Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
таких задач, где для людей потребовались бы годы специального образования
и практической подготовки.
Языки программирования, ориентированные на логику: Языки
программирования, цель которых заключается в программировании и решении
логических задач.
Языки программирования, ориентированные на объект: Языки
программирования, целью которых является описание характеристик объектов
и связей между ними.
24*
Глава 11
ОПТИЧЕСКИЕ МЕЖЭЛЕМЕНТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ СИМВОЛЬНОЙ И ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ И
ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
А. Д. Мак-Аулэй, Отделение вычислительной науки
и техники, Государственный университет им. Райта,
Дайтон, шт. Огайо
11.1. Введение
В настоящее время в области высокоскоростной обработки информации
наблюдается смещение интереса в раздел символьных и параллельных
вычислений. Символьные вычисления позволяют использовать методы
искусственного интеллекта (ИИ), а параллелизм обеспечивает увеличение
скорости обработки, необходимое для удовлетворения все возрастающих
требований к вычислениям. Процессоры ориентированы на выполнение од-ной-
единственной операции, после чего передают результат на следующий
процессор. Это позволяет добиться высокого уровня параллельности при
обработке данных. В свою очередь оптические методы способны обеспечить
высокий уровень параллелизма и высокую степень широкополосности,
необходимые для реализации связи процессоров в таких системах. В гл. 11
описана система, состоящая из обрабатывающих элементов и оптического
коммутатора, построенного на основе ПМС. Это коммутирующее устройство
обеспечивает реконфигурацию и поддерживает концепцию потокового
программирования. Обсуждаются преимущества рассматриваемой схемы
относительно других подходов.
На базе процессора, описанного в данной главе, можно реализовать
экспертные системы ИИ (основанные на правилах), коррелятор и матрично-
векторный умножитель. Назначение процессоров и установок и переключений
обеспечивают эффективность выполнения символьных и численных вычислений.
Авторегрессивная (АР) процедура моделирования, применяемая в задачах
спектрального анализа, уплотнения данных или оптимальной фильтрации,
приведена в целях демонстрации возможности эффективной реализации сложных
алгоритмов.
Символьно-цифровой распознаватель речи, выполненный на основе
предложенного процессора, обладает возможностью одновременно распознавать
и символы, и числа. Ранее упомянутый коррелятор и АР-моделирующее
устройство используются для определения коэффициентов линейного
прогнозирования исходов (ЛПИ), описывающих речевые фреймы. С помощью ди-
Глава 11. Оптические соединения для обработки в реальном времени
365
намического изменения временного масштаба устанавливается корреляция
между полученными коэффициентами ЛПИ и коэффициентами ЛПИ единиц словаря
фреймов, описывающих выделяемые слова. Система, основанная на правилах,
анализирует флексии слов и выполняет распознавание. Основанный на
правилах синтаксический анализатор повышает точность распознавания путем
использования грамматических правил для нахождения аналогично звучащих
слов из большого словарного запаса.
Из анализа современных тенденций следует, что вычисления в реальном
времени будут включать в себя символьную обработку и характеризоваться
высокой степенью параллелизма. В этом контексте оптика может обнаружить
преимущества над традиционными полупроводниковыми технологиями в целом
ряде применений, потому что она способна обеспечить очень высокую степень
параллелизма, большую ширину полосы частот междупроцессорных связей, а
также высокие коэффициенты объединения по входу и разветвления по выходу.
Очень часто обработка данных в реальном времени требует быстрого принятия
логических решений, использующих накопленные знания и/или обработку
больших объемов данных с высокими скоростями. Таким образом, тесная связь
между символьными и цифровыми вычислениями достаточно часто является
полезной и желательной. Об этом свидетельствуют многочисленные примеры из
таких областей, как понимание речи и изображений, робототехника, военная
техника, управление промышленным производством. В статье описаны
символьные и цифровые процессоры обработки сигналов с оптической
перекрестной схемой межэлементных соединений. В качестве примера описаны
такие системы, основанные на правилах, как коррелятор и умножитель
матрицы на вектор (реализуемые на основе ЭВМ). Авторегрессивное
моделирование показывает возможность выполнения более сложных алгоритмов.
Описаны устройства распознавания речи и синтаксического анализа,
демонстрирующие то, как с помощью предложенного оптического процессора
могут быть успешно совмещены символьные и цифровые вычисления.
11.2. Роль параллелизма и символьной обработки в вычислениях, проводимых
в реальном времени
11.2.1. Необходимость символьных вычислений
Широкое использование компьютеров дома и в офисах и развитие таких
отраслей знаний, как искусственный интеллект (ИИ) и робототехника,
