Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
О КОД- с однихм потоком команд и одним потоком данных,
ОКМД-с одннхм потоком команд и многими потоками данных,
МК.ОД - с многими потоками команд и одним потоком данных, ч
МКМД- с многими потоками команд и многими потоками данных. (
На рис. 8.7 показаны различия между четырымя классами методов обработки
данных. Традиционный цифровой компьютер с архитектурой фон Неймана
основан на методе ОК.ОД. В данном виде компьютеров потоком команд
управляет один программный счетчик, а выборка данных осуществляется
согласно адресу, содержащемуся в командах. В некоторых клеточных
логических компьютерах для цифровой обработки изображений принят метод
ОКМД, в котором все элементы процессора начинают одну и ту же операцию по
одной команде из управляющего компьютера, как показано на рис. 8.1.
Компьютер с конвейерной архитектурой относится к классу МКОД. В МКМД
независимые команды с потоками данных выполняются параллельно. Метод ОКМД
обладает низшей степенью параллелизма, в то время как МКМД- наивысшей.
Архитектуры ОКМД
Глава 8. Архитектуры клеточной логики
225
и МКМД подходят для параллельной обработки упорядоченных данных, таких
как матрицы или изображения. Подход локальной клеточной логики
представляет собой архитектуру ОКМД и рассматривается как операции с
соседними элементами. Для оптических компьютеров общего назначения
архитектура МКМД превосходит ОКМД с точки зрения гибкости и возможности
проектировать компьютерные системы.
8.3. Оптическая двоичная логика и архитектура МКМД
Методы оптической параллельной обработки, используемые для выполнения
двоичных логических операций, являются ключевыми элементами развивающихся
оптических компьютеров. Было предпринято много попыток достигнуть
увеличенной пропускной способности двоичной цифровой логики путем
использования принципа параллельной обработки, реализуемого оптическими
методами.
Авторы [14, 15] описали параллельный оптический логический матричный
процессор, построенный на теневой системе и светодиодах. Все 16
логических функций для двух двоичных переменных осуществляются
параллельно путем изменения засветки, создаваемой с помощью светодиодов.
В работах [36, 37] был предложен оптический логический процессор,
работающий на принципе пространственной фильтрации. В двух выше-
Рис. 8.7. Потоки команд и потоки данных в архитектурах обработки
информации.
226
Часть III. Систолические процессоры и логические матрицы
1
О
в
.
в
л
Ajj В;, указанных методах два входных дво-
ичных изображения накладываются друг на друга; результат высвечивается
светодиодами или выделяется пространственной фильтрацией. Основная черта
обоих методов состоит в том, что одна логическая функция воздействует
параллельно на все элементы входного сигнала. Это означает, что описанные
выше методы относят к методу ОКМД.
Здесь описывается другой тип оптической двоичной логики, в котором
логические операции в различных точках пространства могут выполняться
параллельно [38]. Это обеспечивает оптическую реализацию архитектуры
мкмд.
Как в теневом методе, так и в методе пространственной фильтрации,
двоичное входное изображение пространственно закодировано. Данные
двоичного входного изображения Л и В разделяют на NXN квадратных ячеек.
Чтобы реализовать со-
Рис. 8.8. Принципы кодирования в квадратной ячейке.
А'
В В'
Рис. 8.9. Черно-белое кодирование двух входных изображений: а - два
входных изображения А и В; б - их закодированные двоичные образцы
А' я В'.
Глава 8. Архитектуры клеточной логики
227
стояние логических 1 и 0, каждую квадратную ячейчу делят на две
подъячейки. Принципы кодирования квадратных ячеек показаны на рис. 8.8.
Ячейки одного из входных двоичных изображений, обозначенные А, кодируются
в горизонтальном направлении, в то время как ячейки другого входного
двоичного образца, обозначенные В, кодируются в вертикальном направлении.
Существует много методов кодирования подъячеек, использующих коэффициенты
пропускания, поляризацию и рассеяние. Когда применяют методы кодирования
черное - белое или прозрачное - непрозрачное, входная ячейка разделяется
на изображения, составленные из черно-белых прямоугольников. Каждая
ячейка входного изображения А разделена по горизонтали на два
прямоугольника, которые закодированы черным цветом (непрозрачный) или
белым (прозрачный) в соответствии со своим значением. Другими словами,
если ячейка соответствует логической единице, верхняя подъячейка является
черной, или непрозрачной, а нижняя подъячейка - белой, или прозрачной.
Другое входное изображение В кодируется аналогичным образом, но оно
разделено на вертикальные прямоугольники. На рис. 8.9 приведены примеры
входных изображений, состоящих из 16x16 квадратных ячеек, и их
закодированные двоичные образцы А' и В'. Два пространственно
закодированных двоичных образца наложены друг на друга, в результате чего
получен закодированный логический образ, показанный на рис. 8.10.
Для того чтобы реализовать двоичную логику, используют особую
