Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач

Описан новый метод реализации параллельных логических вентилей. Реализация параллельной логики для двухградационных картин рассмотрена на основе топологической обработки информации....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Демёхин, В.В., Данилов, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2008
Schriftenreihe:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:	Электронные средства: исследования, разработки
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52404
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач / В.В. Демёхин, В.В. Данилов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2008. — № 2. — С. 21-24. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-52404
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-524042025-02-09T15:40:23Z Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач Топологічна обробка інформації системами штучного інтелекту при рішенні логічних задач The topologic information processing by the artificial intelligence systems for the logic tasks' solving Демёхин, В.В. Данилов, В.В. Электронные средства: исследования, разработки Описан новый метод реализации параллельных логических вентилей. Реализация параллельной логики для двухградационных картин рассмотрена на основе топологической обработки информации. 2008 Article Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач / В.В. Демёхин, В.В. Данилов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2008. — № 2. — С. 21-24. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52404 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки
spellingShingle	Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки Демёхин, В.В. Данилов, В.В. Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	Описан новый метод реализации параллельных логических вентилей. Реализация параллельной логики для двухградационных картин рассмотрена на основе топологической обработки информации.
format	Article
author	Демёхин, В.В. Данилов, В.В.
author_facet	Демёхин, В.В. Данилов, В.В.
author_sort	Демёхин, В.В.
title	Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач
title_short	Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач
title_full	Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач
title_fullStr	Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач
title_full_unstemmed	Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач
title_sort	топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Электронные средства: исследования, разработки
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52404
