оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор

Формула изобретения

1. Оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор, содержащий блок оптического размножения, блок оптических модуляторов, блок оптического объединения, блок спектральных демультиплексоров и блок спектральных мультиплексоров, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического размножения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптических модуляторов, выходы каждой группы ячеек которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического объединения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока спектральных демультиплексоров, и выходной регистрирующий блок, выход которого является выходом коррелятора, отличающийся тем, что в коррелятор введены первый и второй входные буферные блоки, блок временных мультиплексоров, блок временных демультиплексоров, причем вход первого входного буферного блока является первым входом коррелятора, каждая группа выходов первого входного буферного блока связана с одноименными входами соответствующего мультиплексора блока временных мультиплексоров, выход которого оптически связан с одноименным входом блока спектральных мультиплексоров, второй вход блока оптических модуляторов подключен к выходу второго входного буферного блока, вход которого является вторым входом коррелятора, выходы блока спектральных демультиплексоров оптически связаны с одноименными входами блока временных демультиплексоров, каждая группа выходов которого оптически связана с соответствующей группой входов выходного регистрирующего блока.

2. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет электрические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы.

3. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и электрические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы.

4. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет оптические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы, а блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и оптические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы

5. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй входные буферные блоки выполнены в виде электронных запоминающих устройств с оптическими выходами, а выходной регистрирующий блок выполнен в виде электронного запоминающего устройства с оптическими входами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ассоциативного поиска информации в различных ее устройствах, например запоминающих устройствах (оптоэлектронных, электронных, магнитных),базах данных, процессорах.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многоканальный ассоциативный оптический коррелятор для запоминающего устройства [1] содержащий блок оптического размножения, блок оптических модуляторов, блок оптического объединения, блок спектральных демультиплексоров и блок спектральных мультиплексоров, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического размножения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптических модуляторов, выходы каждой группы ячеек которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического объединения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока спектральных демультиплексоров и выходной регистрирующий блок, выход которого является выходом коррелятора. Основными недостатками данного устройства являются относительно низкие производительность и надежность.

Техническим результатом является повышение производительности, надежности и компактности, а также упрощение конструкции коррелятора.

Это достигается тем, что в оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор, содержащий блок оптического размножения, блок оптических модуляторов, блок оптического объединения, блок спектральных демультиплексоров, фотоприемный блок и блок спектральных мультиплексоров, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока оптических модуляторов, выходы каждой группы ячеек которого оптически связаны с одноименными входами блока оптического объединения, выходы которого оптически связаны с одноименными входами блока спектральных демультиплексоров, и выходной регистрирующий блок, выход которого является выходом коррелятора, введены первый и второй входные буферные блоки, блок временных мультиплексоров, блок временных демультиплексоров, причем вход первого входного буферного блока является первым входом коррелятора, каждая группа выходов первого входного буферного блока связана с одноименными входами соответствующего мультиплексора блока временных мультиплексоров, выход которого оптически связан с одноименным входом блока спектральных мультиплексоров, второй вход блока оптических модуляторов подключен к выходу второго входного буферного блока, вход которого является вторым входом коррелятора, выходы блока спектральных демультиплексоров оптически связаны с одноименными входами блока временных демультиплексоров, каждая группа выходов которого оптически связана с соответствующей группой входов выходного регистрирующего блока.

А также тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет электрические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы.

А также тем, что блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и электрические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы.

А также тем, что блок временных мультиплексоров состоит из оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет оптические входы и оптический выход, причем оптоэлектронные мультиплексоры объединены в группы, а блок временных демультиплексоров состоит из оптоэлектронных демультиплексоров, каждый из которых имеет оптический вход и оптические выходы, причем оптоэлектронные демультиплексоры объединены в группы.

А также тем, что первый и второй входные буферные блоки выполнены в виде электронных запоминающих устройств с оптическими выходами, а выходной регистрирующий блок выполнен в виде электронного запоминающего устройства с оптическими входами.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство, обладающее более чем в 10-100 раз большим быстродействием, количеством одновременно обрабатываемых ассоциативных признаков и признаков опроса, надежностью, а также меньшими габаритами по сравнению с известными устройствами и прототипом.

