оптрона 10, навторой оптический вход 38 которогоподается единица с выхода оптоэлектронного элемента ИЛИ 22, которая переводит оптрон в единичное состояние,когда он обнулен. Если десятый регенеративный оптрон 10 находится вединичном состоянии, тогда единицас выхода четвертого элемента 21 задержки подается на третий вход оптоэлектронного элемента И 24, и приподаче единиц на первый и второй.входы соответственно с выходов оптоэлектронного элемента ИЛИ 22 и элемента ИЛИ 23 оптоэлектронный элемент И 24 открывается, на выходе появляет" ся единица, которая через десятый элемент ИЛИ 16 второй группы обнуляет десятый регенеративный оптрон 10,Сигнал высокого уровня с выхода оптоэлектронного элемента И 24 первого разряда (ячейка 1,) подается на вход первого элемента И 2, первой группы. При этом разрешающий сигнал через первый элемент 3 задержки подается на другой вход первого элемента И 2, первой группы, который открывает первый элемент И 2, первой группы, Сигнал высокого уровня с выхода первого элемента И 2 первой группы подается на вход 28 переноса второго разряда (ячейка 1). Здесь происходит увеличение содержимого мантиссы второго разряда в единично-нормальном коде на один, Это осуществляется с помощью высокого потенциала, который подается на третьи управляющие входы 43 регенеративных оптронов 10-10 второго разряда (ячейка 1). При этом, если старшая единица мантиссы этого десятичного разряда находится в -м регенеративном оптроне, то единица появляется и в (+1)-м регенеративном оптроне 10 (=1,9) тоже, поскольку открывается первый фотоприемник 30 (+1)-го регенеративного оптрона 10;, появляется высокий потенциал на базе транзистора 34, и загорается источник 33 света. Если все регенеративные оптроны 10, -10 находятся в нулевом состоянии, то первый регенеративный оптрон 10 переходит в единичное состояние, поскольку про" исходит включение источника 18 света, который оптическим каналом открывает первый фотоприемник 30 первого регенеративного оптрона 10 Если восьмой регенеративный оптрон 10 в это время - в единичном состоянии, то единица передается также в девятый регенеративный оптрон 10.После этого в случае необходимостиз(т.е. когда пятый регенеративный оптон 10 - в единичном состоянии) действия ведутся так же, как и в предыдущем случае, и т.д.Предлагаемый оптоэлектронный сумматор позволяет существенно уменьшить количество логических и радиозлементовпо сра вне ни ю с из вест ными сумматорами9 15487 суммирования в модифицированном единично-нормальном коде. Формула и зобрет ения Оптоэлектронный сумматор, содержа 5 щий п разрядных ячеек (где и - число разрядов слагаемых), первую группу из и элементов И и первый элемент задержки, каждая разрядная ячейка со- О держит десять регенеративных оптронав, группу иэ девяти элементов НЕ, вторую группу из четырех элементов К, третью группу оптоэлектронных элементов И, состоящую из пяти подгрупп 5 по четыре элемента в каждой, четвертую группу иэ четырех элементов К, первую группу из шести оптоэлектронных элементов ИЛИ, вторую группу из десяти элементов ИЛК, второй элемент 20 задержки, источник света и резистор, каждый регенеративный оптрон содержит источник света, транзистор, три фотоприемника и два диода, причем в каждой разрядной ячейке источник света 25 оптически соединен с первым оптическим входом первого регенеративного оптрона, первый оптический вход каждого регенеративного оптрона с второго по девятый соединен с оптическим выходом предыдущего регенеративного оптрона, первые электрические входы регенеративных оптронов соединены с шиной питания сумматора, шина нулевого потенциала которого соединена с вторыми электрическими входами регенеративных оптронов, 1-й оптический информационный вход (с 1=1,4) каждой разрядной ячейки соединен с первым входом ц-го оптоэлектронного элемен та И всех подгрупп третьей группы, выход первого элемента И первой подгруппы которой оптически соединен с вторым оптическим входом первого , регенеративного оптрона, выход Е-го элемента И первой подгруппы третьей группы, где 1 с=2,4, соединен с соответствующим входом ш-го оптоэлектронного элемента ИЛИ первой группы, где щ=1,3, выход -го элемента И 1"й 5 О полгрруппы третьей группы, где д=1,4; 1=2,4, соединен с соответствующим входом с(-го оптоэлектронного элеменд ИЛИ 2 . л (3-1),(,1+2), выход с-га элемента И55 пятой подгруппы третьей группы, где с=1,3, соединен с соответствующим входом с-го оптоэлектронного элемента ИЛИ первой группы, выход четвертого 80 1(.