Універсальний оптоелектронний двовходовий елемент багатозначної логіки

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к универсальным элементам, работающим в k-значном алфавите, оперирующим с k-значными числами. Известен универсальный многозначный потенциальный элемент [Авт. св. СССР № 661802, кл. Η 03 К 19/00, опублик. 05.05.79], содержащий к/5 каскадов с передаточной характеристикой трапецеидальной формы (k - реализуемая значность) источника опорных напряжений, к/5 схем определения номера участка многогорбной трапецеидальной характеристики, k/5 схем определения знака первой производной, схемы избирания максимума, схемы определения знака напряжений, комбинационной схемы и к-1 управляемых ключей. Недостатком такого элемента являются ограниченные функциональные возможности, так как элемент может реализовывать все функции только одной переменной к-значной логики, а также сложность схемы, обусловленная наличием сложных каскадов с трапецеидальной характеристикой, схем определения знака производной, необходимостью формирования эталонных базисных напряжений, причем число уровней напряжений зависит от к-значности логики, и при увеличении к необходима их прецизионность и стабильность. Сложность схемы также обусловлена относительно сложной комбинационной схемой. К недостаткам относится и ограниченное, быстродействие, определяемое низким быстродействием блоков, а также низкая регулярность, неоднородность и неунифицированность устройства. Известен двухвходовой фазоимпульсный многозначный логический элемент [Авт.св.СССР № 573879, кл. Η 03 К 19/02, опублик. 21.10.77], содержащий одновходовой многозначный потенциальный элемент, в состав которого входят компараторы, по числу выбранной значности преобразования, а также ключи, входы которого подключены к источникам базисного напряжения, управляемые компараторами в зависимости от величины входного напряжения. Кроме того, в состав двухвходового элемента входит универсальный многозначный элемент, состоящий из преобразователя напряжения в фазу и фазы в напряжение. Недостатком такого устройства является сложность устройства, обусловленная большим количеством компараторов, которые сами по себе для надежного четкого разделения сигнала должны иметь сложные схемы; значительное количество ключей аналоговых сигналов; неоднородность, обусловленная тем, что одна из переменных требует преобразования напряжения в фазу и наоборот; низкое быстродействие, обусловленное, как быстродействием компараторов и ключей, так и наличием фазоимпульсного преобразования, причем оно ухудшается с ростом значности. Наиболее близким является многозначный логический элемент [Авт. св. СССР № 388365, кл. Η 03 К 19/00, опублик. 22.06.73], содержащий блок преобразования входных частотно-кодированных сигналов в потенциальные сигналы с пространственным кодированием, блок функционального преобразования сигналов, в соответствии с к-значной функцией, схему спектротрона и схему управления им. Недостатком такого устройства является сложность самого спектротрона, обусловленная наличием колебательных контуров, наличием для изменения настройки добавочных емкостей, сложностью фильтров выделения распознавания частотно-кодированных сигналов. Кроме того, большое число соединений из-за большого числа шин не позволяет сделать схему миниатюрной; низкая помехоустойчивость из-за радиопомех; низкое быстродействие из-за времени на настройки контура; схема не имеет сигналов настройки, которые позволяли бы перестраивать схему, что делает элемент не универсальным. В основу изобретения поставлена задача создания универсального оптоэлектронного двухвходового элемента многозначной логики, в котором за счет введения новых блоков и связей между ними обеспечивается выполнение любой функции к-значной логики для двух переменных при быстрой программируемой смене выполняемой функции сигналом настройки, что позволяет расширить функциональные возможности и область применения. Поставленная задача достигается тем, что в универсальном оптоэлектронном двух-входовом элементе многозначной логики, содержащем первый и второй информационные входы и информационный выход, блок преобразования с двумя каналами и блок функционального преобразования, информационные входы являются оптическими с кодированием сигналов дискретными длинами волн излучения, а каждый канал блока преобразования выполнен в виде коллиматора и интерферометра Физо, что заменяет набор последовательно соединенных фильтров, а