citation_txt	Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач / В.В. Демёхин, В.В. Данилов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2008. — № 2. — С. 21-24. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT demëhinvv topologičeskaâobrabotkainformaciisistemamiiskusstvennogointellektaprirešeniilogičeskihzadač AT danilovvv topologičeskaâobrabotkainformaciisistemamiiskusstvennogointellektaprirešeniilogičeskihzadač AT demëhinvv topologíčnaobrobkaínformacíísistemamištučnogoíntelektupriríšennílogíčnihzadač AT danilovvv topologíčnaobrobkaínformacíísistemamištučnogoíntelektupriríšennílogíčnihzadač AT demëhinvv thetopologicinformationprocessingbytheartificialintelligencesystemsforthelogictaskssolving AT danilovvv thetopologicinformationprocessingbytheartificialintelligencesystemsforthelogictaskssolving
first_indexed	2025-11-27T13:44:47Z
last_indexed	2025-11-27T13:44:47Z
_version_	1849951355420016640
fulltext	Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 2 21 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 07.03 2007 ã.�06.02 2008 ã. Îïïîíåíò ä. ò. í. Ñ. Ã. ÀÍÒÎÙÓÊ (ÎÍÏÓ, ã. Îäåññà) Â. Â. ÄÅÌ¨ÕÈÍ, ä. ò. í. Â. Â. ÄÀÍÈËÎÂ Óêðàèíà, Äîíåöêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò E-mail: kaf_radiofiziki@mail.ru Îïèñàí íîâûé ìåòîä ðåàëèçàöèè ïàðàë- ëåëüíûõ ëîãè÷åñêèõ âåíòèëåé. Ðåàëèçàöèÿ ïàðàëëåëüíîé ëîãèêè äëÿ äâóõãðàäàöèîí- íûõ êàðòèí ðàññìîòðåíà íà îñíîâå òî- ïîëîãè÷åñêîé îáðàáîòêè èíôîðìàöèè. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñîâðåìåííûõ ñèñòåì èñêóñ- ñòâåííîãî èíòåëëåêòà, ðåøàþùèõ çàäà÷è ëîãè÷åñêîé îáðàáîòêè èíôîðìàöèè, óïðàâëåíèÿ, ðàñïîçíàâàíèÿ îáðàçîâ è äð., ïîêà åùå çíà÷èòåëüíî óñòóïàåò ïðîèç- âîäèòåëüíîñòè ÷åëîâå÷åñêîãî ìîçãà. Òàê, íàïðèìåð, çíàêîìîå ëèöî â íåçíàêîìîì îêðóæåíèè ìîçã ðàñïî- çíàåò çà 100�200 ìñ. Äëÿ ðåøåíèÿ àíàëîãè÷íûõ çà- äà÷ êîìïüþòåðó òðåáóåòñÿ íåñêîëüêî äíåé [1]. Íåñìîò- ðÿ íà òî, ÷òî ñêîðîñòü ðåàêöèè íåéðîíîâ (10�3 ñ) íà 5�6 ïîðÿäêîâ ìåíüøå ñêîðîñòè ðåàêöèè êðåìíèå- âûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (10�9 ñ), ìîçã áûñòðåå è ëó÷øå ñïðàâëÿåòñÿ ñ ïîäîáíûìè çàäà÷àìè. Ýíåð- ãåòè÷åñêèå çàòðàòû ìîçãà íà âûïîëíåíèå îäíîé îïå- ðàöèè â ñåêóíäó ñîñòàâëÿþò îêîëî 10�16 Äæ, à çà- òðàòû ñàìîãî ýêîíîìíîãî êîìïüþòåðà ñåãîäíÿ íå îïóñêàþòñÿ íèæå 10�6 Äæ. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü è ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü ñèñòåìû èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâèñèò îò èñïîëüçóåìîé ýëåìåíòíîé áàçû. Íàèáîëåå ðàäèêàëüíûå ïîçèòèâíûå èçìåíåíèÿ ýëå- ìåíòíîé áàçû ìîãóò áûòü äîñòèãíóòû ïðèìåíåíèåì íîâûõ ñðåäñòâ è ìåòîäîâ îáðàáîòêè èíôîðìàöèè. Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ ðàñïîçíàâàíèÿ îáðàçîâ â [2] ïðåäëîæåí ìåòîä òîïîëîãè÷åñêîé îáðàáîòêè èíôîð- ìàöèè (ÒÎÈ). Åãî ñóùíîñòü çàêëþ÷àåòñÿ â àâòîìà- òè÷åñêîì èçìåíåíèè òîïîëîãèè ñòîõàñòè÷åñêèõ ñâÿ- çåé ìåæäó ýëåìåíòàìè ðàñïîçíàþùåé ñèñòåìû (ÐÑ), ïðè êîòîðîì âñå ïðåäúÿâëÿåìûå íà âõîä ÐÑ öèôðî- âûå èçîáðàæåíèÿ îêàçûâàþòñÿ ïðàâèëüíî ðàçäåëåí- íûìè íà äâà êëàññà. Îáó÷åíèå ÐÑ â [2] îñóùåñòâëÿ- ëîñü ñ ïîìîùüþ ÝÂÌ. Ýêñòðàïîëÿöèÿ ìåòîäà ÒÎÈ íà ïðîöåññû âûïîë- íåíèÿ ëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé