Синтез элементов троичной логики на основе объемного многоканального органического RGB диода
Сравнение двоичного и троичного аналого-цифрового преобразователя. Описание метода кодировки цветов с помощью троичной логики на основе многоканального объемного органического RGB диода, позволяющего выполнять несколько троичных операций одновременно.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.04.2019 |
Размер файла | 1001,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Синтез элементов троичной логики на основе объемного многоканального органического RGB диода
А.М. Бобрешов, Е.В. Золотухин, А.Г.Кошелев Воронежский Государственный Университет
Аннотация
Рассмотрен метод кодировки цветов с помощью троичной логики на основе многоканального объемного органического RGB диода, позволяющий выполнять несколько троичных операций одновременно. Кроме того, результат уже выполненной троичной операции после обработки фотодетекторами может поступать в виде напряжения на аноды других сегментов того же диода. За счет этого для реализации последовательности операций понадобится всего лишь один многоканальный излучающий элемент.
Ключевые слова: троичная логика, триттер, многоканальный светоизлучающий диод, троичный оптический процессор, RGB-воксел.
Abstract
The method of the coding of colours by means of figurative logic on the basis of multichannel volume organic RGB the diode is offered, allowing to carry out some figurative operations simultaneously. Besides, the result of already executed figurative operation after processing by photodetectors can arrive in the form of pressure on anodes of other segments of the same diode. At the expense of it for realisation of sequence of operations one radiating element is required only.
Keywords: the figurative logic, триттер, multichannel светоизлучающий the diode, the figurative optical processor, RGB-voksel.
Введение
Переход к цифровым методам и устройствам обработки, хранения и передачи видеоинформации, обусловленный, прежде всего, прогрессом в области создания новых технологий производства высокоэффективных изделий электронной техники, позволил значительно улучшить качество воспроизводимого изображения, увеличить число телевизионных программ, расширить диапазон исследований в области создания телевизоров и дисплеев нового поколения, включая трехмерные.
Однако наряду с повышением техническо-экономических характеристик вышеупомянутых устройств существенно возрос и объем обрабатываемой и передаваемой ими информации. Например, для обработки и передачи трехмерных изображений, содержащих в глубину экрана сотни слайсов (слоев или кадров), использование традиционной двоичной системы счисления, становится малоэффективным. За последнее десятилетие для увеличения скорости вычислений и передачи информации, а также для цифровой и оптической реализации недвоичных арифметических операций применялись разные представления недвоичных чисел, таких как многозначные числа с фиксированной запятой, числа системы остаточных классов, избыточные числа и знаковые числа [1].
Анализ опубликованных материалов позволяет утверждать, что одно из направлений исследований на сегодняшний день - построение алгоритмов обработки данных на основе троичной логики, а также создание на их основе новых типов цифровых устройств, в особенности квантовых и оптических компьютеров.
1. Сравнение двоичной и троичной логики
Целесообразность применения троичной логики исходит из того, что согласно теории [2], наибольшей удельной плотностью записи информации обладает система счисления с основанием равным основанию натуральных логарифмов, то есть равным числу Эйлера (е = 2,71…). В ней также приведено доказательство теоремы о представлении некоторого числа n минимальным набором символов в определенной системе счисления. С математической точки зрения доказательство сводится к поиску экстремума функции
,(1)
где n представляется минимальным набором символов в определенной системе счисления.
На рис. 1 приведен график этой функции для n = 8. Из него следует, что из целочисленных систем счисления наибольшей плотностью записи информации обладает троичная система счисления. Поэтому при одинаковом числе аппаратных элементов - инверторов, троичные ЭВМ (компьютеры) имеют большую удельную ёмкость памяти и большую удельную производительность процессора, чем двоичные компьютеры.
Так, опираясь на данное утверждение, ученым МГУ Н.П. Брусенцовым, в 60-х годах прошлого века был разработан первый в мире уникальный троичный компьютер [2- 4].
Основные характеристики, определяющие ценность троичного кода и трехзначной логики по сравнению с двоичной логикой [5]:
· Меньшее число разрядов, необходимое для представления числа.
· Троичная система счисления вмещает больший диапазон чисел.
· Экономичность системы счисления при ее практической реализации.