Сущность изобретения заключается в том, что за счет использования в устройстве совместно спектрального и временного уплотнения резко снижаются требования ко всем параметрам оптоэлектронных блоков, в том числе и к их размерности, что приводит к возможности практического повышения объема обрабатываемой информации, надежности, упрощении конструкции и достигнуть производительности 10¹³опер/с.

Таким образом, предложенное устройство обладает свойствами, не присущими известным устройствам. Это объясняется новой совокупностью существенных признаков и новыми связями, изложенными выше.

Сравнение предлагаемого устройства с известными свидетельствует о соответствии его критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков предлагаемого устройства о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже (а и б ортогональные проекции) приведена функциональная схема оптического цифрового ассоциативного многоканального коррелятора.

Коррелятор содержит первый входной буферный блок 1, блок 2 временных мультиплексоров, блок 3 спектральных мультиплексоров, блок 4 оптического размножения, блок 5 оптических модуляторов, второй входной буферный блок 6, блок 7 оптического объединения, блок 8 спектральных демультиплексоров, выходной регистрирующий блок 10.

Первый входной буферный блок 1 служит для приема данных (например, ассоциативных признаков) от внешних устройств, их компоновки и хранения и может быть выполнен, например, в виде электронной памяти с электрическими или оптическими выходами, в зависимости от выполнения блока 2. Во втором случае разряды каждой группы признаков отображаются оптическими сигналами с одинаковой длиной волны, отличной от длин волн оптических сигналов, на которых отображаются остальные группы признаков в блоке 1.

Блок 2 временных мультиплексоров предназначен для временного уплотнения входных каналов. Блок 2 может быть выполнен, например, в виде групп оптоэлектронных мультиплексоров, каждый из которых имеет либо электрические входы и оптический выход, либо оптические входы и выходы. При первом варианте исполнения разряды всех признаков отображаются на выходе каждой группы мультиплексоров в виде оптических сигналов с одинаковой длиной волны, отличной от длин волн оптических сигналов, на которых отображаются остальные группы признаков в блоке 2.

Блок 3 спектральных мультиплексоров предназначен для объединения оптических сигналов с разными длинами волн в соответствующий единый многоволновой (многоцветный) оптический сигнал и может быть выполнен, например, в виде группы волоконно-оптических или интегрально-оптических объединителей или в виде группы волноводных линз. Блок 3 может быть выполнен также в виде голограммы или из объемных цилиндрических линз.

Блок 4 оптического размножения предназначен для размножения многоволнового (многоцветного) оптического сигнала и может быть выполнен, например, в виде группы волоконно-оптических или интегрально-оптических разветвителей, или в виде группы волноводных линз, или в виде голограммы.

Блок 5 оптических модуляторов предназначен для отображения, например, признаков опроса, и может быть выполнен, например, в интегральном виде на основе электрооптического кристалла.

Второй входной буферный блок 6 служит для приема данных (например, признаков опроса) от внешних устройств, их компоновки и хранения и может быть выполнен, например, в виде электронной памяти.

Блок 7 оптического объединения предназначен для объединения многоволновых (многоцветных) оптических сигналов,соответствующих различным разрядам каждого признака, в единый многоволновой (многоцветный) оптический сигнал, каждый из которого соответствует определенному признаку. Блок 7 может быть выполнен, например, в виде группы волоконно-оптических или интегрально-оптических объединителей, или в виде группы интегральных линз, или в виде голограммы или объемных цилиндрических линз.

Блок 8 спектральных демультиплексоров предназначен для разделения многоволнового (многоцветного) оптического сигнала на составляющие его одноволновые (одноцветные) сигналы, и может быть выполнен, например, на основе группы сплавных ответвителей из одномодовых волоконных световодов или интегральных световодов, или гофрированных волноводных структур, или же на основе дифракционных решеток или голограмм.

Блок 9 временных демультиплексоров предназначен для временного разуплотнения выходных каналов. Блок 9 может быть выполнен, например, в виде групп оптоэлектронных модулей демультиплексоров, каждый из которых имеет либо оптический вход и электрические выходы, либо оптические входы и выходы.

Выходной регистрирующий блок 10 служит для определения совпадения ассоциативных признаков с признаками опороса их компоновки и хранения и может быть выполнен, например, в виде электронной памяти или интегральной матрицы фотоприемников, сопряженной с электронной памятью.

Оптический цифровой ассоциативный многоканальный коррелятор работает следующим образом.

