оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой

Формула изобретения

Оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой, содержащий входной оптический регистр, вход которого является входом цифрового вычислителя, оптический сдвиговый регистр и выходной оптический регистр, выход которого является выходом цифрового вычислителя, отличающийся тем, что введены матрицы световодов с первой по пятую, источник излучения, оптический расширитель, оптическая маска парафазных "0", оптический фильтр парафазных "1", оптический вычислитель квадратных корней мантисс, причем выходы n (где n = 2, 3, 4 ..., N, а N - максимальное число разрядов порядков) разрядов порядков входного оптического регистра через первую и вторую матрицы световодов оптически связаны с (n - 1)-ми старшими разрядами порядков выходного оптического регистра, два младших разряда которого через вторую матрицу световодов, оптическую маску парафазных "0", оптический расширитель связаны с оптическим выходом источника излучения, оптические выходы мантисс входного оптического регистра через третью матрицу световодов оптически связаны с информационным входом оптического сдвигового регистра, управляемый вход которого через оптический фильтр парафазных "1" оптически связан с младшим разрядом порядков входного оптического регистра, оптические выходы оптического сдвигового регистра через четвертую матрицу световодов, оптический вычислитель квадратных корней мантисс, пятую матрицу световодов оптически связаны с оптическими входами разрядов мантисс выходного оптического регистра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в различных вычислительных устройствах при обработке информации в разнообразных радиолокационных, радионавигационных и вычислительных системах как наземного, так и бортового базирования.

Наиболее близким к предлагаемому является оптический страничный вычислитель квадратного корня [1], содержащий входной оптический регистр, вход которого является входом цифрового вычислителя, оптический сдвиговый регистр и выходной оптический регистр, выход которого является выходом цифрового вычислителя. Основным недостатком данного устройства является относительно невысокая точность и надежность вычислений.

Техническим результатом является повышение точности и надежности устройства.

Это достигается тем, что в оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой, содержащий входной оптический регистр, выход которого является входом цифрового вычислителя, оптический сдвиговый регистр и выходной оптический регистр, выход которого является выходом цифрового вычислителя, введены матрицы световодов с первой по пятую, источник излучения, оптический расширитель, оптическая маска парафазных "0", оптический фильтр парафазных "1", оптический вычислитель квадратных корней мантисс, причем выходы n (где n = 2, 3, 4 ... N, а N - число ячеек регистра порядков) разрядов порядков входного оптического регистра через первую и вторую матрицы световодов оптически связаны с (n-1)-ми старшими разрядами порядков выходного оптического регистра, два младших разряда которого через вторую матрицу световодов, оптическую маску парафазных "0", оптический расширитель связаны с оптическим выходом источника излучения, оптические выходы мантисс оптического регистра через третью матрицу световодов оптически связаны с информационным входом оптического сдвигового регистра, управляемый вход которого оптически связан с младшим разрядом порядков входного оптического регистра, оптические выходы оптического сдвигового регистра через четвертую матрицу световодов, оптический вычислитель квадратных корней мантисс, пятую матрицу световодов оптически связаны с оптическими входами мантисс выходного оптического регистра.

Данная совокупность существенных признаков и связей между ними позволяет получить устройство обладающее более чем 10 - 100 раз большей точностью и надежностью вычислений.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе оригинального оптического алгоритма вычисления квадратных корней из чисел с плавающей точкой и применения в вычислителе оригинальных световодных способов и схем связи и передачи страниц операндов, оригинального метода формирования младшего разряда порядков подкоренных операндов, оптической маски парафазных "0", оптического фильтра парафазных "1" удалось построить оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой, обладающий вышеуказанными достоинствами.

Таким образом, предложенный вычислитель обладает свойствами, не присущими известным устройствам. Это объясняется 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 приведена схема оптического цифрового страничного вычислителя квадратных корней с плавающей точкой.

Оптический цифровой страничный вычислитель квадратных корней с плавающей точкой содержит входной оптический регистр 1, имеющий разряды порядков 1-1 (регистр порядков) и разряды мантисс 1-2 (регистр мантисс), и оптические вход и выходы порядков и мантисс; матрицу световодов 2; источник излучения 3, имеющий оптический выход; оптический расширитель 4; оптическую маску парафазных "0" 5; матрицу световодов 6; оптический фильтр парафазных "1" 7; матрицу световодов 8; оптический сдвиговый регистр 9, имеющий информационный и управляемый входы и оптические выходы; матрицу световодов 10; оптический вычислитель квадратных корней мантисс 11, имеющий оптические входы и выходы; матрицу световодов 12; выходной оптический регистр 13, имеющий разряды порядков 13-1 и разряды мантисс 13-2 и соответствующие им оптические входы порядков и мантисс и выход.

Входной оптический регистр 1 предназначен для ввода в вычислитель страниц подкоренных выражений в виде оптических парафазных сигналов, в том числе с преобразованием их из электрических. При электрическом вводе страниц операндов регистр может состоять из связанных между собой электронной памяти, например, на регистрах и матрицы лазерных диодов, а при оптическом вводе на входе регистров дополнительно располагается матрица фотоприемников.

