Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
сконструировать электронные перекрестные сети размером более 16X16 из-за
ограничений, накладываемых на коэффициенты объединения по входу и
ра:зветвления по вы-
264
Часть III. Систолические процессоры и логические матрицы
Таблица 9.2. Сокращенная таблица истинности для перекрестного
переключателя 4x4
Cl С2 с3 С4 С5 С" С7 С8 XI х-г Х3 A',, Yi У2 Уз У*
о о
0 1
1 О
1 1
- - - - 0 0 1 - - -
- _ _ - о 1 - 1 - -
- - - - 1 О - - 1 -
- - О О - - 1 - - -
- •- 0 1 - - - 1 _ -
- - 1 0- 1
О О - - - - 1 - _ _
0 1 - - - - - 1 - -
1 О - - - - - - 1 -
1 0 0 0
1 0 0 0
1 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 0
0 1 0 0
0 1 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 1 0
0 0 ! 0
0 0 1 0
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
0 0 0 1
ходу; тем не менее были созданы большие электронные перекрестные
переключатели размером 256X256 [9]. Хотя для электронных перекрестных
переключателей удается достичь времен переключения около 100 не, однако
они не могут обеспечить необходимо высокую ширину полосы частот передачи
данных, что потенциально вполне реализуемо в оптических системах.
Наоборот, хотя перекрестные сети на основе ПМС в принципе способны
обеспечить ширину полосы частот передачи данных более 1 ГГц, ожидаемые
для них максимальные времена переключения ограничены микросекундными
временами. Обсуждавшиеся здесь волоконно-оптические матрицы исключают
необходимость использовать ПМС, тем самым сохраняя лучшие черты как
оптических, так и электронных перекрестных переключателей. Такие
волоконно-оптические матрицы потенциально способны обеспечить и большую
ширину полосы частот передачи данных, и малые времена переключения.
В табл. 9.2 представлена таблица истинности для ПЛМ, реализующей все
логические комбинации, необходимые для обслуживания переключателя
размером 4X4. Из нее следует, что использование управляющих сигналов
позволяет осуществлять выбор любого из вариантов соединений. Рисунок 9.9,
а иллюстрирует установление управляющих сигналов для двух вариантов
соединений. Хотя коэффициенты объединения по входу и разветвления по
выходу, номинально-необходимые для реализации табл. 9.2, можно определить
описанным выше способом исходя из числа декодированных входных сигналов и
числа термов произведения, но фактически эти коэффициенты могут быть
значительно ниже. Например, максимальный коэффи-
Г лава 9. Волоконно-оптические программируемые матрицы
265
циент объединения по входу для волокна вычисляется путем суммирования
всех нулевых или единичных входов вдоль заданной строки в табл. 9.2. В
этом случае значение максимального коэффициента объединения по входу для
волокна равно сумме числа управляющих разрядов 2 и числа разрядов
переменных 1, что составляет 3. Максимальный коэффициент разветвления по
выходу вычисляется путем суммирования всех аналогичных цифр вдоль
заданного столбца. Эта процедура отличается от вычислений коэффициента
объединения по входу, поскольку каждый столбец содержит 1-разрядный
декодер, разделяющий единицы от нулей. Для данного примера максимальный
коэффициент разветвления по выходу для волокна равен 4. Аналогичным
образом можно определить требования, предъявляемые к перекрестным схемам
размером 32X32 и 128X128. Эти результаты сведены в табл. 9.3. Из таблицы
следует, что перекрестный переключатель 32X32 имеет максимальный
коэффициент объединения по входу, равный 6, и максимальный коэффициент
разветвления по выходу, равный 32. Обобщая данные табл. 9.3, можно
сделать заключение, что перекрестный переключатель имеет коэффициент
объединения по входу, равный и+1, где N - 2", и величину коэффициента
разветвления по выходу, равную N. Полное число входных каналов равно
числу управляющих каналов "Х^- К этому следует
х2 ' х3
У, У2 УЗ >4 Выходные каналы
У, У2 У3 У4
Рис. 9.9. а - управляющие входные сигналы для произвольно выбранного
состояния перекрестного переключателя.
Выходной канал
У\
У*
Уъ У4
Управляющие входы
C7-I. Св-1,
Сз=0,
С] = 1,
с*-1
Се-О
С4 = 0
с2 = О
б - управляющие входные сигналы для другого произвольно выбранного
состояния переключателя.
Выходной канал
У\
Vi
VI
Pi
Управляющие входы с7-0, С|=0
ci-0, Ci-О
Cl-0, с"-0
Ci-0, Ct- О
266
Часть 111. Систолические процессоры и логические матрицы
Таблица 9.3. Сравнение требуемых характеристик перекрестных схем ОПЛМ для
различной степени сложности перекрестных соединений
Размер перекрестной схемы
4X4 32X32 128X128
Полное число входов 2X44-4 = 12 5X32 4- 32 = 192 7X128+128= 1024
Число термов произведений 4X4 = 16 32X32 = 1024 128X128= 16384
Коэффициент объединения по входу для волокна (максимальный) 24-1=3
5+1=6 7+1=8
Коэффициент разветвления по выходу для волокна (максимальный) 4X1 = 4
32 X 1 = 32 128X1 = 128
прибавить N каналов передачи данных, в то время как полное число выходных
каналов равно N. Для таких устройств полное число произведений равняется
N'X.N. Поскольку управляющие переменные могут переключаться с той же
скоростью, что и данные, то скорость переключения перекрестных логических