Ассоциативные признаки данных подаются, например, на вход 1 и через первый входной буферный блок 1 поступают на блок 2 временных мультиплексоров, который осуществляет временное уплотнение сигналов, отображающих признаки. Блок 2 передает с разделением во времени каждую n-ю (где n=1,2,3.N, а N - число мультиплексоров в столбце блока 2) группу, состоящую из m (где m= 1,2,3,M, M максимальное число входов каждого мультиплексора блока 2) ассоциативных признаков, каждый из которых присутствует на отдельной m-й строке входов n-й строки (линейки) мультиплексоров на соответствующую одну n-ю строку их выходов n-я строка выходов блока 2. Таким образом, каждой n-й группе из m ассоциативных признаков на входе блока 2 соответствует одна n-я строка оптических сигналов на его выходе. Эта строка сигналов отображает на n-ом выходе блока 2 все p-ые (где p=1,2,3,S, S максимальное число разрядов в m-ом признаке n-й группы) разряды n-й группы признаков на одной и той же длине волны _n, отличной от длин волн, на которых отображаются остальные (n-1)-е группы признаков.

Эти оптические сигналы отображают ассоциативные признаки, например, или в коде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в прямом парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде [1] или в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в прямом коде Манчестера, за которым следует во времени опорный сигнал. Опорный сигнал в последнем случае формируется, например, когда все излучательные элементы блока 2, отображающие все разряды каждой группы ассоциативных признаков, излучают свет, т.е. отображают "1" в простом коде [1]

На вход 2 поступают K (где K=1,2,3,Z, Z число строк в блоке 5 оптических модуляторов) признаков опроса, например, или в коде Рида-Маллера, между двоичными знаками которого, представленными в обратном парафазном коде, располагаются опорные разряды в простом коде [1] или в коде Рида-Маллера, двоичные знаки которого представлены в обратном коде Манчестера, с разделенным во времени опорным сигналом. При этом каждый K-й признак опроса занимает, например, соответствующую K-ю строку блока 5, а при подаче опорного сигнала в каждой K-й строке блока 5 остается открытой, например, только одна ячейка (остальные закрыты), т.е. в каждой строке блока 5 отображается только одна двоичная "1" остальные "0", все в простом коде.

Ниже будет дано описание работы коррелятора в случае использования второго способа кодирования.

Оптические сигналы, отображающие одноименные p-е-разряды всех n-х групп ассоциативных признаков, объединяются соответствующими мультиплексорами блока 3 спектральных мультиплексоров в единые n-цветные оптические сигналы. Блок 4 оптического размножения размножает эти оптические сигналы на K строк одинаковых пучков, которые направляются на все ячейки блока 5 оптических модуляторов, отображающие p-е разряды всех K признаков опроса.

Так как оптические сигналы, отображающие одноименные p-е двоичные разряды всех nm-х ассоциативных признаков на различных длинах волн и при временном уплотнении, проходят через все ячейки блока 5, отображающие соответствующие p-е разряды всех K признаков опроса, то осуществляется оптическое умножение всех nm-х ассоциативных признаков на все K признаков опроса, и при этом оптические сигналы произведений спектрально и по времени разделены.

Многоцветные оптические сигналы, соответствующие всем p разрядам каждого K-го признака опроса, блоком 7 оптического объединения объединяются в единый сигнал, который поступает на блок 8 спектральных демультиплексоров. Блок 8 направляет каждую n-ю спектральную составляющую многоцветного оптического сигнала на соответствующий вход блока 9 временных демультиплексоров, который направляет каждую m-ю временную составляющую сигнала на соответствующий nmK-й вход выходного регистрирующего блока 10. При этом блок 10 на своем входе с координатами nmK регистрирует оптический сигнал, соответствующий nm-му ассоциативному признаку и K-му признаку опроса. Координаты n, m и K входа блока 10, на котором сигнал от оптического опорного сигнала превышает сигнал от оптического сигнала основных разрядов, определяют соответственно nm-й ассоциативный признак и K-й признак опроса, по которым произошло совпадение. Код адреса этого nmK-го входа и выдается на выход коррелятора. Таким образом производится определение адреса ассоциативного признака в массиве ассоциативных признаков и адреса признака опроса в массиве признаков опроса, по которым произошло совпадение.

Использование предлагаемого оптического цифрового ассоциативного многоканального коррелятора позволит более чем в 10-100 раз повысить производительность, надежность, количество одновременно обрабатываемых признаков и компактность такого рода устройств.