Рис. 1. Функция, характеризующая компактность систем счисления по основанию x
Преимущество троичного представления данных, по сравнению с двоичным по всем этим пунктам, можно показать на примере преобразования аналогового сигнала в цифровой код. Для этого рассмотрим и сравним динамический диапазон троичного и двоичного аналого-цифровых преобразователей (АЦП).
Для двоичного и для троичного АЦП, соответственно, где Uоп - опорное напряжение, N - разрядность АЦП. Мощности шума квантования соответственно для двоичного и для троичного АЦП имеют вид:
(2)
Среднеквадратичный шум троичного АЦП на основе формул (2) определяется как:
(3)
Максимальный сигнал для троичного АЦП есть:
(4)
На основании соотношений (4) динамический диапазон троичного АЦП можно оценить, как:
,
что в логарифмической шкале записывается в виде:
(5)
Для динамического диапазона двоичного АЦП справедливо известное соотношение:
(6)
На основании (6) можно сделать вывод: для представления данных с одинаковой точностью требуется в 1,58 раза меньше троичных разрядов, чем двоичных. Снижение числа разрядов в устройстве последовательного действия за счет троичного представления данных приводит к уменьшению времени выполнения операций примерно в 1,5 раза по сравнению с двоичным кодированием, что, например, в случае матричного умножителя, обусловлено уменьшением числа последовательных сложений.
В таблице 1 приведены характеристики двоичных и троичных АЦП.
Таблица 1. Сравнение троичных и двоичных АЦП
Разрядность |
Кол-во дискретных значений |
Диапазон входных значений |
Разрешение по напряжению, В (шаг квантования) |
||
Двоичное АЦП |
8 бит |
28 = 256 (0…255) |
(0-1)В |
0,039 |
|
Троичное АЦП |
8 трит |
38 = 6561 (0…6560) |
(0-1)В |
1,5Ч10-4 |
|
Троичное АЦП |
5 трит |
35 = 243 (0…242) |
(0-1)В |
0,043 |
Минимальная единица информации в троичной системе счислении получила название трит. Значения трита могут быть различны, например: 0,1,2 либо -1,0,+1.
Таким образом, троичное кодирование целесообразно использовать в системах приема и передачи информации, например, для кодирования сигнала изображения, так как весь его спектр формируется с помощью трех основных базовых цветов - красного, зеленого и синего [6].
2. Цветовая кодировка троичных сигналов
В 2000 году Джин Йи разработал архитектуру троичного оптического компьютера использующего интенсивность света и поляризацию для обозначения тритовых символов: 0, 1, 2. По сравнению с обычными в оптическом компьютере практически полное отсутствует затухание сигналов. Для передачи информации используется поляризация света. Горизонтальная поляризация используется для представления 2, вертикальная - 1, а отсутствие излучения - 0. Преобразования сигналов осуществляются с помощью модулятора и демодулятора [1].
Модулятор включает в себя два жидкокристаллических слоя (LC1 и LC2) и поляриметр (PO), как показано на рисунке 2. При подключении жидкокристаллическим слоям управляющего напряжения происходит изменение поляризации света на 90о. Предположим, что источник испускает свет с вертикальной поляризацией, который проходит через поляриметр. Таким образом, при отсутствии управляющего напряжения через модулятор проходит сигнал 1. Если на LC2 подать управляющее напряжение, то на выходе модулятора будет сигнал 2. Если управляющее напряжение подается на LC1, то на выходе модулятора будет наблюдаться отсутствие света, то есть сигнал 0 [1].
Рис. 2. Модулятор троичного оптического компьютера
Демодулятор состоит из призмы Волластона и двух чувствительных элементов SE1 и SE2 (см. Рисунок 3). При подаче на приемник сигнал с вертикальной поляризацией проходит по пути 1 и зажигает элемент SE1. Сигнал с горизонтальной поляризацией, пройдя путь 2, зажигает элемент SE2. Таким образом, активный элемент SE1 свидетельствует о получении сигнала 1, а SE2 - сигнала 2. Если оба элемента не активны, то получен сигнал 0.
На основе вышеописанных исследований была разработана еще одна модель троичного оптического компьютера - троичный оптический процессор [7]. Он представляет собой новый тип компьютера, который использует три базовых световых состояния (отсутствие света и два типа поляризованного светового излучения с ортогональной поляризацией) для передачи информации и использует изменение этих состояний для выполнения логических операций.
Рис. 3. Демодулятор троичного оптического компьютера
Выполнение арифметических операций реализовано на основе системы {-1, 0, 1} со старшим значимым разрядом. Вертикально поляризованный свет обозначает 1, горизонтально поляризованный - -1, а отсутствие излучения - 0 [8, 9]. Троичный оптический процессор выполнен из 2-х мерной световой решетки, кодера, вычислителя и декодера. Кодер выполнен из двух поляризующих и двух жидкокристаллических слоев, вычислитель - из двух поляризаторов и жидкокристаллического слоя (белым цветом отмечен вертикальный поляризатор, а черным - горизонтальный). Все три компонента выполнены из плотно подогнанных друг к другу слоев одинакового размера [10, 11].
Рис. 4. Троичный оптический процессор
В связи с этим авторами данной работы была предложена еще одна возможная реализация троичной логики на оптических элементах. В качестве источника формирования цвета используется светоизлучающий диод, поэтому используется цветовая кодировка тритовых символов. Базовыми компонентами такой модели являются три цвета излучений - красный, зеленый, синий. Каждому базовому цвету присваивается соответствующий тритовый символ, например, красному - (1), зеленому - (0), синему (-1) (Таблица 2).
Основой троичных элементов, использующих такую кодировку является многоканальный объемный органический светодиод (воксел) [12]. Особенности его конструкции позволяют реализовать ряд преимуществ при разработке троичных элементов. Во-первых, за счет многоканальности один воксел может выполнять несколько троичных операций одновременно.
Таблица 2. Вариант кодировки цветов с помощью троичной логики
Цвет |
Обозначение |
Кодировка |
|
Синий |
B |
0 |
|
Зеленый |
G |
1 |
|
Красный |
R |
2 |
Во-вторых, результат уже выполненной троичной операции после обработки фотодетекторами может поступать в виде напряжения на аноды других сегментов того же воксела. За счет этого для реализации последовательности операций нам понадобится всего лишь один излучающий элемент. Рассмотрим это на примере реализации простейших логических операций. Рассмотрим таблицы истинности логических операций «И» (Таблица 3), «ИЛИ» (Таблица 4) и НЕ (Таблица 5), операции выбора и модификации (Таблица 6, Таблица 7).
Таблица 3. Таблица истинности для троичного логического умножения
X^Y |
0 |
1 |
2 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
2 |
0 |
1 |
2 |
Таблица 4. Таблица истинности для троичного логического сложения
X?Y |
0 |
1 |
2 |
|
0 |
0 |
1 |
2 |
|
1 |
1 |
1 |
2 |
|
2 |
2 |
2 |
2 |
Таблица 5. Таблица истинности для логического отрицания
X |
NOT0X |
NOT1X |
NOT2X |
|
0 |
0 |
2 |
1 |
|
1 |
2 |
1 |
0 |
|
2 |
1 |
0 |
2 |
Таблица 6. Таблица истинности для операции выбора
X |
S0X |
S1X |
S2X |
|
0 |
2 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
2 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
2 |
Таблица 7. Таблица истинности для операции модификации
X |
INCX |
DECX |
|
0 |
1 |
2 |
|
1 |
2 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
Если сопоставить результаты выполнения логической функции «И» с цветовой кодировкой сигналов, то можно заметить, что в результате логического умножения двух сигналов получается сигнал, которому соответствует цвет с меньшей длиной волны. Таким образом, троичный элемент, выполняющий операцию «И» будет включать в себя два RGB-канала ОМОСИД, на которые будут поступать значения аргументов, еще один канал для вывода результатов, фотодетекторы R1, R2, G1, G2, B1, B2, а также 4 оптических переключателя (см. рисунок 5). На сегменты многоканального светодиода приходят сигналы, которые проходят через оптические переключатели, а затем попадают на соответствующие фотодетекторы. Управляющие сигналы на оптические переключатели поступают от соответствующих сегментов ОМОСИД. Переключатели 1 и 2 управляются сигналами от сегментов G и B канала B, а переключатели 3, 4 - от фотодетекторов G и B канала A. Если хотя бы один из аргументов соответствуют синему цвету, то сигнал сразу поступает на анод синего сегмента выходного канала и одновременно блокирует сигналы G и R другого канала с помощью переключателей 1 и 2. Когда ни один из аргументов не соответствуют синему цвету, то в случае соответствия одного из аргументов зеленому цвету, он проходит на фотодетектор G1 или G2 и блокирует сигнал красного цвет с помощью переключателей 2 или 4. Например, пусть на канал A излучает свет с длиной волны соответствующей зеленому цвету, а канал B - красный. Тогда сигнал с канала A попадает на детектор G1, а также запирает переключатель 4 и препятствует прохождению красного сигнала с канала B. Так как от фотодетектора R2 ничего не поступает, то сигнал от G1 попадает на выходной канал. Это и будет результатом выполнения операции логического умножения.