блок функционального преобразования выполнен в виде светообъединителя и оптически управляемого транспаранта с пороговой функцией и оптической системы, причем выход светообьединителя объединен с выходной оптической апертурой управляющего входа оптически управляемого транспаранта, оптически считывающий вход которого соединен через оптическую систему с настроечным картинным входом устройства, представляющим собой совокупность из к 2 оптических пиксельных входов, а оптический информационный выход оптически управляемого транспаранта через фокусирующую оптическую систему соединен с выходом устройства. Рассмотрим основные технические результаты. Использование кодирования длиной волны излучения лазера позволяет использовать оптический диапазон, информационные входы и вы ходы сделать оптическими, решая при этом проблему межсоединений и использовать при этом не k-уровней амплитуды, а всего один оптический канал, в котором могут передаваться сигналы со всем необходимым набором длин волн. Наличие оптических входов и выходов делает схему более устойчивой к влиянию помех, ослабляет влияние каналов и элементов друг на друга при их каскадировании и наращивании. Введение интерференционных фильтров Физо позволило упростить схемы выделения входных переменных и повысить быстродействие распознавания ситуаций по каждому входу, упростив тем все устройство/ Использование оптически управляемого транспаранта с пороговой характеристикой позволяет передавать на выход устройства только один из настроечных элементарных сигналов, которые однозначно соответствуют состоянию входных переменных, причем быстродействие устройства зависит от быстродействия транспаранта. Использование кодирования длиной волны излучения позволяет уменьшить число элементарных шин по сравнению с пространственным кодированием в прототипе, обеспечить универсальность за счет выполнения любой функции, т.к. для смены функции требуется подать другую 2 k совокупность длин волн на вход. В каждой точке одной из k может быть одно из к значений, то общее число настроечных функций будет к , обеспечивая тем самым универсальность. На чертеже показана реализация универсального оптоэлектронного двуквходового элемента многозначной логики. Устройство содержит оптические информационные входы 1 и 2 и оптический информационный выход 3. Каждый канал блока преобразования выполнен в виде коллиматора 4 и интерферометра Физо 5, а блок функционального преобразования выполнен в виде светообьединителя 6 и оптически управляемого транспаранта 7 и оптической системы 8. Оптический считывающий вход транспаранта 7 через оптическую систему 8 соединен с настроечным картинным входом 9 устройства. Оптический информационный выход транспаранта 7 через фокусирующую оптическую систему 10 соединен с выходом 3 устройства. Устройство работает следующим образом. Допустим, что на вход 1 поступает излучение с длиной волны li, а на вход 2 поступает излучение с длиной волны lj где i и j принимают значения от 1 до к. После прохождения этих волн через соответствующие коллиматоры и интерферометры Физо на выходах этих интерферометров устанавливается интерференционная картина, в которой место расположения полосы с высокой интенсивностью света будет зависеть от длины волны li или lj , т.е. от значения входа сигнала I или j. Вследствие того, что интерферометры выполнены в виде клиньев, расширяющихся по одной координате эти картины будет представлять собой вертикальные и горизонтальные полосы. Объединение этих полос светообъединителем 6 с увеличением интенсивности света на управляющем входе оптически управляемого транспаранта 7, имеющего порог, который больше, чем интенсивность с выхода одного канала, и позволяет сформировать оптический сигнал единичного уровня только в том месте апертуры, где пересекаются эти две полосы, т.е. там, где суммарный сигнал превышает порог (место пересечения). На считывающий вход оптически управляемого транспаранта 7 через оптическую систему 8 поступает сигнал с настроечного картинного входа 9. Каждая картина представляет собой совокупность оптических входов, излучающи х све т различных дискретных длин волн от li до lj настроенных на выполнение любой функции из возможного набора. На выход 3 устройства через фокусирующую систему 10 поступает сигнал с информационного выхода транспаранта 7, который представляет собой результирующую длин у волны, определяемую расположением места пересечения двух полос и кодировкой настроечной картины.