Оптоелектронний десятковий пристрій

Корисна модель відноситься до обчислювальної техніки і може бути використана для організації операції віднімання десяткових чисел. Відомо оптоелектронний десятковий суматор [а.с. СРСР 840895, кл. G06F7/56, 1981р.], що містить два блоки введення доданків і в кожній розрядній комірці два оптоелектронних квантуючих модулі, два модулятори, два світловипромінювачі, два блоки пам'яті, виходи першого і другого блоків введення підключені відповідно до перших і других входів доданків розрядних комірок, перші електричні входи першого і другого оптоелектронних квантуючих модулів підключені до виходів першого і другого модуляторів відповідно, другі електричні входи з'єднані із загальною шиною живлення суматора, а перші оптичні входи зв'язані з першими виходами першого і другого світловипромінювача відповідно, другі виходи яких оптично зв'язані з першими входами першого і другого модуляторів відповідно, а електричні входи з'єднані з першими і другими входами доданків розрядної комірки відповідно, третій електричний вхід другого оптоелектронного квантуючого модуля підключений до шини встановлення суматора в початковий стан, перший вихід першого блока пам'яті оптично з'єднаний з другим входом другого модулятора і входом встановлення в одиничний стан другого оптоелектронного квантуючого модуля, перший вихід другого блока пам'яті оптично з'єднаний із другим входом першого модулятора і входом встановлення в одиничний стан першого оптоелектронного квантуючого модуля, нульові входи якого відповідно з молодшого по старший розряди оптично з'єднані з одиничними виходами відповідно зі старшого по молодший розряд другого оптоелектронного квантуючого модуля, а нульові входи другого оптоелектронного квантуючого модуля відповідно з молодшого по старший розряд оптично з'єднані з одиничними виходами відповідно зі старшого по молодший розряд першого оптоелектронного квантуючого модуля, оптичний вихід якого з'єднаний з першим входом першого блока пам'яті, другий вхід якого є першим оптичним входом розрядної комірки, оптичний вихід другого оптоелектронного квантуючого модуля з'єднаний з першим входом другого блока пам'яті, другий вхід якого є другим оптичним входом розрядної комірки, третій вхід першого світловипромінювача є першим оптичним виходом комірки, а третій вихід другого світловипромінювача є другим оптичним виходом комірки, причому перший і другий оптичні входи молодшої розрядної комірки суматора з'єднані відповідно з першим і другим виходами старшої розрядної комірки суматора, другий вхід першого блока пам'яті є третім оптичним виходом розрядної комірки, а другий вихід другого блока пам'яті є четвертим виходом розрядної комірки, третій оптичний вхід першого модулятора і другий оптичний вхід першого оптоелектронного квантуючого модуля утворюють третій оптичний вхід розрядної комірки, який з'єднаний з третім оптичним виходом молодшої розрядної комірки суматора, третій оптичний вхід другого модулятора і другий оптичний вхід другого оптоелектронного квантуючого модуля утворюють оптичний вхід розрядної комірки, що з'єднаний з четвертим оптичним виходом молодшої розрядної комірки, причому четвертий оптичний вихід старшої розрядної комірки з'єднаний з четвертим оптичним входом наймолодшої розрядної комірки суматора, а третій оптичний вихід найстаршої розрядної комірки є виходом суматора, крім того, обидва квантуючі модулі виконані у вигляді послідовно оптично з'єднаних регенеративних бістабільних оптронів, одиничні входи і виходи яких є відповідно входами і виходами модуля. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, оскільки виконується операція віднімання двох операндів, а не масиву з n операндів. Відомо оптоелектронний пристрій віднімання десяткових чисел [а.