Рис. 5. Функциональная схема логического троичного элемента «И» на основе многоканального RGB-воксела
В результате логического сложения получается сигнал, которому соответствует цвет большей длины волны, поэтому по принципу действия элемент «ИЛИ» не будет отличаться от элемента «И», изменится только функциональная схема, в которой поменяются местами части, обрабатывающие красное и синее излучение (см. рисунок 6).
При реализации функции «НЕ» следует учитывать, что существует три варианта функции троичной инверсии, в каждом из которых одно из состояний не претерпевает никаких изменений. Таким образом, инвертирующий элемент состоит из входного и выходного RGB-каналов и 3 фотодетекторов R2, G2, B2.
Рис. 6. Функциональная схема логического троичного элемента «ИЛИ» на основе многоканального RGB-воксела
Тот сигнал, который не инвертируется, сразу попадает на выходной канал. На один из сегментов будут поступать обрабатываемые сигналы. То состояние, которое не инвертируется сразу же доступно для дальнейшей обработки. Инвертируемые сигналы попадают на соответствующие фотодатчики, затем преобразуются в электрические импульсы и подаются на каналы другого сегмента, которые соответствуют уже инвертированным состояниям. Например, пусть состояние 0 (B) не инвертируется. Сигнал, соответствующий состоянию 1 (G) после фотодетектора попадает на сегмент R, а сигнал 2 - на сегмент G (см. рисунок 7).
Элемент, реализующий функцию выбора, состоит из входного RGB-канала, выходного R-сегмента и трех оптических переключателей (см. рисунок 8). С помощью оптических переключателей на выходной сегмент попадает только то значение сигнала, которое необходимо выбрать. То есть, если реализуется функция выбора S0X, то контрольный сигнал подается только на переключатель 3.
Рис. 7. Функциональная схема логического троичного элемента «НЕ» на основе многоканального RGB-воксела
Рис.8. Функциональная схема логического троичного элемента «НЕ» на основе многоканального RGB-воксела
Элемент модификации (циклического отрицания) состоит из 3 светофильтров, входного и выходного RGB-каналов. Каждый канал сегмента, соответствующего преобразуемым сигналам, соединяется через фотодетектор с теми каналами второго сегмента, которые соответствуют уже измененным сигналам (см. рисунок 9).
Рис. 9. Функциональная схема логического троичного элемента модификации (циклического отрицания) на основе многоканального RGB-воксела
От простых элементов перейдем к более сложным. В обоих рассмотренных выше примерах оптической реализации троичной логики были рассмотрены троичные сумматоры на оптических элементах. Попробуем реализовать троичный сумматор на основе ОМОСИД и сравнить его конструкцию и эффективность с аналогами. Таблица истинности для операции сложения представлена ниже (Таблица 8).
Таблица 8. Таблица истинности для операции сложения (в троичном виде и с примененной цветовой кодировкой)
a |
b |
d |
c |
a |
b |
d |
c |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
B |
B |
B |
B |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
B |
G |
G |
B |
|
0 |
2 |
2 |
0 |
B |
R |
R |
B |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
G |
B |
G |
B |
|
1 |
1 |
2 |
0 |
G |
G |
R |
B |
|
1 |
2 |
0 |
1 |
G |
R |
B |
G |
|
2 |
0 |
2 |
0 |
R |
B |
R |
B |
|
2 |
1 |
0 |
1 |
R |
G |
B |
G |
|
2 |
2 |
1 |
1 |
R |
R |
G |
G |
На рисунке 10 представлен троичный оптический сумматор, предложенный Джином Йи. Он работает по следующей схеме: когда сигнал, который приходит на вход a нулевой, т.е. a=0, тогда сигнал b проходит через LC2 и kc. Таким образом, мы имеем: d=b (0, 1, 2) и c=0. Соответственно, когда b=0, то d=a (0, 1, 2) и c=0.
