Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
не обладают памятью в традиционном смысле. И тем не менее двух- или
трехуровневые комбинационные логические матрицы, позволяющие образовать
логически полные наборы функций и реализовать обычную логику, могут быть
классифицированы либо как устройство памяти с адресацией к месту хранения
информации, либо как устройство памяти с адресацией к содержимому [5, 6].
Эти виды устройств также
Уровень разбиения процесса обработки j
Увеличение числа межэлементных соединений -
"Грубая" обработка * "Тонкая" обработка
Усиление зависимости возможностей системы от числа _ оптических
межэлементных соединений
Cosmic cube DADO Нейронные сети
II с | Чисто
р = 256 Р - 10 параллельная
архитектура i i 1архитектура
фон Неймана !
г Лгпг Машины с аР*и '* Сеть ЭВМ Комбинационная
Gray/CDC • тектурои МКМД
•Butterlly
логика
Увеличение степени сложности процессора . Увеличение числа
последовательных операций
Рис. 9.2. Иллюстрация степени параллелизма систем обработки данных в
зависимости от числа межэлементных соединений (взято с изменениями из
[4]).
240
Часть III. Систолические процессоры и логические матрицы
получили название памяти прямого доступа и ассоциативной памяти [7, 8].
Например, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и программируемые
логические матрицы (ПЛМ) соответственно являются подмножествами этих двух
групп. И их динамические аналоги, а именно запоминающее устройство с
произвольной выборкой (ЗУПВ) и перепрограммируемые ПЛМ, также могут быть
разбиты на подобные категории. По аналогии с декодирующими устройствами
ПЗУ можно рассматривать как устройство, полностью декодирующее m входных
сигналов с целью получения всех возможных 2"' минтермов (элементарных
конъюнктивных форм), в то время как в основе ПЛМ обычно лежат простые 1-
или 2-разрядные декодеры, позволяющие получить ограниченное число
элементарных конъюнктивных форм. В некотором смысле различие между ПЗУ и
ПЛМ можно рассматривать как различие между устройством, способным
полностью декодировать переменные входного сигнала, и устройством,
способным только частично декодировать входные переменные. При описании
логических функций, реализуемых ПЛМ, обычно используется перекрестная
сеть соединений, задающая определенные переключения в схеме [6]. Ее
применение отнюдь не является случайным. Перекрестная сеть является
основным вариантом в том плане, что она обеспечивает наиболее эффективные
из всех возможных одноступенчатые соединения между любыми (или всеми) N
входными сигналами с любыми (или всеми) N выходными сигналами [6, 9].
Следует заметить, что каскадирование двух пространственных модуляторов
света (ПМС) для получения матрицы параллельных вентилей И не обеспечивает
реализации всех возможных соединений, характерных для перекрестной сети.
В результате большинство логических систем, не использующих перекрестных
соединений, являются весьма ограниченными в своей общности.
Со времени создания в 1978 г. Сганфордском университете оптического
умножителя матрицы на вектор [10] оптические перекрестные сети играли
центральную роль в развитии различных аналоговых и псевдоцифровых
архитектур оптических компьютеров [6, 9]. Появились перспективные
оптические устройства, представляющие интерес благодаря возможностям
получения высоких коэффициентов разветвления по выходу и объединения по
входу, а также достижения очень высоких скоростей передачи данных [9,
11]. Недавно была разработана чисто цифровая архитектура оптоэлектронной
программируемой логической матрицы (ОПЛМ), основывающаяся на перекрестной
сети ([6, 11-13]. Различия между аналоговыми, псев-доаналоговыми и чисто
цифровыми подходами обсуждаются в [6]. Вкратце можно заметить, что чисто
цифровые устройства демонстрируют заметные преимущества над аналоговыми
Г лава 9. Волоконно-оптические программируемые матрицы
241
системами связи. Особый интерес для логического устройства представляет
величина мощности, требуемая для достижения определенной
производительности вычислений^. Эта величина в цифровых системах по
сравнению с аналоговыми намного ниже из-за снижения требований к
соотношению сигнал - шум. В настоящее время в аналоговых оптических
вычислительных системах именно доступный уровень мощности в конечном
счете ограничивает параллелизм. В цифровых оптических вычислительных
системах с перекрестной схемой имеет место та же ситуация, за тем
исключением, что в качестве критерия параллелизма можно рассматривать
произведение коэффициентов объединения по входу и разветвления по выходу.
Это произведение эквивалентно полному числу межэлементных соединений.
Вопросы мощности, производительности и параллелизма рассмотрены более
детально в разд. 9.2, где производительность обсуждается с позиции чисто
комбинационной логической системы. В этом разделе также указано, что
параллелизм тесно связан с полосой пропускания системы, которая снова
связана с производительностью системы. Хотя производительность имеет