с. СРСР 1136157, кл. G06F7/56, 1985р.], що містить два оптоелектронні регістри, два елементи АБО-НІ, регенеративний бістабільний оптрон, чотири елементи І та два елементи НІ, кожна розрядна комірка оптоелектронних регістрів містить два оптоелектронних квантуючих модулі і два модулятори, причому в кожній розрядній комірці перші електричні входи першого і другого оптоелектронних квантуючих модулів з'єднані з виходами відповідно першого і другого модуляторів, а другі електричні входи підключені до шини живлення пристрою, перший оптичний вхід першого оптоелектронного квантуючого модуля з'єднаний з виходом другого оптоелектронного квантуючого модуля, перший оптичний вхід якого з'єднаний з виходом першого оптоелектронного квантуючого модуля, оптичні входи перших модуляторів є оптичними входами розрядної комірки відповідно першого і другого модуляторів, а перший оптичний вихід дев'ятого розряду другого оптоелектронного квантуючого модуля з'єднаний з відповідними входами першого і другого елементів І відповідно в першому і другому оптоелектронних регістрах, вихід першого елемента І з'єднаний оптично з першим входом першого елемента АБО-НІ і через перший елемент НІ з'єднаний з першим оптичним входом третього елемента І, вихід другого елемента І з'єднаний оптично з першим входом другого елемента АБО-НІ через другий елемент НІ з першим оптичним входом четвертого елемента І, перший електричний вхід першого оптоелектронного квантуючого модуля у кожній розрядній комірці з'єднаний з електричним виходом другого модулятора, у молодшій розрядній комірці кожного оптоелектронного регістра другий вихід дев’ятого розряду другого оптоелектронного квантуючого модуля з'єднаний з третіми оптичними входами першого і другого оптоелектронних квантуючих модулів і з оптичним входом другого модулятора наступної розрядної комірки, оптичні виходи другого модулятора молодших розрядних комірок першого і другого оптоелектронних регістрів з'єднані відповідно з входами третього і четвертого елементів І, другі входи з'єднані з виходом регенеративного бістабільного оптрона, одиничний оптичний вхід якого з'єднаний із шиною запускання пристрою, перший нульовий оптичний вхід регенеративного бістабільного оптрона з'єднаний з виходом першого елемента І, а другий нульовий оптичний вхід з'єднаний з виходом другого елемента І, другі входи першого і другого елементів І з'єднані з виходом регенеративного бістабільного оптрона, вихід першого елемента АБО-НІ з'єднаний з виходом ознаки присутності різниці в першому оптоелектронному регістрі пристрою, а вихід другого з'єднаний з виходом ознаки присутності різниці в другому оптоелектронному регістрі пристрою. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, оскільки виконується оброблення двох, а не n операндів. Найбільш близьким за технічною суттю є оптоелектронний пристрій віднімання десяткових чисел [патент України 66625А, кл. 7 G06F7/556, 2004р.], в подальшому найменований як оптоелектронний десятковий пристрій, який містить два оптоелектронні регістри, два елементи АБО-НІ, чотири елементи І і два елементи НІ, кожна розрядна комірка оптоелектронних регістрів містить оптоелектронний квантуючий модуль, причому в кожній розрядній комірці перший електричний вхід оптоелектронного квантуючого модуля підключений до шини живлення, вихід першого елемента І з'єднаний з першим входом першого елемента АБО-НІ і через перший елемент НІ з'єднаний з першим входом третього елемента І, вихід другого елемента І з'єднаний з першим входом другого елемента АБО-НІ і через другий елемент НІ з першим входом четвертого елемента І, вихід першого елемента АБО-НІ з'єднаний з виходом ознаки присутності різниці в першому оптоелектронному регістрі пристрою, а вихід другого елемента АБО-НІ з'єднаний з виходом ознаки присутності різниці в другому оптоелектронному регістрі пристрою, крім того він містить RS-тригер і елемент АБО, входи дозволу відповідно запису і зчитування пристрою, установний вхід, вхід запуску і шину тактових імпульсів пристрою, причому в кожній розрядній комірці обох оптоелектронних регістрів другий електричний вхід оптоелектронного квантуючого модуля є інформаційним входом запису відповідної розрядної комірки, оптичний вихід першого розряду оптоелектронного квантуючого модуля молодшої розрядної комірки з'єднаний з входом старшого розряду оптоелектронного квантуючого модуля старшої розрядної комірки, вихід ознаки нуля першого розряду оптоелектронного квантуючого модуля кожної розрядної комірки першого і другого оптоелектронних регістрів підключені до входів відповідно першого і другого елементів І, другі входи третього і четвертого елементів І, а також другі входи першого і другого елементів АБОНІ з'єднані з прямим виходом RS-тригера, вихід третього і четвертого елементів І підключений до входу зчитування оптоелектронних квантуючих модулів розрядних комірок відповідно першого і другого оптоелектронних регістрів, виходи першого і другого елементів І через елемент АБО з'єднані з R-входом RSтригера, S-вхід якого підключений до входу запуску пристрою, входи дозволу запису і зчитування пристрою з'єднані з відповідними входами оптоелектронних квантуючих модулів кожної розрядної комірки обох оптоелектронних регістрів, до яких також підключені установний вхід і шина тактових імпульсів пристрою. