基于三值光学计算机的主从式并行遗传算法研究

为进一步提高主从式并行遗传算法对实际问题的求解能力,本次研究基于三值光学计算机设计主从式并行遗传算法。首先,对遗传算法基础理论和三值光学计算机基础理论予以阐述,为研究提供理论支撑;其次,基于三值光学计算机和遗传算法的特点,对基于三值光学计算机的主从式并行遗传算法的结构和运行流程进行设计,并确定该算法的算子及相关参数;最后,以“旅行商问题”为测试用例,对优化后的遗传算法性能进行测试。结果显示,优化后的遗传算法在不同条件下均具有较高优势。

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T′、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T、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。

三值光学计算机的多数位MSD乘法算法及运算分析

为探讨利用光计算二维并行处理信息特性以降低逻辑运算复杂度。文中采用三值光学计算机对MSD加法算法进行了改进,提出了三值光学计算机n位数的MSD乘法运算实现方法。通过算例对MSD乘法算法进行了时间性能分析以及MSD乘法三值光学加法器利用率分析.研究结果表明:三值光学计算机的MSD乘法算法可以完成两个n位MSD乘法,时间复杂度较传统乘法算法降低到O(log2n),三值光学加法器的利用率为((n/2-1)+(n/4-1)+…+1))/nlog2n.

一位可重构三值光学处理器的设计和实现

文中对可重构三值光学处理器的原理和基本结构进行了详细的实验研究,证明了这种处理器的可重构性和重构电路的有效性.本次研究设计了实用的重构电路,使用小规模FPGA芯片、笔段式液晶显示器和高速光强传感器等元件,成功构造了一个像素位的可重构三值光学处理器.在实现的实验系统上,通过精心选择的50个实验用例,对三值光学处理器的全部42个基元和28个代表性逻辑运算器进行了研究.50个实验用例覆盖了所有可能的输入状态和各种基元组合情况.该文是对降值设计理论的第一次全面实践,为可重构三值光学处理器从理论到实际应用提供了实验基础和技术支持.

三值光学计算机中SJ-MSD加法器的设计与实现

本文介绍三值光学计算机的一种新型并行加法器—SJ-MSD加法器的设计与实现.介绍判断一组三值逻辑变换能够实现并行无连续进位二进制MSD数加法的充分条件(沈氏充分性定理).给出了构成SJ-MSD加法器的五个三值逻辑变换:S1、S2、J1、J2和J3(简称SJ变换),及其操作规则(简称SJ规则),并依据沈氏充分性定理推证了SJ变换和SJ规则构成MSD并行加法器的可靠性.尔后又详细阐述了SJ-MSD加法器在三值光学计算机原型系统SD16上的设计方案和实现方法,并阐述了流水计算和多数据共享SJ-MSD加法器的实现方法.文中最后详细介绍了对SJ-MSD加法器的测试实验.与先期的TW-MSD加法器相比,SJ-MSD加法器减少占用处理器位数约25%,有效提高了三值光学处理器的使用率.

双旋光器结构的可重构三值光学处理器

针对三值光计算机进行逻辑运算时处理器的数据位与像素位在数量对应关系上的差别,提出了一种新的典型光路结构——双旋光器结构来提高光学处理器的重构速度,减少数据位数的管理难度。利用提出的结构实现了以行为单位的运算单元——行运算器,讨论了行运算器的重构特性、重构电路以及重构指令。在此基础上,设计并实现了可以降低处理器管理软件复杂度的双旋光三值光学处理器,并阐述了双旋光三值光学处理器的重构过程。最后,进行了行运算器重构指令的验证实验。验证结果表明:双旋光三值光学处理器原理正确,81个重构指令全部有效;在具有3个分区的双旋光三值光学处理器中,可并行实现任意千位量级的二元三值逻辑运算。

运算-数据文件——应用三值光学计算机的关键技术

介绍编写三值光学计算机应用程序的关键技术.首先将运算规则和大量原始数据合并在一个特殊文件中,然后在应用程序中使用专门的扩充指令将该文件送至三值光学计算机进行处理.这个特殊文件被称为运算-数据文件(简称SZG文件).采用一个多心洋葱图描述了拥有电子处理器和三值光学处理器的异构系统编程平台,该平台能体现SZG文件的重要作用.介绍了SZG文件的起源、发展、SZG文件的格式和生成方法,以及对程序语言的必要扩充.最后通过一个具体示例,介绍使用SZG文件的过程,并在三值光学计算机软件模拟系统中对该示例进行了测试.测试结果表明,所编制的应用程序运行正常,计算结果正确.这种编程技术对建立包含多种类处理器之异构系统的编程环境有很好的借鉴作用.