ïîçâîëèò çàìåíèòü ÝÂÌ îïòè÷åñêèìè öèôðîâûìè óñòðîéñòâàìè, âûïîëíåí- íûìè íà ýëåìåíòíîé áàçå, àíàëîãè÷íîé ðàñïîçíàþ- ùèì ÒÎÈ-ñèñòåìàì [2]. Âñå ìíîãîîáðàçèå ôóíêöèé ÝÂÌ ìîæåò áûòü âûïîëíåíî ÷àñòüþ ýëåìåíòîâ è óçëîâ ÐÑ [2] áåç ñóùåñòâåííûõ èçìåíåíèé åå îáùåé ñòðóêòóðû. Öåëüþ äàííîé ñòàòüè ÿâëÿåòñÿ îïèñàíèå îñîáåí- íîñòåé ïîñòðîåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ëîãè÷åñêèõ ÒÎÏÎËÎÃÈ×ÅÑÊÀß ÎÁÐÀÁÎÒÊÀ ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÈ ÑÈÑÒÅÌÀÌÈ ÈÑÊÓÑÑÒÂÅÍÍÎÃÎ ÈÍÒÅËËÅÊÒÀ ÏÐÈ ÐÅØÅÍÈÈ ËÎÃÈ×ÅÑÊÈÕ ÇÀÄÀ× âåíòèëåé (ËÂ) íà îñíîâå ìåòîäà ÒÎÈ è îöåíêà èõ ïàðàìåòðîâ. Ïðè ðàñïîçíàâàíèè îáðàçîâ è ðåàëèçàöèè ëî- ãè÷åñêèõ ôóíêöèé äëÿ ìåòîäà ÒÎÈ õàðàêòåðíî: � ðàñùåïëåíèå âõîäíûõ ñèãíàëîâ ïî n îïòè÷åñ- êèì êàíàëàì (ÎÊ); � óñòàíîâëåíèå îïðåäåëåííîé òîïîëîãèè ñâÿçåé ìåæäó îïòè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè, ò. å. îáðàçîâàíèå ðàñïðåäåëåíèÿ ÎÊ ïî àäðåñàì äâóõìåðíîé èëè îä- íîìåðíîé ìàòðèöû, èñïîëíÿþùåé ðîëü ïðîñòðàí- ñòâåííîãî ôèëüòðà; � èçìåíåíèå òîïîëîãèè ñâÿçåé ìåæäó îïòè÷å- ñêèìè ýëåìåíòàìè ïîñðåäñòâîì áëîêèðîâàíèÿ è/èëè äîáàâëåíèÿ ÎÊ ïîä óïðàâëåíèåì âõîäíûõ ñèãíàëîâ; � îïðåäåëåíèå ðåçóëüòàòà îáðàáîòêè èíôîðìà- öèè ïî êîëè÷åñòâó îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, ïîñòóïàþ- ùèõ íà âûõîä ëîãè÷åñêîãî èëè ðàñïîçíàþùåãî óñòðîéñòâà, íå çàâèñÿùåãî îò èõ àìïëèòóäû, ôàçû, ïîëÿðèçàöèè è ò. ä. ×èñëî ñâÿçåé, âèä ðàñïðåäåëåíèÿ ÎÊ ïî àäðåñàì ìàòðèöû è õàðàêòåð èçìåíåíèÿ òîïîëîãèè ñâÿçåé çàâèñèò îò óñëîâèÿ ðåøàåìîé çàäà÷è. Ìåòîä ÒÎÈ ñïðàâåäëèâ è äëÿ ãàëüâàíè÷åñêèõ ñâÿçåé ñ çàìåíîé îïòè÷åñêèõ äèñêðåòíûõ ñèãíàëîâ íà ýëåêòðè÷åñêèå. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî â îñíîâå îäíîãî èç âàðèàíòîâ ïàðàëëåëüíîãî âûïîëíåíèÿ ëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé ëåæèò ðàññìàòðèâàåìûé íèæå ýôôåêò �ìíîãîöâåòíîé� ïàìÿòè [3, 4], äàëüíåéøåå èçëîæå- íèå îòíîñèòñÿ ê îïòè÷åñêîìó âàðèàíòó ÒÎÈ. Ïðîöåññû ðåàëèçàöèè ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé ìå- òîäîì ÒÎÈ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ÷àñòíûé ñëó- ÷àé ïðîöåññà ðàñïîçíàâàíèÿ îáðàçîâ èíòåëëåêòóàëü- íûìè ÒÎÈ-ñèñòåìàìè. Åäèíñòâî ýëåìåíòíîé áàçû è ïðîöåññîâ îáðàáîòêè èíôîðìàöèè äàåò ïðàâî ñ÷è- òàòü, ÷òî ÒÎÈ-ñèñòåìû èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà ñïîñîáíû íå òîëüêî êëàññèôèöèðîâàòü èçîáðàæåíèÿ, íî è ðåøàòü ðàçëè÷íûå àðèôìåòè÷åñêèå è ëîãè÷å- ñêèå çàäà÷è. Îäíàêî ïðèìåíåíèå ÒÎÈ ê ËÂ èìååò ðÿä ñïåöèôè÷åñêèõ îñîáåííîñòåé. Êàê è â ñëó÷àå ðàñ- ïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé ìåòîäîì ÒÎÈ, íà âõîä ËÂ ïîñòóïàåò èíôîðìàöèÿ â âèäå äèñêðåòíûõ îïòè÷å- ñêèõ ñèãíàëîâ. Êîëè÷åñòâî «èçîáðàæåíèé», ïðåäúÿâ- ëÿåìûõ â ëþáîì ïîðÿäêå, óìåíüøàåòñÿ äî ÷åòûðåõ: 00, 01, 10 è 11. ×èñëî êëàññîâ íà âûõîäå ËÂ òàêæå ðàâíî äâóì (êðîìå ñëó÷àåâ ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé 0 è 1), à êîëè÷åñòâî íåçàâèñèìûõ ÐÑ óâåëè÷èâàåòñÿ äî 16 (òàáë. 1). Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 2 22 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ Íàëè÷èå âñåãî ÷åòûðåõ «èçîáðàæåíèé» íà âõî- äå ïîçâîëÿåò çàìåíèòü ñòîõàñòè÷åñêèå ñâÿçè äåòåð- ìèíèðîâàííûìè è çíà÷èòåëüíî ñîêðàòèòü èõ êîëè- ÷åñòâî. Òîïîëîãèÿ ñâÿçåé, åå èçìåíåíèå è êîëè÷å- ñòâî ñâÿçåé çàâèñÿò îò âèäà ðåàëèçóåìîé ëîãè÷å- ñêîé ôóíêöèè. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìîñòü â ïîðîãî- âîì ýëåìåíòå, îáëàäàþùåì äâóìÿ óñòîé÷èâûìè ñîñòîÿíèÿìè, (â [2] åãî ðîëü èñïîëíÿåò ìàòðèöà àñ- ñîöèàòèâíûõ ýëåìåíòîâ) åñòü íå äëÿ âñåõ ËÂ. ×èñ- ëî ËÂ, íå èñïîëüçóþùèõ íåëèíåéíûå ýëåìåíòû, ðàâíî øåñòè, è îíè ðåàëèçóþò ëîãè÷åñêèå ôóíêöèè F0, F1, F3, F5, F7, F15. Áûñòðîäåéñòâèå ýòèõ ËÂ áó- äåò ìàêñèìàëüíûì, à êîëè÷åñòâî ýëåìåíòîâ � ìè- íèìàëüíûì, ïîñêîëüêó â èõ ñîñòàâ âõîäÿò ëèøü äâà âõîäíûõ ëàçåðíûõ äèîäà, ìóëüòèïëèêàòîð, ÎÊ è âûõîäíîé ëîãè÷åñêèé âåíòèëü È. Ìóëüòèïëèêàòîð ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ðàñùåïëåíèÿ ëàçåðíîãî ïó÷êà íà íåîáõîäèìîå ÷èñëî ïó÷êîâ. Îí ìîæåò áûòü âûïîëíåí íà îñíîâå ìàòðèöû ãîëîãðàìì [5], ñïåöèàëüíûõ èíòåãðàëüíî-îïòè÷åñêèõ ðàçâåòâè- òåëåé [6] èëè äðóãèõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì. ÎÊ ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàí êàê ÷åðåç îòêðûòîå ïðîñòðàíñòâî, òàê è íà îñíîâå îïòè÷åñêîãî âîëîêíà. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò È íà âûõîäå âñåõ ËÂ íà îñíîâå ÒÎÈ èìååò k=2�3 ïðîñòðàíñòâåííî ðàçäåëåííûõ âõîäà è äàåò íà âûõîäå 1, åñëè íà âñå k âõîäîâ ïîñòóïàåò îäíî- âðåìåííî k èëè áîëüøå îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, è 0, åñëè îïòè÷åñêèé ñèãíàë íå ïîñòóïàåò õîòÿ áû íà îäèí èç åãî âõîäîâ. Âðåìÿ ñîâåðøåíèÿ îäíîé ëîãè÷åñêîé îïåðàöèè t= tëä+ tð+ tôï, (1) Äëÿ îñòàëüíûõ äåñÿòè ËÂ ê âðåìåíè t íåîáõîäè- ìî äîáàâèòü åùå tï � âðåìÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ñâåòî- êëàïàííîé ÿ÷åéêè èç íåïðîïóñêíîãî ñîñòîÿíèÿ â ïðî- ïóñêíîå èëè íàîáîðîò. Íàèáîëüøàÿ çàäåðæêà ñèãíà- ëà ïðîèñõîäèò èìåííî íà ýòîì ïåðåêëþ÷àòåëüíîì ýëåìåíòå. Òàê, âðåìÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ æèäêîêðèñòàë- ëè÷åñêîãî óïðàâëÿåìîãî òðàíñïàðàíòà îêîëî 20 ìêñ [6]. Ñîçäàííûé íà îñíîâå èíòåðôåðîìåòðà Ôàáðè� Ïåðî òðàíñôàçîð [6] ìîæåò ïåðåêëþ÷àòüñÿ çà âðåìÿ, èçìåðÿåìîå äîëÿìè ïèêîñåêóíäû. Îäíàêî íà ïóòè ïðîìûøëåííîé ðåàëèçàöèè òðàíñôàçîðà è âû÷èñëè- òåëüíûõ óñòðîéñòâ íà åãî îñíîâå èìååòñÿ ðÿä òðóä- íîñòåé, îòìå÷åííûõ â [5]. Ïðèìåíåíèå ìåòîäà ÒÎÈ âîçìîæíî êàê â ñõå- ìàõ â èíòåãðàëüíîì èñïîëíåíèè, òàê è â îï- òîýëåêòðîííûõ ñèñòåìàõ, èñïîëüçóþùèõ äâóõìåð- íûå âõîäíîé è âûõîäíîé êàíàëû. Ïàðàëëåëüíûé äî- ñòóï ê ëîãè÷åñêèì ýëåìåíòàì îïòîýëåêòðîííîé ñõå- ìû ïîçâîëÿåò ïîäíÿòü ôóíêöèîíàëüíóþ ïðîèçâîäè- òåëüíîñòü ýòîé ñõåìû. Îáùåå ÷èñëî èíäèâèäóàëüíî óïðàâëÿåìûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ëàçåðíûõ äèîäîâ è ôîòîïðèåìíûõ ýëåìåíòîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ ìàò- ðèö ñîèçìåðèìî ñ ÷èñëîì ËÂ (106�108) [6]. Îïòè- ÷åñêèå ñõåìû ËÂ íà îñíîâå ÒÎÈ ïî êîíñòðóêòèâ- íûì îñîáåííîñòÿì ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå ðàâíûå ãðóïïû. Ê ïåðâîé îòíîñÿòñÿ ËÂ, êîòîðûå äàþò íà âûõîäå 0, ïðè âõîäå 00 (ñì. ôóíêöèè F0�F7). Òè- ïè÷íûì ïðåäñòàâèòåëåì ýòîé ãðóïïû ÿâëÿåòñÿ îï- òè÷åñêàÿ ñõåìà ËÂ, ðåàëèçóþùàÿ ëîãè÷åñêóþ ôóíê- öèþ F5=B (ðèñ. 1, à). Äëÿ ðåàëèçàöèè ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé äîñòàòî÷- íî îáðàçîâàòü îïòè÷åñêèå ñâÿçè ñ äâóìÿ-÷åòûðüìÿ ÿ÷åéêàìè ïðîñòðàíñòâåííîãî ôèëüòðà (çà èñêëþ÷å- íèåì F9), ÷àñòü êîòîðûõ áóäåò âñåãäà îòêðûòà. Ëîãè÷åñêèå óñòðîéñòâà ôóíêöèé F0=0, F1=A·B, F3=A, F5=B, F7=A+B, è F15=1 òàêæå íå èìåþò ïîðî- ãîâûõ íåëèíåéíûõ ýëåìåíòîâ, ïðèíàäëåæàùèõ ê ñèñòåìå ôèëüòðàöèè (ÑÔ) (ðèñ. 1, á) è îñóùåñòâëÿ- Âõîä Âûõîä À Â F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 ÏË 0 A B⋅ A B⋅ A A B⋅ B A B⊕ A B+ A B+ A B⊕ B A B+ A A B+ A B⋅ 1 Çäåñü: ÏË � ïîëîæèòåëüíàÿ ëîãèêà; · � ëîãè÷åñêîå ïðîèçâåäåíèå (È); + � ëîãè÷åñêàÿ ñóììà (ÈËÈ); ⊕ � îïåðàöèÿ ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ; � � ëîãè÷åñêîå îòðèöàíèå (ÍÅ). Òàáëèöà 1 Ëîãè÷åñêèå ôóíêöèè äâóõ ïåðåìåííûõ ãäå tëä � tð � tôï � âðåìÿ èçëó÷åíèÿ ëàçåðíîãî äèîäà; âðåìÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà ïî ÎÊ; âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ ôîòîïðèåìíèêà ëîãè÷åñêîãî âåí- òèëÿ È. à) x y 1 2 3 È á) ËÇ ÑÔ ÀÌ È x y z Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíûå ñõåìû îäíîñëîéíûõ ëîãè÷åñêèõ óñòðîéñòâ ÒÎÈ: x, y, z � âõîäíûå ÿ÷åéêè; ÑÔ � ñèñòåìà ôèëüòðàöèè ñèãíàëîâ; ËÇ � ëèíèÿ çàäåðæêè; ÀÌ � ìàòðèöà àññîöèàòèâíûõ ýëåìåí- òîâ; È � ëîãè÷åñêèé âåíòèëü Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 2 23 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ þùèõ ïðîñòðàíñòâåííóþ ôèëüòðàöèþ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ïîä óïðàâëåíèåì âõîäíûõ ñèãíàëîâ. Ñõåìû ëîãè÷åñêèõ óñòðîéñòâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðåàëèçàöèè ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé, ïðèíèìàþùèõ çíà÷åíèå 1 ïðè çíà÷åíèè íà âõîäå 00, èìåþò òðè âõîä- íûõ ÿ÷åéêè, ðàñïîëîæåííûå â ïëîñêîñòè ìàòðèöû âõîäîâ è ïÿòü ÿ÷ååê àññîöèàòèâíîé ìàòðèöû ÀÌ (ðèñ. 1, á). ÑÔ ñîñòîèò èç ñâåòîâîäíûõ îòâåòâèòåëåé [6], ðàñïîëîæåííûõ ïåðåä ìàòðèöåé âõîäíûõ ýëåìåí- òîâ, ëèíèé çàäåðæêè (ËÇ) è ïåðåêëþ÷àåìîãî ýëåìåí- òà (çàøòðèõîâàí). Ïðè îäíîâðåìåííîì äåéñòâèè äâóõ èëè òðåõ âõîäíûõ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ïåðåêëþ÷à- åìûé ýëåìåíò ñòàíîâèòñÿ íåïðîçðà÷íûì ê ìîìåíòó èõ ïîñòóïëåíèÿ íà ÀÌ, òàê êàê óïðàâëÿþùèå îòâåò- âëåííûå ñèãíàëû ïîñòóïàþò íà íåãî ðàíüøå. Ýòà çà- äåðæêà âî âðåìåíè íà âåëè÷èíó τ, ðàâíóþ âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ ïåðåêëþ÷àåìîãî ýëåìåíòà, îáåñïå÷èâà- åòñÿ ËÇ. Â òàáë. 2 ïðèâåäåíû ðàñïðåäåëåíèÿ âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ïî àäðåñàì ÀÌ âñåõ øåñòíàäöàòè ËÂ (ñì. òàáë. 1). Ôóíêöèè ïðèâåäåíû â âåðõíåé ñòðîêå òàáë. 2. Êàæäîé ïîñëåäóþùåé ñòðîêå ñîîòâåòñòâóåò ñî÷åòà- íèå îïåðàíäîâ ïåðâûõ äâóõ ñòîëáöîâ òàáë. 1. Ëîãè÷åñêèå âåíòèëè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé óïðî- ùåííûé âàðèàíò ðàñïîçíàþùåé ÒÎÈ-ñèñòåìû. Óïðîùåíèå çàêëþ÷àåòñÿ â óìåíüøåíèè ÷èñëà ÿ÷ååê ÀÌ è ñîîòâåòñòâóþùèõ èì ñâÿçåé, îòñóòñòâèè ïðåä- âàðèòåëüíîé ôèëüòðàöèè ñèãíàëîâ, à ïðè ðåàëèçà- öèè ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé F0, F1, F3, F5, F7, F15 � â ïîëíîì îòñóòñòâèè ôèëüòðóþùèõ ýëåìåíòîâ. Ïîñ- ëåäíåå îáñòîÿòåëüñòâî, à òàêæå îòñóòñòâèå ñâåòîê- ëàïàííûõ ÿ÷ååê ïðèìåðíî ó ïîëîâèíû ÿ÷ååê ÀÌ, ïðèíàäëåæàùèõ îñòàëüíûì äåñÿòè ËÂ, ïîçâîëèëè çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü òàêòîâóþ ÷àñòîòó è, ñëåäî- âàòåëüíî, ýíåðãåòè÷åñêóþ äîáðîòíîñòü è ïëîòíîñòü îáðàáîòêè èíôîðìàöèè. Âûïîëíåíî ñðàâíåíèå ýôôåêòèâíîñòè îáðàáîò- êè èíôîðìàöèè ÒÎÈ-ñèñòåìàìè ñ îïòîýëåêòðîííû- ìè öèôðîâûìè âû÷èñëèòåëüíûìè ñèñòåìàìè è ñè- ñòåìàìè öèôðîâîé ýëåêòðîíèêè ïî òàêèì ïàðàìåò- ðàì êàê ïëîòíîñòü îáðàáîòêè èíôîðìàöèè è ýíåð- ãåòè÷åñêàÿ äîáðîòíîñòü. Ñîãëàñíî [6], äëÿ âîçäóø- íî-îõëàæäàåìûõ èíòåãðàëüíûõ ñõåì ïðåäåëüíîå ÷èñëî îïåðàöèé â ñåêóíäó (îï./ñ) íà åäèíèöó ïëî- ùàäè ñõåìû ñîñòàâëÿåò N=1010 îï./ñ. Çà ñ÷åò ïàðàë- ëåëüíîé îðãàíèçàöèè â îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷å- ñêèõ ñõåìàõ [6] óäàåòñÿ ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëü- íîñòü äî N=1012 îï./ñ, à â îïòè÷åñêèõ öèôðîâûõ ìíî- ãîêàíàëüíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâàõ [5] � äî 1013 îï./ñ. Â îïòîýëåêòðîííûõ ñõåìàõ íà îñíîâå ÒÎÈ âõîä- íîé è âûõîäíîé êàíàëû ê ëîãè÷åñêîé ñõåìå òàêæå ÿâëÿþòñÿ äâóõìåðíûìè, ÷òî îáåñïå÷èâàåò îäíîâðå- ìåííûé äîñòóï êî âñåì ýëåìåíòàì ñõåìû. Â îòëè- ÷èå îò îïòîýëåêòðîííûõ ñõåì [6], ïëîùàäü ïðîñòðàí- ñòâåííî-âðåìåííûõ ìîäóëÿòîðîâ ñâåòà, áëîêèðóþ- ùèõ ÷àñòü ÿ÷ååê ÀÌ, â áåçëèíçîâûõ ÒÎÈ-ñèñòåìàõ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, óìåíüøàåòñÿ òàêæå ðàçíîñòü õîäà â îïòè÷åñêîé ñèñòåìå (íå ïðåâûøàåò ðàçìåðîâ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ L). Âðåìåííîå ðàññîãëàñîâà- íèå äëÿ ðàçëè÷íûõ ýëåìåíòîâ òàêîé ñèñòåìû äîëæ- íî áûòü íå áîëåå îïðåäåëåííîé äîëè γ îò òàêòîâîãî ïåðèîäà T=1/fτ. Ïðè γ=1/30 ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìàÿ òàêòîâàÿ ÷àñòîòà fτ=γc/L=1010 Ãö ïðè L=10�3 ì, ÷òî â 102 ðàç áîëüøå, ÷åì â [6]. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ äîáðîò- íîñòü âûðàæàåòñÿ ÷èñëîì îïåðàöèé íà åäèíèöó çà- òðà÷åííîé ýíåðãèè: K=m/PT, (2) Òàêèì îáðàçîì, ïðè òåõ æå çíà÷åíèÿõ P è m ýíåð- ãåòè÷åñêàÿ äîáðîòíîñòü ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ âîç- ðàñòåò â 102 ðàç. Ïëîòíîñòü îáðàáîòêè èíôîðìàöèè ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà Ê, ïîýòîìó îíà òàêæå âîç- ðàñòåò â 102 ðàç. Ïàðàëëåëüíàÿ îáðàáîòêà áîëüøèõ ìàññèâîâ äàí- íûõ ìåòîäîì ÒÎÈ ìîæåò áûòü îðãàíèçîâàíà