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості через виконання операції віднімання тільки для двох операндів. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки оптоелектронного десяткового пристрою, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків між ними забезпечується можливість виконання операції віднімання групи з (n+1) операндів, що приводить до розширення функціональних можливостей пристрою. Поставлена задача досягається тим, що в оптоелектронний десятковий пристрій, що містить два оптоелектронні регістри, два елементи АБО-НІ, чотири елементи І і два елементи НІ, кожна розрядна комірка оптоелектронних регістрів містить оптоелектронний квантуючий модуль, причому в кожній розрядній комірці перший електричний вхід оптоелектронного квантуючого модуля підключений до шини живлення, вихід першого елемента І з'єднаний з першим входом першого елемента АБО-НІ і через перший елемент НІ з'єднаний з першим входом третього елемента І, вихід другого елемента І з'єднаний з першим входом другого елемента АБО-НІ і через другий елемент НІ з першим входом четвертого елемента І, вихід першого елемента АБО-НІ з'єднаний з виходом ознаки присутності різниці в першому оптоелектронному регістрі пристрою, а вихід другого елемента АБО-НІ з'єднаний з виходом ознаки присутності різниці в другому оптоелектронному регістрі пристрою, крім того він містить RS-тригер і елемент АБО, входи дозволу відповідно запису і зчитування пристрою, установний вхід, вхід запуску і шину тактових імпульсів пристрою,причому в кожній розрядній комірці обох оптоелектронних регістрів другий електричний вхід оптоелектронного квантуючого модуля є інформаційним входом запису відповідної розрядної комірки, оптичний вихід першого розряду оптоелектронного квантуючого модуля молодшої розрядної комірки з'єднаний з входом старшого розряду оптоелектронного квантуючого модуля старшої розрядної комірки, вихід ознаки нуля першого розряду оптоелектронного квантуючого модуля кожної розрядної комірки першого і другого оптоелектронних регістрів підключені до входів відповідно першого і другого елементів І, другі входи третього і четвертого елементів І, а також другі входи першого і другого елементів АБО-НІ з'єднані з прямим виходом RS-тригера, вихід третього і четвертого елементів І підключений до входу зчитування оптоелектронних квантуючих модулів розрядних комірок відповідно першого і другого оптоелектронних регістрів, виходи першого і другого елементів І через елемент АБО з'єднані з R-входом RS-тригера, S-вхід якого підключений до входу запуску пристрою, входи дозволу запису і зчитування пристрою з'єднані з відповідними входами оптоелектронних квантуючих модулів кожної розрядної комірки обох оптоелектронних регістрів, до яких також підключені установний вхід і шина тактових імпульсів пристрою, згідно корисної моделі введено (n-1) додаткових оптоелектронних регістрів і (n-1) блоків ознаки, кожний з яких складається з п'ятого і шостого елементів І і третіх елементів НІ і АБО-НІ, причому вихід п'ятого елемента І є другим виходом блока ознаки і з'єднаний з першим входом третього елемента АБО-НІ, а через третій елемент НІ з'єднаний з першим входом шостого елемента І, вихід якого є першим виходом блока ознаки, який з'єднаний з входом зчитування оптоелектронного квантуючого модуля молодшої розрядної комірки відповідного додаткового оптоелектроного регістра, у якого вихід ознаки нуля першого розряду оптоелектронного квантуючого модуля першої і другої розрядних комірок з'єднані з першим і другим входами відповідного блока ознаки, які підключені до відповідних входів п'ятого елемента І цього блока ознаки, другі входи