Матрица световодов 2 предназначена для передачи оптических сигналов с регистра порядка 1-1 и может быть выполнена, например, в виде волоконно-оптического жгута или на основе интегрально-оптических световодов.

Источник излучения 3 предназначен для освещения оптической маски парафазных "0". В качестве источника излучения 3 может использоваться, например, лазерный диод.

Оптический расширитель 4 служит для обеспечения возможности освещения пучком источника излучения 3 всей оптической маски парафазный "0" и может быть выполнен, например, в виде фокона.

Оптическая маска парафазных "0" 5 предназначена для ввода в младшие два разряда порядков регистра 13 парафазных нулей и может быть выполнена, например, в виде фототрафарета двухразрядных парафазных нулей.

Матрица световодов 6 служит для передачи оптических сигналов в разряде порядков регистра 13 и может быть выполнена на основе волоконно-оптических или интегрально-оптических световодов.

Оптический фильтр парафазных "1" 7 предназначен для формирования оптических управляющих сигналов для оптического сдвигающего регистра 9 и может быть выполнен в виде фототрафарета одноразрядных парафазных "1".

Матрица световодов 8 служит для передачи оптических сигналов разрядов мантисс 1-2 и может быть выполнена на основе волоконно-оптических или интегрально-оптических световодов.

Оптический сдвиговый регистр 9 предназначен для сдвига мантисс операндов на один разряд и может быть выполнен в виде управляемого раствора переключателей поляризации и пластинки двулучепреломляющего кристалла или матрицы поляризационных разветвителей.

Матрица световодов 10 служит для передачи оптических сигналов с регистра 9 на вычислитель 11 и может быть выполнена на основе волоконнооптических или интегрально-оптических световодов.

Оптический вычислитель квадратных корней 11 предназначен для извлечения квадратных корней из страниц мантисс. В качестве такого вычислителя может использоваться, например, [1].

Матрица световодов 12 служит для передачи оптических сигналов с вычислителя 11 в разряды мантисс регистра 13.

Выходной оптический регистр 13 предназначен для формирования, хранения и выдачи результата и может быть выполнен, например, из последовательно соединенных матрицы фотоприемников и электронных регистров при электрическом выходе или на выходе может располагаться матрица лазерных диодов при оптическом выходе.

Алгоритм выполнения операций.

В предложенном оптическом цифровом страничном вычислителе с плавающей точкой операция извлечения квадратных корней из страниц операндов выполняется по следующему алгоритму.

При извлечении квадратного корня порядок подкоренного выражения приводится к четному числу. Для обеспечения четности порядка для любого операнда в спецпроцессоре в его младшем разряде всегда хранится нуль, а мантисса сдвигается на один разряд влево, если порядок входного операнда нечетен. После этого порядок умножается на два путем сдвига на один разряд влево, а их мантиссы извлекается квадратный корень. Результат в любом случае сразу оказывается нормализованным.

Работа вычислителя. Оптический цифровой вычислитель с плавающей точкой работает следующим образом. Входная страница операндов поступает на вход входного оптического регистра 1. Оптические сигналы порядков слов с выходов разрядов порядков 1-1 через матрицы световодов 2 и 6 поступают в разряды порядков 13-1 выходного оптического регистра 13. При этом торец матрицы световодов 2 сдвинут относительно торца матрицы световодов 6 влево на один парафазный разряд. Аналогично на один парафазный разряд влево сдвинут торец матрицы световодов 6 на входе разрядов порядков 13-1 выходного оптического регистра 13. С помощью источника излучения 3, оптического расширителя 4 и двухразрядной оптической маски парафазных "0" 5 в младшие два разряда порядков регистра 13 вводятся парафазные нули. Во входной торец матрицы световодов 2 вводятся все разряды порядков 1-1 регистра 1 за исключением младшего. Младший разряд порядков 1-1 через одноразрядный оптический фильтр парафазных "1" 7, выделяющий единичные младшие разряды операндов, поступает на управляемый вход оптического сдвигающего регистра 9 в качестве управляющих сигналов.

Оптические сигналы страницы мантисс через матрицу световодов 8 поступают на оптический сдвигающий регистр 9, в котором сдвигаются на один разряд влево только те операнды, на соответствующих управляющих входах регистра 9 которых присутствуют сигналы единиц. Оптические сигналы с регистра 9 через матрицу световодов 10 поступают на вычислитель 11, который выполняет операцию извлечения квадратных корней из страницы мантисс и передает результат через матрицу световодов 12 в разряды мантисс 13-2 выходного оптического регистра 13. Выходной оптический регистр 13 формирует и хранит результат вычисления и при необходимости передает его на внешние устройства.

Использование изобретения позволит реализовать оптическими методами операцию квадратных корней в различных вычислительных устройствах, увеличивая в 10-100 раз их точность и надежность вычислений. Такие устройства могут широко применяться в разнообразных радиолокационных, радионавигационных и вычислительных системах как наземного так и бортового базирования.