三值光学计算机数据位与运算部件像素的映射技术

为有效利用运算部件像素资源,在介绍了降值设计理论、三值逻辑光学运算部件结构、三值逻辑光学运算器使用像素的情况等问题之后,提出并详尽讨论了三值光学计算机数据位与光学运算部件像素之间的一种映射方法。该方法包含了"以像素位为单位"进行映射、"像素组合互补性优先"、"定时映射"等策略。采用了"定时映射等待队列"、"构造像素组合互补运算器组"等关键技术。描述了相应程序的流程,并给出了相应的实验方法,验证了该方法的可行性和有效性。

针对三值光学计算机的C语言扩展

为了将三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)数据位众多和光学处理器硬件可重构性这两个特点应用于高级语言程序中,提出并实现了针对三值光学计算机的C语言扩充技术.该技术中的用户可见部分包括一组C语言扩充语句和一个用户运算请求文件自动生成软件模块,其中扩充语句采用C语言函数的书写方式,并采用专用字头SZG_;运算请求文件自动生成软件模块将用户在给定界面中送入的运算方式和输入数据自动转换成预先制定的数据文件格式,生成SZG文件.三值光学计算机返回的运算结果会自动保存在与运算请求文件相同的目录下,且文件名由对应的运算请求文件名加后缀R.SZG组成.用户不可见部分包括:对扩充指令的编译进程、SZG文件生成机制、运算请求状况记录进程、运算结果接收进程和三值光学计算机端服务进程.使用该技术,用户不必改变编程习惯,可直接在C语言程序中使用三值光学计算机.该技术已在由PC机和嵌入式系统组成的三值光学计算机模拟环境中进行了实验,实验结果表明,该技术行之有效.

三值光学处理器的MSD数据正/负值判断器设计与实现

数值正/负或零判断器是计算机比较数据大小的必备器件,随着三值光学处理器中采用三态光信号表示信息的MSD(modified signed-digit)数并行加法器的出现,研究三态光信号所表达数值的正/负或零值判断器成为完善三值光学处理器的重要一环.根据MSD数的特点,通过对三态光信号的变化规律与MSD数据的对应关系的研究,提出了从一组三态光信号来判断其表达的多位MSD数据正/负特性或零值的方法.将这一方法用于2个不定长MSD数据的差运算结果,实现了判别2个MSD数据的大小或相等.依据上述理论,建立了以偏振片、液晶和半反半透镜为主要器件构造的MSD数据判断器结构,加以FPGA作为控制电路,实现了光电混合模式的3位MSD数据判断器.通过实验证明了该判断器的有效性,进而证明了其基本理论的正确性和结构设计的可行性.

三值光学计算机解码器亮度阈值自动测定技术

为了使三值光学计算机解码器对亮度各不相同的被解码图像都能做到准确解码,提出了根据灰度值对图像像素亮暗判定的阈值设定技术。其基本策略是找出各像素亮状态时的灰度最小值和暗状态时的灰度最大值,以亮状态灰度最小值下移10个灰度级为亮状态的判定阈值,以暗状态灰度最大值上移10个灰度级为暗状态的判定阈值。实验结果表明,以这样的两个阈值为判定标准,三值光学计算机解码器对光学处理器输出结果的判定准确度达到100%。

三值光学计算机中运算请求调度

三值光学计算机具有很多数据位资源使得它能并行处理多个运算请求,因此运算请求的调度就成了三值光学计算机监控系统中不可避免的问题。定义了三值光学计算机中运算请求的四种不同状态,给出了其转换关系;讨论了动态表调度技术,提出了适合三值光学计算机监控系统的运算请求调度策略,如立即调度策略、定时调度策略和基于优先级的先到先服务策略。在此基础上提出了定时调度算法,分析了其特点。在监控系统中实现了该调度算法,并进行了相关实验。实验结果表明该调度算法可行且正确。

三值光学计算机

三值光学计算机是2017年3月问世的通用型光电混合计算机系统。它用无光态和偏振方向正交的两个偏振光态表示信息,用旋光器和偏振片来改变这三个光态,进而完成三值逻辑运算和MSD(modifiedsigned-digitrepresentations)冗余表达数值的二进制并行加法运算。这种新型计算机具有处理器位数众多、处理器位可以分组独立使用、处理器位的计算功能可重构等优势;还以非易失随机存储器件为基础,构建了与处理器频繁交换大量数据的双空间存储器系统;为便于编制发挥这些特色的应用程序,采用SZG文件为程序员遮蔽三值光学处理器与传统电子处理器的差别,构成了保持传统编程技术的新编程平台。目前,针对快速傅里叶变换、元胞自动机等典型算法,验证了这种新型计算机的加速能力。