Если a=1, то вертикально поляризованный свет проходит через v1 и LC3 и подает контрольный сигнал на k2, препятствуя попаданию сигнала с входа b на выход d. Когда b=1, то вертикально поляризованный свет проходит через v2 и посылает контрольный сигнал на LC1, что приводит к изменению поляризации проходящего через LC1 света. Сигнал a изменит свою поляризацию на горизонтальную, и на выходе d появится сигнал, соответствующий значению d=2. При этом сигнал a не пройдет через горизонтальный поляриметр h4, следовательно, c=0.
Рис. 10. Троичный оптический сумматор Джина Йи
Если b=2, то на переключатели k1 и k2 приходят контрольные сигналы, что препятствует прохождению сигналов на выход d (d=0). В то же время на LC3 и LC4 приходят управляющие сигналы с входа b, и при прохождении через них сигнал a дважды меняет свою поляризацию, возвращаясь к вертикальной. Таким образом, состояние выхода c=1 возможно только при подаче на входы сигналов d=2 и a=1 [1].
Рассмотрим сумматор на основе ОМОСИД. Для удобства будем рассматривать результат суммирования и результат переноса в следующий разряд независимо друг от друга. Рассмотрим сначала схему переноса в следующий разряд (Рисунок 11). Из Таблицы 8 видно, что только в трех наборах аргументов c принимает значение, отличное от 0. Таким образом, часть сумматора, отвечающая за перенос значения в следующий разряд, будет состоять из фотоэлементов R1, G1, B1, G2, B2а также оптических переключателей 1, 2 и 3. В случае, если хотя бы один из входных аргументов соответствует синему цвету, то сигнал после прохождения через фотодетектор подается на синий сегмент выходного канала. Когда оба аргумента равны 1, то дин из сигналов активирует переключатель 3, а второй сначала попадает на фотодетектор G2, а потом - на синий сегмент выходного канала. Если реализуется один из трех наборов аргументов, при которых выходное значение отлично от 0, то в зависимости от набора активируется переключатель 1(активируется сигналами a=1 или a=2) или переключатель 2(активируется сигналом a=2). Если активирован переключатель 1, то сигнал b=2 попадает на фотодетектор R1, а потом на зеленый сегмент выходного канала. Если активен переключатель 2, то сигнал b=1 попадает на детектор G1, а потом на зеленый сегмент выходного канала.
3. Троичная запоминающая ячейка -- триттер
В двоичной логике нашли применение триггерные схемы с различной структурной организацией. Естественно предположить, что и в троичной логике должна существовать аналогичная запоминающая ячейка (трёхстабильный элемент хранения). Троичная запоминающая ячейка называется триттером. Данный неологизм вводится для краткости и удобства обозначения трёхстабильных элементов хранения [12-13]. Таким образом, триттер -- это элемент хранения тритта.
Рис. 11. Модуль переноса в следующий разряд троичного оптического сумматора
Для примера рассматривается следующая структура триттера (Рис.3), построенная на троичных элементах, реализующих функцию Вебба [13]. Функция Вебба (называемая также Стрелкой Пирса) эквивалентна операции «ИЛИ-НЕ».
Причем в качестве логического «НЕ» рассматривается модификация, а именно инкремент. (Таблица 7) [12].
Из приведенных выше таблиц истинности троичных функций «ИЛИ» и «НЕ» можно получить соответствующую таблицу для функции Вебба (Таблица 9).
Триттер имеет три входа R, M, S, и три выхода 1Q, 2Q, 3Q, состояния которых определяются соответствующим входом и функцией циклического отрицания. По входу R (reset) триттер устанавливается в состояние 012; по входу S (set) триттер устанавливается в состояние 120; по входу M (minus) триттер устанавливается в состояние 201.
Таблица 9. Функция Вебба
a |
b |
avb |
|
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
2 |
|
0 |
2 |
0 |
|
1 |
0 |
2 |
|
1 |
1 |
2 |
|
1 |
2 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
|
2 |
1 |
0 |
|
2 |
2 |
0 |
Переход из любого текущего состояния в одно из двух других состояний реализуется изменением 0 > 2 одного из входов.
Все переходы триттера представлены в таблице 10.
