Оптический реверсивный счетчик

Оптический реверсивный счетчик

Реферат

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический счетчик, содержащий оптическое ответвление счета, ответвление записи, оптический бистабильный элемент, разветвление обратной связи, оптический усилитель, выходное разветвление, ответвление сброса [Соколов С.В., Шевчук П.С., Бабкин С.В., Панкратов В.А. Перспективные устройства обработки и защиты информации для помехозащищенных АСУ. - М.: Радио и связь, 2002 г., с.45, 46].

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности реверсирования счета.

Заявленное устройство направлено на решение задачи счета импульсов с возможностью реверсирования.

Поставленная задача возникает при разработке и создании чисто оптических вычислительных машин или приемопередающих устройств, обеспечивающих обработку информации в гигагерцовом диапазоне, и решается следующим образом.

Сущность устройства заключается в формировании по двум входным оптическим сигналам Ip и Im выходных оптических сигналов D₀...D_n, соответствующих состоянию счетных ячеек СЯ. Каждая счетная ячейка имеет счетные входы Ip и Im, выходы состояния СЯ D_i, а также выходы сигналов наличия переноса в следующий разряд Р_i и наличия займа M_i.

Предлагаемое устройство строится на основе оптических объединителей, оптических усилителей, оптических Y-разветвителей, оптически связанных волноводов, линии задержки, оптических делителей и поясняется графически (первые входы оптических объединителей, первые выходы оптических Y-разветвителей, первые входы и первые выходы оптически связанных волноводов обозначены точками). Оптические Y-разветвители обладают свойством усиления (интенсивность сигнала на каждом выходе равна интенсивности сигнала на входе).

Каждая счетная ячейка состоит из 5 оптических Y-разветвителей 1_i, _i=1...5, 5 оптических объединителей 2_i, _i=1...5, 1 оптической линии задержки 3_i, 4 оптически связанных волноводов 4_i, _i=1...4 и 2 оптических делителей.

Под оптически связанными волноводами (ОСВ) понимаются два оптических волновода, имеющих общую зону связи [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М.: ВШ, 1988 г., с.176, 181]. Коэффициент связи между оптическими волноводами имеет пороговую статическую характеристику и определяется интенсивностью оптического сигнала в первом оптическом волноводе. Если интенсивность оптического сигнала на входе первого оптического волновода больше порогового значения, то сигнал с входа первого оптического волновода ответвляется во второй оптический волновод и передается на его выход.

Информационными входами устройства являются входы "Ip" и "Im". Выходами устройства являются выходы "D₀...D_n", "P_n", "М_n".

Информационные сигналы Ip и Im поступают на входы оптических Y-разветвителей 1₁, 1₂. Первые выходы оптических Y-разветвителей 1₁, 1₂ подключены к первым входам оптических объединителей 2₂, 2₅. Второй выход оптического Y-разветвителя 1₁ подключен ко второму входу оптического объединителя 2₁. Выход оптического объединителя 2₁ подключен к первому входу оптического объединителя 2₃. Выход оптического объединителя 2₃ подключен к первому входу ОСВ 4₁. Первый выход ОСВ 4₁ подключен ко входу оптического Y-разветвителя 1₅. Первый выход оптического Y-разветвителя 1₅ является выходом устройства "D_i". Второй выход оптического Y-разветвителя 1₅ подключен к входу оптической линии задержки 3₁. Выход линии задержки 1₃ подключен к входу оптического Y-разветвителя 1₄, первый выход которого подключен ко второму входу оптического объединителя 2₃. Второй выход оптического Y-разветвителя 1₄ подключен к входу оптического Y-разветвителя 1₃. Первый выход оптического Y-разветвителя 1₃ подключен ко второму входу оптического объединителя 2₂. Второй выход Y-разветвителя 1₃ подключен к первому входу оптического объединителя 2₄. На второй вход оптического объединителя 2₄ подан оптический сигнал интенсивностью 1 у.е. Выход оптического объединителя 2₄ подключен к первому входу ОСВ 4₃. Выход ОСВ 4₃ подключен ко второму входу оптического объединителя 2₅. Выход оптического объединителя 2₅ подключен к первому входу ОСВ 4₄. Второй выход ОСВ 4₄ подключен к входу оптического делителя 5₂. Выход оптического делителя 5₂ является выходом устройства "М". Выход оптического объединителя 2₂ соединен с первым входом ОСВ 4₂. Второй выход ОСВ 4₂ подключен к входу оптического делителя 5₁. Выход оптического делителя является выходом устройства "Р".

