三值光计算机基本原理和实验

三值光计算机研究是众多新型计算机研究中的一种,笔者的研究目的是尽快构造出充分发挥光的优点、实际可行、通用性强的光计算机.这项研究一方面在理论上较全面地论证了三值光计算机的原理及其主要部件的结构、所用器件和工作原理,阐明了用现有器件实现这个光计算机的可行性.另一方面在实验上由简入繁不断验证理论研究的结果,完成的一系列实验为最终制作样机打下基础.目前在理论和实验上获得的结果都支持"三值光计算机是比较容易实现的未来计算机系统"这一结论.     

三值光计算机的数值表示及其基本算法

分析和比较了几种适合三值光计算机实现的数值表示及其基本算法，将基于平衡三进制的数值表示及其运算方法引入了三值光计算机，为研究和实现三值光计算机的各种算术运算部件提供了数学理论基础。采用平衡三进制，正负数的表达形式具有统一性和对称性，消除了符号位，有效简化了有符号数的数值处理过程，加减法运算使用同一部件实现，可设计出各种简单、高效且具有对称性的算术运算部件，简化了三值光计算机的硬件结构和指令系统。     

三值光计算机的数值表示及其基本算法

分析和比较了几种适合三值光计算机实现的数值表示及其基本算法,将基于平衡三进制的数值表示及其运算方法引入了三值光计算机,为研究和实现三值光计算机的各种算术运算部件提供了数学理论基础。采用平衡三进制,正负数的表达形式具有统一性和对称性,消除了符号位,有效简化了有符号数的数值处理过程,加减法运算使用同一部件实现,可设计出各种简单、高效且具有对称性的算术运算部件,简化了三值光计算机的硬件结构和指令系统。     

三值光计算机的对称三进制半加器原理设计

提出了在三值光计算机中采用对称三进制半加器的观点，设计了支持这个观点的半加器结构原理图。与传统二进制电子计算机加法器相比，该设计体现了对称三进制表示将加法运算和减法运算合而为一的优点，避免了补码运算。论述了对称三进制加法运算的规律，介绍了所设计半加器的工作原理，为三值光计算机逻辑运算器以及后续研究提供了理论指导意义。     

三值光计算机多位编码器与解码器的可行性实验研究

该文介绍的实验实现了用普通分离元件(偏振片、液晶、透镜、分光镜)构建三值光计算机的多位编码器与解码器,从而验证了三值光信号编码器与解码器的可行性。为验证三值光计算机理论的后续实验奠定了基础。     

基于三值光学处理器的加法算法研究

加法运算是最基本的运算。随着运算数字长度的增加,级联加法器所产生的进位传播导致计算速度的严重下降,学者们提出多种多样的解决方法,其中使用光学方法解决加法进位问题因其并行性独具优势而受到肯定。文中对加法的实现方法进行了分析,并指出简单套用先行进位等算法思想对于三值光计算机不适合,探索适合三值光计算机的光学处理器的加法算法-MSD加法,结合处理器液晶阵列104以上的数据位数,找到更适合三值光计算机特点的加法算法。     

三值光计算机编码器与解码器原理的实验研究

用普通分离元件(偏振片、液晶、透镜、分光镜)完成了一位三值光信号的编码与解码实验。实验证实了三值光计算机编码器与解码器原理的正确性和可行性。该实验为实现三值光计算机其他核心部件的实验奠定了基础。     

三值光计算机百位量级编码器的实现

文中给出了使用两块液晶阵列和偏振器实现百位量级三态光编码器的方法。该实验中利用MCS-51系列单片机对两块液晶的控制,实现了百位量级电信号表示的二值信息到百位量级光信号表示的三值信息的转换。实验结果证明了三值光计算机编码器理论的正确性。该编码器为三值光计算机后续部件的研究和实现打下了坚实基础。     

三值光计算机百位量级编码器的实现

文中给出了使用两块液晶阵列和偏振器实现百位量级三态光编码器的方法。该实验中利用MCS-51系列单片机对两块液晶的控制，实现了百位量级电信号表示的二值信息到百位量级光信号表示的三值信息的转换。实验结果证明了三值光计算机编码器理论的正确性。该编码器为三值光计算机后续部件的研究和实现打下了坚实基础。     

基于三值光计算机的并行无进位加法

在三值光计算机(其核心是一块体积为38.0×65.5×2.2 mm~3、能耗为0.3mw的单色液晶显示器及其两侧的偏振片)上以全并行方式实现了两向量无进位光学加法。为利用光的并行性,在MSD(Modified Signed-Digit)数字系统上通过定义4个变换,分3步实现了全并行无进位加法。加法所需时间与操作数的位数无关。通过实验证明了三值光计算机并行无进位加法运算的可行性和正确性。该系统能以全并行的方式完成两个680位的MSD数加法运算。     

一种改进的三值光学计算机MSD无进位加法器的原理与实现

三值光学处理器是三值光学计算机中最重要的器件,人们对此进行了许多研究。目前,基于MSD的三值光学计算机加法器主要是将加数和被加数改写为MSD数,进行T,W变换,再进行丫,W,变换,然后进行T变换,实现无进位加法运算。针对这一种计算方法进行改进,提出了以先进行1', W变换,再进行,T',W'变换,然后进行w'变换的方式进行无进位加法运算的方法。理论和实验证明了此方法的可行性与正确性。通过这种方式,从某种角度看可以减少光学加法器中基元的数量,降低实现的难度,为设计光学加法器提供了的新思路。     

C51单片机在三值光计算机编码器中的应用

采用C51单片机作为三值光计算机编码器的控制核心,实现了可以长时间稳定工作的三值光计算机编码器模型。C51单片机主要完成了与上位机通信和控制液晶单元工作的功能。文中从硬件和软件两个方面对使用的单片机系统进行了详细讨论,着重介绍了单片机系统中硬件的设计、实现方法和软件流程及核心程序段。实验结果表明该系统性能稳定可靠,目前已在360位的三值逻辑光学处理器模拟机中使用。