Рис. 12. Логическая схема триттера и его условное обозначение
Таблица 10. Таблица переходов триттера
Время t |
Время t+1 |
Примечание |
||||||||
R |
M |
S |
1Q |
2Q |
3Q |
1Q |
2Q |
3Q |
||
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
Хранение |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
Хранение |
|
2 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
Хранение |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
Хранение |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
Хранение |
|
2 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
Хранение |
|
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
1 |
2 |
0 |
Уст. в 1 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
2 |
1 |
2 |
0 |
Уст. в 1 |
|
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
2 |
2 |
0 |
1 |
Уст. в 2 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
Хранение |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
Хранение |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
Хранение |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
Хранение |
|
0 |
0 |
2 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
Хранение |
|
0 |
1 |
2 |
1 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
Хранение |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
2 |
Уст. в 0 |
|
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
2 |
0 |
1 |
Уст. в 2 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
2 |
0 |
1 |
Уст. в 2 |
|
0 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
Хранение |
|
0 |
1 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
Хранение |
|
0 |
2 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
1 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
Хранение |
|
1 |
2 |
0 |
2 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
Хранение |
|
0 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
Уст. в 0 |
|
2 |
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
0 |
1 |
2 |
Уст. в 0 |
|
0 |
0 |
2 |
2 |
0 |
1 |
1 |
2 |
0 |
Уст. в 1 |
4. Триттер на основе трехсегментного RGB ОМОСИД-устройства
Рассмотрим теперь возможное устройство троичного триггера на основе ОМОСИД. За основу возьмем переходы и состояния триттера, описанного выше. За основные состояния также принимаются 012, 120 и 201. В качестве троичного триггера будет использоваться трехсегментный ОМОСИД или воксел, состоящий из 3-х RGB-секций и система светофильтров (рисунок 13). Эквивалентная схема устройства представлена на рисунке 14.
Рис. 13. Трехсегментный воксел из 3-х RGB-секций
К каждой секции относится группа светофильтров, настроенных на красный, синий и зеленые цвета. Одна секция воксела соответствует одному выходному состоянию, т.е. имеются три RGB-секции, в которых сегменты расположены в такой последовательности, чтобы цветовая кодировка сегмента соответствовала одному из выходных состояний (Таблица 11).
На секции одновременно подаются данные. Переключение состояния происходит при приходе сигнала нужного уровня на красный сегмент соответствующей секции, от воксела сигнал приходит на красный светофильтр, который, в свою очередь, активирует остальные связанные с ним светофильтры. Они считывают состояние с активной в данный момент времени секции. На остальные секции в свою очередь тоже могут приходить данные, но только сигнал заданного уровня на красном сегменте секции сделает ее активной. Триггер сохраняет свое состояние до тех пор, пока на красный сегмент какой-либо другой секции не приходит новый сигнал. За начальное состояние по умолчанию принимается состояние 012.
Таблица 11. Соответствие RGB-секций выходным состояниям
Порядок расположения секций |
Выходное состояние |
|
BGR |
012 |
|
GRB |
120 |
|
RBG |
201 |
Рис. 14. Эквивалентная схема формирования RGВ потоков для троичного счисления на основе трехсегментного ОМОСИД-устройства, состоящего из трех RGB-секций
Считывание информации с активного сегмента происходит в порядке, соответствующем троичному обозначению состояния. Например, если активен сегмент, отвечающий за состояние 012, то данные считываются сначала с синего, потом с зеленого, а потом с красного сегмента.
Принципиальная схема троичного триггера на основе ОМОСИД представлена на рисунке 15. Достоинством такой схемы построения триттера является более простая конструкция, а также потенциальная гибкость конструкции за счет использования возможностей воксела (например, сокращение числа G и B-сегментов за счет использования электромеханического вращения воксела и следующее за этим сокращение системы светофильтров).
Рис. 15. Принципиальная схема троичного триттера на основе ОМОСИД
Недостатком данной модели троичного триттера является более сложная система обработки поступившей от него информации, так как приемному устройству необходимо будет знать алгоритмы приема в зависимости от тех светофильтров, с которых приходят данные.
Проведен анализ архитектуры троичного оптического компьютера использующего интенсивность света и поляризацию для обозначения тритовых символов: 0, 1, 2, в котором, по сравнению с обычными практически полностью отсутствует затухание сигналов и предложено устройство троичного триггера на основе объемного многоканального органического светоизлучающего RGB диода, позволяющего выполнять несколько троичных операций одновременно.