Вторые входы и вторые выходы ОСВ 4₁ и 4₃ являются поглощающими. Также поглощающими являются первые входы ОСВ 4₂ и ОСВ 4₄.

В начальном состоянии интенсивность сигналов на всех выходах D₀...D_n равна 0. При подаче на вход "Ip" сигнала интенсивностью 1 у.е. он, пройдя через оптический Y-разветвитель 1₁, оптические объединители 2₁ и 2₃, поступает на вход ОСВ 4₁. Так как интенсивность сигнала меньше 2 у.е., то импульс беспрепятственно проходит на выход и далее через оптический Y-разветвитель 1₅ поступает на выход "D₀". Co второго выхода Y-разветвителя 1₅ импульс поступает на вход линии задержки 3₁. В момент прекращения импульса на входе "Ip" сигнал с выхода линии задержки через оптический Y-разветвитель 1₄ и оптический объединитель поступает на вход ОСВ 4₁, в результате импульс будет курсировать по кольцу.

После поступления второго импульса на вход "Ip" он, пройдя через оптический Y-разветвитель 1₁ и оптический объединитель 2₁, поступает на вход оптического объединителя 2₃. На его входах присутствуют два сигнала интенсивностью 1 у.е. каждый, поэтому интенсивность сигналов на выходе будет составлять 2 у.е. В этом случае сигнал на входе ОСВ 4₁ составит 2 у.е, что приведет к переключению светового потока на второй выход ОСВ 4₁. Соответственно сигнал на выходе "D₀" будет составлять 0 у.е.

Второй импульс, пройдя через оптический Y-разветвитель 1₁, поступает на оптический объединитель 2₂. Интенсивность сигнала на выходе линии задержки 3₁ равна 1 у.е. Этот сигнал, пройдя через оптические Y-разветвители 1₄ и 1₃, поступает на вход оптического объединителя 2₂. Сигнал на его выходе будет составлять 2 у.е, что приведет к переключению светового потока во второй волновод ОСВ 4₂. В результате на выходе "Р₀" появится импульс интенсивностью 1 у.е.

В режиме вычитания импульсы подаются на вход "Im". Поступление первого импульса приводит к появлению сигнала интенсивности 1 у.е в кольце, состоящем из элементов 2₃, 4₁, 1₅, 3₁ и 1₄. На момент поступления импульса сигнал на выходе линии задержки 3₁ составлял 0 у.е., в результате на входе ОСВ 4₃ будет сигнал 1 у.е., который через оптический объединитель поступит на вход ОСВ 4₄. В результате на втором выходе ОСВ 4₄ появится импульс интенсивностью 2 у.е., а на выходе М₀ появится импульс 1 у.е.

При поступлении на вход Im второго импульса интенсивность сигнала в кольце элементов 2₃, 4₁, 1₅, 3₁ и 1₄ составит 0 у.е. На момент поступления второго импульса сигнал на выходе задержки составлял 1 у.е., в результате на входе ОСВ 4₃ будет сигнал 2 у.е., что приведет к переключению светового потока во второй волновод. Интенсивность сигнала на входе ОСВ 4₄ будет равна 1 у.е, поэтому сигнал на выходе "М" будет равен 0 у.е.

Работа всех остальных счетных ячеек аналогична работе рассмотренной, что соответствует работе двоичного реверсивного счетчика.

Оптический реверсивный счетчик, отличающийся тем, что он состоит из n одинаковых счетных ячеек, каждая из которых состоит из оптических Y-разветвителей, оптических объединителей, оптических пороговых устройств на основе оптически связанных волноводов, оптической линии задержки и оптических делителей, при этом информационными входами устройства являются входы Ip и Im, которые через оптические Y-разветвители подключены к оптическому объединителю, оптическому пороговому устройству, оптическому Y-разветвителю, к линии задержки и образуют кольцо с выходом D_i, выход оптической линии задержки через оптические Y-разветвители подключен к оптическим объединителям с сигналами Ip и Im, которые подключены к оптическим пороговым устройствам, формирующим выходные сигналы "P_i" и "М_i", поступающие на счетную ячейку i+1 через оптические делители.