элемента К пятой подгруппы третьейгруппы оптически соединен с вторымоптическим входом восьмого регенеративного оптрона, выход я -го оптоэлектроннаго элемента КУ первой группы,где р =1,6, оптиче:и соединен с вторым оптическим входом у -го регенеративного оптрона, где=2,7, оптические выходы первых четырех и десятогорегенеративных оптронов являются выходами разрядной ячейки, электрический выход каждого регенеративногооптрона, кроме десятого, соединен свходами соответствующего элемента НЕгруппы, выходы элементов НЕ с второгопо пятый группы соединены с первымивходами элементов И второй группысоответственно, выход каждого элемента И второй группы соединен соответственно с вторыми входами элементов Исоответствующей подгруппы, начинаяс второй, третьей группы, первые управляющие входы всех регенеративныхоптранов, кроме девятого, соединеныс входом разрешения суммирования сумматоров, электрические выходы первыхчетырех регенеративных оптронов соединены с вторыми входами соответст" вующих элементов И второй группы, начиная с первого, выходы элементов НЕ с шестога по девятый группы соеди-, нены с первыми входами соответствующих элементов И четвертой группы, начиная с первого, второй вход четвертога элемента И которой соединен с входом второго элемента задержки, выход каторага соединен с первыми входами элементов ИЛИ второй группы с пятого по девятый, первые входы элементов ИЛИ с первого по четвертый которой соединены с выходами соответствующих элементов К четвертой группы, второй вход каждого элемента И, кроме четвертого, которой соединен с выходом последующего элемента И этой группы, вторые входы элементов ИЛИ с первого по девятый и первый вход десятого элемента ИЛК второй группы соединены с входом обнуления сумматора, а выходы " с вторыми уп" ра вляющими входами соответствующих регенеративных оптронов, третьи управляющие входы которых, кроме десятога, соединены с входом переноса разрядной ячейки, в каждом регенеративном оптране первые выводы всех трех Фотоприемников соединены с базой транзистора, эмиттер которого соеди 1 548780 12нен с вторым электрическим входом, а первый электрический вход соединен с вторым выводом третьего фотоприемника и первым выходом источника света регенеративного оптрона, который оптически соединен с третьим фотоприемником и является оптическим выходом регенеративного оптрона, второй выход источника света которого соединен 1 О с коллектором транзистора и является электрическим выходом регенеративного Оптрона, первый и второй оптическиеВходы которого соединены соответстВенно с первым и вторымротоприемниками, вторые выводы которых соединены с первыми выводами соответственно первого и второго диодов, вторые выВоды которых являются соответственно третьим и первым управляющими входами 20 регенеративного оптрона, второй управляющий вход которого соединен с базой транзистора, второй вывод первого источника света соединен с иинойнулевого потенциала сумматора, а 35 первый вывод - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с входом переноса разрядной ячейкисумматора, вход разрешения которогосоединен с входом первого элементазадержки, выход которого соединен с первыми входами элементов И первойгруппы, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с. целью уменьшения аппаратурныхзатрат, в каждой разрядной ячейкесумматора введены третий и четвертый элементы задержки, оптоэлектронныйэлемент ИЛИ, элемент ИЛИ и оптоэлектронный элемент И, причем выход первого элемента НЕ группы соединен с вторыми входами элементов И первой подгруппы третьей группы, электрический;,ыход пятого регенеративного оптона.уединен с входами второго и третьегоэлементов задержки, выход третьегоэлемента задержки соединен с первымизходами оптоэлектронного элемента ИЛИи элемента ИЛИ и с третьим управляющимвходом десятого регенеративного оптрона, первый и второй оптические входыкоторого соединены с выходом оптоэлектронного элемента ИЛИ и с первымвходом оптоэлектронного элемента И,второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход элементаИЛИ соединен с входом разрешения суммирования сумматора, второй вход оптоэлектронного элемента ИЛИ соединенс пятым оптическим информационным вход"дом разрядной ячейки, электрическийвыход десятого регенеративного оптрона соединен с входом четвертого элемента задержки, выход которого соеди"нен с третьим входом оптоэлектронногоэлемента И, выход которого соединенс вторым входом десятого элемента ИЛИвторой группы и с вторым входом соответствующего элемента И первой группы, выход каждого элемента И которой,кроме последнего, соединен с входомпереноса последующей разрядной ячейки.