троичный логика цифровой диод
Литература
1. JinYi, Он Huacan, LuYangtian, “Троичная Оптическая Архитектура ЭВМ”, Physica Написанный. Издание T118, 98-101, 2005
2. Использование троичного кода и трёхзначной логики в цифровых машинах: научный отчет / Н.П. Брусенцов -- М.: Изд-во ВЦ МГУ, 1969. -- 27 с. -- №24-ВТ.
3. Фомин С.В. Системы счисления / С.В. Фомин. -- М.: Издательство «Наука», 1987. -- 52 с.
4. Малая цифровая вычислительная машина «Сетунь» / Н.П. Брусенцов, С.П. Маслов, В.П. Розин, А.М. Тишулина. -- М.: Издательство Моск. ун-та, 1965. -- 145 с.
5. Кушнеров А. Троичная цифровая техника. Ретроспектива и современность // Университет им. Бен-Гуриона, Беэр-Шева. -- 2005. -- С. 1-5.
6. Новаковский С.В. Цвет в цветном телевидении. - Радио и связь, 1988 - с.77-84.
7. Алэа А. Аль-Саффар, Кэбила К. Тэбит, новый дополнительный принцип разработки, основанный на троичном оптическом процессоре, Международном журнале Авансов в Разработке & Технологии, май 2014.
8. X. Ван, П. Дж. Джи, Л. Мей, З. Шен, и О. Шан," Несут Матричное вектором Умножение на Динамически Переконфигурируемой Оптической Платформе", Прикладная Оптика, 49 (12) 2352-2362, 20-ого апреля 2010.
9. И. Шен, П. Ху, и Х. Ван, "Вычислительная сложность арифметики, Основанной на троичном оптическом компьютере", Журнал информации & Вычислительной Науки, 8 (5) 850-857, 2011.
10. Л. Янпинг, П. Дж. Джи, К. Юэнюэн, и Х. Хуи, "Новое Несет без Модель Змеи для Троичного Оптического Компьютера", 10-ый Международный Симпозиум по Распределенному Вычислению и Применениям к Бизнесу, Разработке и Науке, 6. 64-68, 2011.
11. H. Он, Дж. Пенг, И. Луи, X. Ван, и K Песни, "Исследование и Дизайн Змеи MSD Троичного Оптического Компьютера", Спрингер - V ICAIC-228, 413-420, 2011.
12. Кошелев А.Г., Бобрешов А.М., Золотухин Е.В. Органический светоизлучающий диод. Патент RU № 2548603. Опубл. 24.04. 2015, Бюл. № 11.
13. .Данилов В.В. Троичная запоминающая ячейка и троичные триггеры / В.В. Данилов, Б.Н. Ковригин, Е.В. Чепин. -- Москва: ТРУДЫ МФТИ. -- Том 2, № 3, 2010. -- 220 с.
14. Галалу В.Г. ПКН для троичной системы счисления // Материалы Международной научной конференции “Оптимальные методы решения научных и практических задач”. - 2004. - Ч. 3. - С. 11-16.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание работы однополярного аналого-цифрового преобразователя. Расчет эмиттерного повторителя и проектирование схемы высокочастотного аналого-цифрового преобразователя. Разработка печатной платы устройства, технология её монтажа и проверка надежности.
курсовая работа [761,6 K], добавлен 27.06.2014Расчет характеристик параметров кремниевого диода. Составление и характеристика элементов схемной модели для малых переменных сигналов. Структура диода и краткое описание его получения, особенности исследования зависимости барьерной ёмкости от Uобр.
курсовая работа [80,1 K], добавлен 24.01.2012Диоды на основе электронно-дырочного перехода. Режимы работы диода. Технология изготовления электронно-дырочного перехода. Анализ диффузионных процессов. Расчет максимальной рассеиваемой мощности корпуса диода. Тепловое сопротивление корпуса диода.
курсовая работа [915,0 K], добавлен 14.01.2017Алгоритм работы аналого-цифрового преобразователя. USB программатор, его функции. Расчет себестоимости изготовления стенда для исследования преобразователя. Схема расположения компонентов макетной платы. Выбор микроконтроллера, составление программы.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 18.05.2012Закономерности протекания тока в p–n переходе полупроводников. Построение вольтамперных характеристик стабилитрона, определение тока насыщения диода и напряжения пробоя (напряжения стабилизации). Расчет концентрации основных носителей в базе диода.