êàê ïó- òåì ðåàëèçàöèè êàðòèííîé ëîãèêè (â ðåçóëüòàòå äåé- ñòâèÿ íàä äâóõãðàäàöèîííûìè êàðòèíàìè íà âûõî- äå òàêæå ïîëó÷àåòñÿ äâóõãðàäàöèîííîå èçîáðàæå- íèå), òàê è ïóòåì èñïîëüçîâàíèÿ îäíîâðåìåííîé îá- ðàáîòêè èíôîðìàöèè ïî íåñêîëüêèì ñïåêòðàëüíûì êàíàëàì (ëîãè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ìíîãîãðàäàöèîííûõ 0 0F = 1F A B= ⋅ 2F A B= ⋅ 3F A= 4F A B= ⋅ 5F B= 6F A B= ⊕ 7F A B= + 8F A B= + 1 2 1 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 1 2 3 4 1 2 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Òàáëèöà 2 9F A B= ⊕ 10F B= 11F A B= + 12F A= 13F A B= + 14F A B= ⋅ 15 1F = 1 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Òàáëèöà 2 (ïðîäîëæåíèå) ãäå m � P � êîýôôèöèåíò ðàçâåòâëåíèÿ ñèãíàëà íà âûõîäå ñèñòåìû; ìîùíîñòü èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 2 24 ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ êàðòèí). Êîëè÷åñòâî ïàðàëëåëüíûõ ïîòîêîâ äàííûõ Ω, îáðàáàòûâàåìûõ â äâóõìåðíîé îáëàñòè, ðàâíî îòíîøåíèþ ïîëíîãî êîëè÷åñòâà ÿ÷ååê ÀÌ ê ñðåäíå- ìó êîëè÷åñòâó ÿ÷ååê îäíîãî ëîãè÷åñêîãî âåíòèëÿ. Â ïðèâåäåííûõ âûøå ïðèìåðàõ êîëè÷åñòâî ÿ÷ååê ýòèõ ýëåìåíòîâ ðàâíÿëîñü 3�4. Åñëè ëèíåéíûé ðàçìåð îäíîé ÿ÷åéêè ÀÌ îêîëî 10 ìêì, òî ÀÌ ðàç- ìåðîì 1×1 ñì ñîäåðæèò îêîëî 106 ÿ÷ååê è Ω≈3·105. Ïðè èñïîëüçîâàíèè äëÿ ïàðàëëåëüíîé îáðàáîò- êè èíôîðìàöèè n äèñêðåòíûõ çíà÷åíèé äëèíû âîë- íû λ1, λ2, λ3,�, λn, êîëè÷åñòâî áèòîâ, îäíîâðåìåí- íî îáðàáàòûâàåìûõ êàæäîé ÿ÷åéêîé, âîçðàñòåò åùå â n ðàç. Åñëè ÀÌ ñîñòîèò èç îòðàæàòåëüíûõ ýëåìåí- òîâ, òî äëÿ òàêîé n-óðîâíåâîé îáðàáîòêè òðåáóåòñÿ, ÷òîáû êàæäàÿ ÿ÷åéêà ìîãëà ïðèíèìàòü 2n áèíàðíûõ ñîñòîÿíèé. Íàïðèìåð, äëÿ n=3 ýòî 0 0 0, 0 0 1, 0 1 0, 0 1 1, 0 1 0, 1 0 1, 1 1 0, 1 1 1. Êàæäûé 0 ñîîòâåòñòâóåò çíà÷åíèþ êâàäðàòà ìîäóëÿ êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ñâåòà 2 min ,r à 1 � çíà÷åíèþ 2 max r íà ñîîòâåòñòâóþ- ùåé äëèíå âîëíû. Â ðàáîòå [3] áûëà ïîêàçàíà äîñ- òèæèìîñòü òàêèõ áèíàðíûõ ñîñòîÿíèé äëÿ n=2 è n=3, à â ðàáîòå [4] äëÿ n≈10. Èñïîëüçîâàíèå äâîéíîãî ïàðàëëåëèçìà (ïî ñïåê- òðó è ïî äâóõìåðíîìó ðàñïîëîæåíèþ ËÂ) ïðè âû- ïîëíåíèè ëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé ìåòîäîì ÒÎÈ ïîçâî- ëÿåò îñóùåñòâëÿòü áîëåå ìèëëèîíà îïåðàöèé çà îäèí òàêò, ÷òî ïðè òàêòîâîé ÷àñòîòå 1010 Ãö äàåò ïðîèçâî- äèòåëüíîñòü ìàòðè÷íîãî ÒÎÈ-ïðîöåññîðà 1016 îï./ñ. *** Ðàññìîòðåííàÿ ðàñïîçíàþùàÿ ñèñòåìà, îñíîâàí- íàÿ íà àâòîìàòè÷åñêîì èçìåíåíèè òîïîëîãèè îïòè- ÷åñêîé èëè ãàëüâàíè÷åñêîé ñâÿçè, ìîæåò îäíîâðå- ìåííî âûïîëíÿòü ôóíêöèè àðèôìåòè÷åñêîãî è ëî- ãè÷åñêîãî óñòðîéñòâ ïðè ñîîòâåòñòâóþùåé íàñòðîéêå ôèëüòðàöèè êàíàëîâ ñâÿçè íà îòâåäåííûõ äëÿ ýòîãî ó÷àñòêàõ ÀÌ. Ïîñòðîåíèå ìåòîäîì ÒÎÈ ïðîñòûõ è áûñòðîäåéñòâóþùèõ ëîãè÷åñêèõ óñòðîéñòâ ïîçâîëÿ- åò ñîçäàâàòü ìàòðè÷íîå àðèôìåòè÷åñêîå óñòðîéñòâî ñ àíàëîãè÷íûìè ïàðàìåòðàìè. Ýôôåêò �ìíîãîöâåò- íîé� ïàìÿòè äàåò âîçìîæíîñòü ðåàëèçîâàòü îïòè÷å- ñêèìè ìåòîäàìè ïàðàëëåëüíóþ ëîãèêó íàä ìíîãîãðà- äàöèîííûìè ïåðåìåííûìè. Èñïîëüçîâàíèå �ìíîãî- öâåòíîãî� ýôôåêòà ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðîèçâîäè- òåëüíîñòü ËÂ äî 1016 îï./ñ. Ïðåèìóùåñòâîì ìåòîäà ÒÎÈ ÿâëÿåòñÿ âîçìîæ- íîñòü ðåàëèçàöèè ïîëíîãî íàáîðà ëîãè÷åñêîé ôóíê- öèè â îäíîñëîéíîé ÒÎÈ-ñèñòåìå, à òàêæå îòñóòñòâèå ïðîáëåìû ëèíåéíîé ðàçäåëèìîñòè ôóíêöèé, ñâîé- ñòâåííîé îäíîñëîéíîé íåéðîííîé ñåòè. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Õàéêèí Ñ. Íåéðîííûå ñåòè.� Ì.�Ñ.-Ïåòåðáóðã�Êèåâ: Èçä. äîì �Âèëüÿìñ�, 2006. 2. Äåìåõèí Â. Â., Äàíèëîâ Â. Â. Ðàñïîçíàâàíèå çðèòåëüíûõ îáðàçîâ íà îñíîâå òîïîëîãè÷åñêîé îáðàáîòêè èíôîðìàöèè // Òåõ- íîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2007.� ¹ 3.� Ñ. 24�29. 3. Äåìåõèí Â. Â. Âåðòèêàëüíàÿ çàïèñü èíôîðìàöèè äëÿ îï- òè÷åñêèõ ÇÓ // Àâòîìåòðèÿ.� 1997.� ¹ 6.� Ñ. 67�71. 4. Äåìåõèí Â. Â. Îáðàáîòêà, ïåðåäà÷à è õðàíåíèå k-óðîâíå- âîé èíôîðìàöèè ïðè èñïîëüçîâàíèè m-÷àñòîòíûõ (m>k) îïòè- ÷åñêèõ ñèãíàëîâ // Ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû è ýëåêòðîííûå ñèñ- òåìû.� 2001.� ¹ 5.� Ñ. 64�67. 5. Âåðáîâåöêèé À. À. Ñîâðåìåííûå íåòðàäèöèîííûå ìåòîäû ïîñòðîåíèÿ öèôðîâûõ ìíîãîêàíàëüíûõ îïòè÷åñêèõ ëîãè÷åñêèõ ñõåì // Çàðóáåæíàÿ ðàäèîýëåêòðîíèêà. Óñïåõè ñîâðåìåííîé ðà- äèîýëåêòðîíèêè.� 1998.� ¹ 4.� Ñ. 16�48. 6. Âåðáîâåöêèé À. À. Ñîâðåìåííûå ìåòîäû ñîçäàíèÿ îïòè- ÷åñêîé öèôðîâîé âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè // Òàì æå.� 1999.� ¹ 6.� Ñ. 12�51. ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ Í Î Â Û Å Ê Í È Ã È Òîìàñè Ó. Ýëåêòðîííûå ñèñòåìû ñâÿçè. Ì.: Òåõíîñôåðà, 2007.� 1360 ñ. Ñïðàâî÷íîå ðóêîâîäñòâî ïî ñîâðåìåííûì ñðåäñòâàì ýëåêòðîñâÿçè îõâàòûâàåò ðàçëè÷íûå àñïåêòû òåõíîëîãèé ïåðåäà÷è è îáðàáîòêè èíôîðìàöèè, ìåòîäîâ ïðèåìà è ãåíåðàöèè ñèãíàëîâ, àíàëîãîâîé è öèôðîâîé ìîäóëÿöèè, ïåðåäà÷è ïî ïðîâîäíûì è âîëîêîííî-îïòè÷åñêèì ëèíèÿì, ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàäèîâîëí, ñïóò- íèêîâîé, ñîòîâîé è ðàäèîðåëåéíîé ñâÿçè, ïðîòîêîëîâ ïåðåäà÷è äàííûõ, òåëå- ôîíèè, êîììóòàöèè è ñèãíàëèçàöèè. Ïðè áåñïðåöåäåíòíîé øèðîòå îõâàòà, ìàòåðèàë èçëîæåí êîìïàêòíî, äîñòóïíî, ÿñíî è ñ òîíêèì ïîíèìàíèåì ñóòè ðàññìàòðèâàåìûõ âîïðîñîâ, èçâåñòíîé îáû÷- íî òîëüêî óçêîìó êðóãó ñïåöèàëèñòîâ äàííîãî íàïðàâëåíèÿ. Â ÷àñòíîñòè, îá- ñóæäàþòñÿ äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè ðàññìàòðèâàåìûõ òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé, èñïîëüçîâàíû ïîÿñíÿþùèå ÷èñëîâûå ïðèìåðû. Èçäàíèå ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ øèðîêîãî êðóãà ÷èòàòåëåé, âêëþ÷àÿ ðàäèîëþáè- òåëåé, ñòóäåíòîâ, ïðåïîäàâàòåëåé, ðàçðàáîò÷èêîâ àïïàðàòóðû è ïðîåêòèðîâ- ùèêîâ. Îñîáûé èíòåðåñ êíèãà ïðåäñòàâëÿåò äëÿ ñïåöèàëèñòîâ ïî ñèñòåìíîé èíòåãðàöèè óñëóã ñâÿçè, ïðåäîñòàâëÿÿ íåîáõîäèìóþ ñïðàâî÷íóþ èíôîðìàöèþ äëÿ êîìïëåêñíîé îöåíêè ïðîåêòèðóåìûõ ñåòåé ñâÿçè.

Топологическая обработка информации системами искусственного интеллекта при решении логических задач

Institution

Ähnliche Einträge