基于三值光学计算机的旅行商问题的求解实现

根据三值光计算机具有的巨并行性特点,对给定城市数的旅行商问题进行研究。首先将旅行商问题进行预处理,并转换为改进的符号数(modified signed-digit,MSD)表示形式;然后根据三值光学计算机的位数众多和MSD加法的无进位过程,建立了相应的计算方法,用自主开发的三值逻辑光处理器系统进行求解。结果表明,在数据量同样的情况下,与电子计算机相比,三值光学计算机需较少的计算步数就可以解决旅行商问题,显示出三值光学计算机潜在的优势。

三值光学计算机MSD转换为标准二进制数的硬件实现

为了提高三值光学计算机的存储与转换效率,该文提出1种把N位改进的有符号数(MSD)转换成N位标准二进制数的串并混合转换方法。基于此转换方法利用偏振片、液晶、分光器、反射镜、译码器和光电管等光电器件设计了硬件转换器逻辑结构。使用转换器SD11可以直接以标准二进制形式输出结果,从而使存储效率提高50%,同时实现MSD数据转换硬件化。

基于复杂排队系统的三值光学计算机服务模型与性能分析

三值光学计算机的运算请求处理过程缺乏合理、系统的性能评价标准与体系。基于M/M/1、M/M/n、M^X/M/1和M/M^B/1构成的复杂排队系统,构建三值光学计算机的四阶段服务模型,同时建立立即调度和结束时调度两种策略和算法。基于不同排队系统讨论运算请求的接收时间、预处理时间、运算时间和发送时间的计算方法,进而得到最终响应时间。通过仿真实验对两种策略的模型进行验证,结果表明,结束时调度策略明显优于立即调度策略。

三值光学计算机自动解码器

解码器是三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)中负责将运算器输出的结果从三值光信号变换成对应的电信号的部件.根据现有三值光学计算机的实际状况,实现了一款自动千位三值光学计算机解码器系统.该系统由4个数码摄像头和嵌入式系统组成:利用摄像头采集三值光学处理器输出的运算结果的图像,由嵌入式系统处理这些图像以获得运算结果的数值.嵌入式系统中的软件包括拍照控制、数值生成和输出控制三个主要部分.创建的地址定位技术可解决运算器输出图像与摄像头拍摄图像在像素数量上差别过大的问题.提出并实现的降蓝技术可解决蓝光对液晶暗状态的严重干扰问题.建立的自检机制可提高解码结果的准确性和可靠性.

基于三值光学计算机解码器信号判定系统的设计研究

三态光信号能够通过三值光计算机解码器转换成三值电信号，再结合光波偏振态的斯托克斯矢量远离就能准确的判定出三态光信号的物理状态。针对三态光信号的判定提出了四种方法，但在工程应用上为了追求性价比更高，判定更加简便，本文提出了一种新的判定系统，即运算镜像式三态光信号判定系统。本文首先介绍了三态光信号的判定原理，然后分析了四种三态光信号的判定方法以及判定方法的选择，再然后重点介绍了分振幅法三态光信号判定系统，最后通过实验对解码器的输出进行了验证，实验证明了本文提出的系统在理论上是正确的，在工程上是可行的．实用的。

三值光学计算机解码器的信号判定系统设计

针对三值光学计算机解码器需要将三态光信号转换为三值电信号问题,基于光波偏振态的斯托克斯矢量原理,提出了三态光信号判定原理,并给出四种判定方法。为了便于工程实现,将振幅式三态光信号判定方法简化为运算器镜像式三态光信号判定方法,以此为基础制作了百位以上三值光学计算机解码器。对百位三值光学计算机编码器的输出进行了解码实验,实验结果验证了运算器镜像式三态光信号判定系统理论上的正确性和工程上的可行性。

基于M/M/1排队系统的三值光学计算机任务服务模型

确保QoS是三值光学计算机在商业上成功的关键因素。在分析三值光学计算机任务管理系统各模块的基础上,基于M/M/1排队系统和串联队列以及先到先服务策略建立其服务模型。用系统平均响应时间分析和评价三值光学计算机性能。研究结果发现平均响应时间随任务到达率和运算量的增加而增加,随网络传输率的增加而减少;运算量和网络传输速度是影响系统平均响应时间的瓶颈。因此,提出的模型对实用的三值光学计算机任务管理系统的设计具有指导意义。