шостого елемента І і третього елемента АБО-НІ підключені до третього входу блока ознаки, який з'єднаний з прямим виходом RS-тригера, вихід третього елемента АБО-НІ є виходом ознаки присутності інформації у відповідному додатковому оптоелектронному регістрі, а другі виходи (n-1) блоків ознаки з'єднані з входами елемента АБО, починаючи з третього до (n+1)-го, крім того, перший і третій елементи І і перші елементи НІ і АБО-НІ складають перший блок ознаки, а другий і четвертий елементи І і другі елементи НІ і АБО-НІ складають другий блок ознак, причому в кожній розрядній комірці додаткових оптоелектронних регістрів перший електричний вхід оптоелектронного квантуючого модуля підключений до шини живлення, другий електричний вхід є інформаційним входом запису відповідної розрядної комірки, оптичний вихід першого розряду оптоелектронного квантуючого модуля молодшої розрядної комірки з'єднаний з входом старшого розряду оптоелектронного квантуючого модуля старшої розрядної комірки, входи дозволу запису і зчитування пристрою з'єднані з відповідними входами оптоелектронних квантуючих модулів кожної розрядної комірки всіх додаткових оптоелектронних регістрів, до яких також підключені установний вхід і шина тактових імпульсів пристрою. На кресленні представлена структурна схема оптоелектронного десяткового пристрою. Оптоелектронний десятковий пристрій містить регістр 1 операнда А і групу регістрів 21...2n операндів В1...Вn відповідно, кожний з яких представлений двома розрядними комірками 3 і 4, а пристрій також містить (n+1) блоків 5 ознаки. Кожна розрядна комірка 3 і 4 регістра 1 і групи регістрів 21...2n містить оптоелектронний квантуючий модуль 6, причому, його електричний вхід 7 запису є входом кожної розрядної комірки 3 і 4 регістра 1 і групи регістрів 21...2n. В регістрі 1 і групі регістрів 21...2n у модуля 6 комірки 3 оптичний вихід 8 першого розряду з'єднаний з входом 9 старшого розряду модуля 6 комірки 4, електрично модулі 6 комірок 3, 4 підключені до шини 10 живлення. В регістрі 1 і групі регістрів 21...2n вихід 11 ознаки нуля першого розряду модуля 6 розрядних комірок 3, 4 електричне з'єднані із першим і другим входами відповідного блока 5 ознаки, які, в свою чергу, є входами елемента І 12 блока 5 ознаки, вихід якого з'єднаний через елемент НІ 13 з першим входом елемента І 14 блока 5 ознаки, вихід якого є першим виходом блока 5 ознаки і з'єднаний із входом 15 зчитування модуля 6 комірки 3 відповідно регістра 1 і групи регістрів 21...2n. Вихід елемента І 12 з'єднаний з першим входом елемента АБО-НІ 16 блока 5 ознаки, другий вхід якого є третім входом блока 5 ознаки і з'єднаний з другим входом елемента І 14 і прямим виходом RS-тригера 17, S-вхід якого з'єднаний із входом 18 запуску пристрою. Вихід елемента АБО-НІ 16 у блоці 5 ознаки є його третім виходом і з'єднаний з виходом 19 ознаки присутності різниці у відповідному регістрі 1 і групі регістрів 21...2n. Крім того, другий вихід блоків 5 ознаки з'єднаний через елемент АБО 20 з R-входом RSтригера 17. Входи 21 і 22 є відповідно входами дозволу запису і зчитування пристрою і з'єднані з відповідними входами модулів 6 комірок 3 і 4 регістра 1 і групи регістрів 21...2n, до яких підключені також установний вхід 23 і шина 24 тактових імпульсів пристрою. Оптоелектронний десятковий пристрій працює наступним чином. Перед початком роботи пристрою на його установний вхід 23 подається сигнал, який встановлює модулі 6 регістра 1 і групи регістрів 21...2n у початковий стан. По електричному входу 7 запису модулів 6 при наявності відповідного сигналу на вході 21 дозволу запису пристрою у всіх розрядних комірках регістра 1 і групи регістрів 21...2n відбувається запис відповідних операндів А і В1...Вn паралельно по розрядах в одиничному нормальному коді: у регістр 1 записується операнд А, у групу регістрів 21...2n - операнди В1...Вn. Причому в модулі 6 кожної розрядної комірки всіх регістрів записується bj відповідна цифра аi або i в прямому коді (i = 1, 2, j = 1, n ) . Наприклад, цифра 7 записується у такому вигляді в модуль 6: 111111100. Після цього можливе виконання операції віднімання масиву десяткових чисел А і В 1...