лабораторная работа [171,4 K], добавлен 27.07.2013Анализ справочной литературы, рассмотрение аналогов и прототипов аналого-цифрового преобразователя. Составление функциональной и принципиальной схемы функционального генератора. Описание метрологических характеристик. Выбор дифференциального усилителя.
курсовая работа [460,4 K], добавлен 23.01.2015Разработка и исследование системы многоканального полосового анализа речевых сигналов на основе полосовых фильтров и на базе квадратурной обработки. Принципы организации и программирования цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), разработка программ ЦОС.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 27.10.2012Таблица истинности, функции алгебры логики разрабатываемого цифрового автомата. Функциональная логическая схема устройства. Минимизация функции алгебры логики, представление ее в базисе "И-НЕ". Функциональная схема минимизированных функций Y1 и Y2.
контрольная работа [2,1 M], добавлен 22.10.2012Анализ конструктивных особенностей полупроводниковых диодов. Диодные матрицы и сборки. Структура диода Ганна с перевернутым монтажом. Основные ограничители напряжения. Расчет характеристик диода Ганна. Смесительные и переключательные СВЧ-диоды.
курсовая работа [365,9 K], добавлен 18.12.2009Основные положения алгебры логики. Составление временной диаграммы комбинационной логической цепи. Разработка цифровых устройств на основе триггеров, электронных счётчиков. Выбор электронной цепи аналого-цифрового преобразования электрических сигналов.
курсовая работа [804,2 K], добавлен 11.05.2015Расчет и выбор параметров системы. Расчет входного выпрямителя, фильтра и прямоходового преобразователя. Расчет потерь в сердечнике, системы охлаждения транзистора. Мощность потерь в диодах выпрямителя, в дросселях, в обратных и в выпрямительных диодах.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 17.02.2013Сущность электрооптического эффекта Керра. Распространение света в анизотропной среде. Расчет узлов электрической принципиальной схемы и элементов входного усилителя. Определение элементов аналого-цифрового преобразователя и его включение с индикаторами.
курсовая работа [826,4 K], добавлен 28.12.2014Системы, основанные на принципах. Базовые понятия нечеткой логики. Общая структура устройств нечеткой логики. Микроконтроллер и процессор нечеткой логики. Определение входных и выходных переменных системы. Преимущества применения нечеткой логики.
контрольная работа [596,8 K], добавлен 01.10.2016Цифровые автоматы - логические устройства, в которых помимо логических элементов имеются элементы памяти. Разработка микропрограммного цифрового автомата на основе микросхем малой степени интеграции. Синтез преобразователя кода и цифровая индикация.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 26.05.2012Расчет тактовой частоты, параметров электронной цепи. Определение ошибки преобразования. Выбор резисторов, триггера, счетчика, генераторов, формирователя импульсов, компаратора. Разработка полной принципиальной схемы аналого-цифрового преобразователя.
контрольная работа [405,1 K], добавлен 23.12.2014Аналого-цифровой преобразователь, разрешение и типы преобразования. Точность и ошибки квантования. Частота дискретизации и наложение спектров. Подмешивание псевдослучайных сигналов и передискретизация. Основные аппаратные характеристики микроконтроллера.
дипломная работа [635,4 K], добавлен 23.03.2013Назначение и структура кардиографа. Фильтры низких и высоких частот Баттерворта третьего порядка, данные их параметров. Число разрядов кода. Разработка общих параметров многоканального цифрового кардиографа. Синтез логического устройства и его реализация.
курсовая работа [289,9 K], добавлен 02.07.2009Сущность и назначение цифровых интегральных микросхем, описание их статических и динамических параметров. Основы алгебры логики. Изучение элементов транзисторной логики с эмитерными связями. Принципы сочетания диодного элемента с транзисторным инвертором.
реферат [6,6 M], добавлен 21.11.2010Разработка электрической схемы цифрового устройства на основе базовых интегральных микросхем: упрощение и преобразование; выбор типа логики и конкретных серий. Электрический расчет цифровой схемы, расчет мощностей. Создание топологии в гибридном варианте.
курсовая работа [610,3 K], добавлен 29.09.2014Основные структуры, характеристики и методы контроля интегральных микросхем АЦП. Разработка структурной схемы аналого-цифрового преобразователя. Описание схемы электрической принципиальной. Расчет надежности, быстродействия и потребляемой мощности.
курсовая работа [261,8 K], добавлен 09.02.2012