9.4. Перестраиваемые волоконные системы

9.4.1. Волоконно-оптические перекрестные переключатели

Способность волоконно-оптических программируемых логических матриц рассеивать большие количества энергии по значительным площадям представляет собой принципиальное преимущество над электронными методами. В разд. 9.2 показано, что ОПЛМ потенциально пригодны к работе с высокими скоростями и большими значениями коэффициентов разветвления по выходу и объединения по входу. В данном разделе будет показано, что способность ОПЛМ работать в режиме с большими значениями коэффициентов создает механизм для реализации перестраиваемости систем, делая ОПЛМ прекрасными кандидатами для использования в качестве логических перекрестных переключателей. В представленных здесь разработках используется то преимущество, что достаточно большие ПЛМ могут выполнять все логические комбинации, необходимые для воздействия на эквивалентные входные-выходные установочные параметры традиционных перекрестных переключателей [11].

В идеальной параллельной системе обработки информации любой процессор должен обладать способностью одновременно связываться с любым числом других процессоров. Универсальный перекрестный переключатель представляет собой идеализированную сеть, способную устанавливать перестраиваемые соединения между любыми из входов и любыми из выходов без возникновения конфликтных ситуаций. Практически трудно и. дорого сконструировать электронные перекрестные сети размером более из-за ограничений, накладываемых на коэффициенты объединения по входу и разветвления по

Таблица 9.2. Сокращенная таблица истинности для перекрестного переключателя

выходу; тем не менее были созданы большие электронные перекрестные переключатели размером [9]. Хотя для электронных перекрестных переключателей удается достичь времен переключения около 100 не, однако они не могут обеспечить необходимо высокую ширину полосы частот передачи данных, что потенциально вполне реализуемо в оптических системах. Наоборот, хотя перекрестные сети на основе ПМС в принципе способны обеспечить ширину полосы частот передачи данных более 1 ГГц, ожидаемые для них максимальные времена переключения ограничены микросекундными временами. Обсуждавшиеся здесь волоконно-оптические матрицы исключают необходимость использовать ПМС, тем самым сохраняя лучшие черты как оптических, так и электронных перекрестных переключателей. Такие волоконно-оптические матрицы потенциально способны обеспечить и большую ширину полосы частот передачи данных, и малые времена переключения.

В табл. 9.2 представлена таблица истинности для ПЛМ, реализующей все логические комбинации, необходимые для обслуживания переключателя размером . Из нее следует, что использование управляющих сигналов позволяет осуществлять выбор любого из вариантов соединений. Рисунок 9.9, а иллюстрирует установление управляющих сигналов для двух вариантов соединений. Хотя коэффициенты объединения по входу и разветвления по выходу, номинально-необходимые для реализации табл. 9.2, можно определить описанным выше способом исходя из числа декодированных входных сигналов и числа термов произведения, но фактически эти коэффициенты могут быть значительно ниже. Например, максимальный коэффициент

диент объединения по входу для волокна вычисляется путем суммирования всех нулевых или единичных входов вдоль заданной строки в табл. 9.2. В этом случае значение максимального коэффициента объединения по входу для волокна равно сумме числа управляющих разрядов 2 и числа разрядов переменных 1, что составляет 3. Максимальный коэффициент разветвления по выходу вычисляется путем суммирования всех аналогичных цифр вдоль заданного столбца. Эта процедура отличается от вычислений коэффициента объединения по входу, поскольку каждый столбец содержит -разрядный декодер, разделяющий единицы от нулей. Для данного примера максимальный коэффициент разветвления по выходу для волокна равен 4. Аналогичным образом можно определить требования, предъявляемые к перекрестным схемам размером и . Эти результаты сведены в табл. 9.3. Из таблицы следует, что перекрестный переключатель имеет максимальный коэффициент объединения по входу, равный 6, и максимальный коэффициент разветвления по выходу, равный 32. Обобщая данные табл. 9.3, можно сделать заключение, что перекрестный переключатель имеет коэффициент объединения по входу, равный где и величину коэффициента разветвления по выходу, равную Полное число входных каналов равно числу управляющих каналов К этому следует

Рис. 9.9. а — управляющие входные сигналы для произвольно выбранного состояния перекрестного переключателя.

Выходной канал Управляющие входы б — управляющие входные сигналы для другого произвольно выбранного состояния переключателя. Выходной канал Управляющие входы

Таблица 9.3. Сравнение требуемых характеристик перекрестных схем ОПЛМ для различной степени сложности перекрестных соединений

прибавить каналов передачи данных, в то время как полное число выходных каналов равно Для таких устройств полное число произведений равняется Поскольку управляющие переменные могут переключаться с той же скоростью, что и данные, то скорость переключения перекрестных логических переключателей потенциально является достаточно высокой.