Вn, що зафіксовані у відповідних регістрі 1 і групі регістрів 21...2n. При надходженні на S-вхід 18 RS-тригера 17 одиничного сигналу, що запускає, тривалістю 1t відбувається спрацьовування RS-тригера 17 і поява на його прямому виході одиничного сигналу, що надходить одночасно на входи елементів I 14 всіх блоків 5 ознаки. При відсутності одиничного сигналу на виходах елементів І 12 у блоках 5 ознак, що можливо у випадку, коли хоча б в одній з розрядних комірок регістра 1 і групи регістрів 21...2n знаходиться інформація, одиничний сигнал на виході елементів І 14 блока 5 ознак, викликає спрацьовування (обнулення) розрядних комірок 3 і 4 відповідних регістра 1 і групи регістрів 21...2n, оскільки він одночасно подається на вхід 15 зчитування модуля 6 розрядної комірки 3 в регістрі 1 і групі регістрів 21...2n при наявності відповідного сигналу на вході 22 дозволу зчитування пристрою. Останнє приводить до занулення відповідних розрядів модуля 6, починаючи зі старшого дев'ятого розряду модуля 6 у молодшій розрядній комірці 3. Одиничний сигнал надходить з прямого виходу RS-тригера 17 доти, поки не з'явиться одиничний сигнал на його R-вході, тобто на виході елемента АБО 20.Таким чином, в модулях 6 молодшої розрядної комірки 3 регістра 1 і групи регістрів 21...2n відбувається послідовне зменшення (зчитування) інформації доти, поки один з модулів 6 не обнулиться повністю. Наприклад, раніше це відбувається в регістрі 1. Але якщо з виходу 11 ознаки нуля першого розряду модуля 6 старшої розрядної комірки 4 регістра 1 на вхід елемента І 12 відповідного блока 5 ознаки не надходить у цей час також одиничний сигнал, що відповідає відсутності інформації в модулі 6 цієї розрядної комірки, то скидання у нульовий стан RS-тригера 17 не відбувається. В цьому випадку наявність одиничного сигналу на прямому виході RS-тригера 17 дозволяє у наступний такт встановити в одиничний стан всі розряди модуля 6 молодшої розрядної комірки 3 і одночасно зменшити на один одиничний розряд інформацію в модулі 6 старшої розрядної комірки 4 регістра 1. Для цього використовується оптичний зв'язок з виходу 8 модуля 6 молодшої розрядної комірки 3 на вхід 9 модуля 6 старшої розрядної комірки 4 регістра 1. У такий спосіб відбувається перезапис одиниці з модуля 6 старшої розрядної комірки 4 регістра 1 у дев'ять одиниць модуля 6 молодшої розрядної комірки 3. Надалі присутність одиничного сигналу на прямому виході RS-тригера 17 аналогічно здійснює знову процес занулення модуля 6 молодшої розрядної комірки 3 відповідного регістра і подальший перезапис одиниці з модуля 6 старшої розрядної комірки 4 у дев'ять одиниць в модулі б молодшої розрядної комірки 3. Цей процес продовжується доти, поки в одному з регістрів 1, 21...2n не з'являється одночасно одиничний сигнал на виходах 11 ознаки нуля перших розрядів модуля 6 обох його розрядних комірок 3 і 4, що свідчить про те, що інформація, записана у відповідному регістрі, дорівнює нулеві. Наприклад, відбулося занулення всього регістра 1. Тоді одиничний сигнал на виході елемента І 12 відповідного блока 5 ознаки, проходячи через елемент АБО 20, викликає занулення RS-тригера 17 і припиняє надходження одиничного сигналу через елемент І 14 на входи 15 зчитування модуля 6 розрядної комірки 3 регістра 1 і групи регістрів 2 1...2n, що необхідно для запобігання встановлення в одиничний стан всіх розрядів модуля 6 молодшої розрядної комірки 3 регістра 1. Таким чином, регістр 1 є зануленим, а в групі регістрів 21...2n записана різниця операндів А і B1...Bn. Про те, що різниця знаходиться в групі регістрів 21...2n, свідчить наявність одиничного сигналу на виході елемента АБО-НІ 16 відповідних блоків 5 ознаки, а отже, на їхніх виходах 19 ознаки присутності різниці в групі регістрів 21...2n, у протилежному випадку одиничний сигнал присутній на виході 19 ознаки присутності різниці в регістрі 1 першого блока 5 ознаки і відсутній на виході 19 відповідних блоків 5 ознаки групи регістрів 21...2n. Операція віднімання десяткових чисел виконується безпосередньо на оптоелектронних регістрах, де зберігаються операнди, за рахунок паралельного зчитування інформації на відміну від відомих суматорів, на яких операція віднімання виконується в результаті запису послідовно спочатку першого операнда в прямому коді, а потім другого у доповняльному коді із відповідних регістрів.