1.结构量计算机的MSD乘法计算的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一、表示数据：三值光学计算机采用改良符号数字系统(Modified Signed Digit，MSD)表示数据，即：n位的MSD数字A(an…ai…a1)和m位的B(bm…bj…b1)相乘，ai,bj∈{ī,0,

1}，运算关系表示为：

计算步骤为，

第1步：计算部分积Sj。将A与B的每一位形成的n位数据(bj…bj…bj)(j＝1,2,...,m)，送至M变换器上，实施M变换，得到Sj；

第2步：计算和数项Pj。为保证位数的对齐，将Sj高位附加m-j个零，末位附加j-1个零，得到Pj；

第3步：计算∑Pj。将相邻奇偶和数项两两分组，送至三步式MSD加法器依次实施T与W、T'与W'及T2变换(真值表如表1)，得到的求和结果又称为部分和，将作为下一轮加法器的输入进行回馈运算，直到得到最终结果；

步骤二、并行加速算法：乘法算法是一个循环计算过程，乘法计算例程利用更多的光学处理器数据位数资源，构造出q个M变换器和r个MSD三步式加法器，将内部步骤尽可能作并行处理，用较少运算周期就可以快速获得计算结果；

加速策略描述如下：第1步同时并行实施q组M变换，全部M变换运算分 个批次完成；

第2步可并行对Sj实施补零得到Pj；第3步，第 次迭代时，相邻

P2j-1和 分配到r个三步式加法器并行实施求和，全部求和分

个批次完成；

步骤三、不对称光路结构改良M变换：三值光学处理器由主光路和控制光路组成，结构上保持着不对称性；

一次光运算是输入光信号a和b，得到变换结果c的过程，其运算时间由公式T＝TSY+Tg+TCG+TLC+TC        (2)

得到；

三态光发生器SY1和SY2将输入信号编制成三态光，产生TSY；感光管g转换三态光为电信号，产生Tg；电信号穿过重构电路CG的反应时间为TCG；CG产生的信号控制液晶LC改变旋光状态，产生TLC；a依次穿过SY2、偏振片P2、LC、P3生成c，产生TC；在这5个时间里，Tg、TCG以及TLC与控制光路密切相关，并且TLC是最耗时的部分，约为其他部分的几十倍以上。如果输入b不变，从第二次运算开始，电信号、重构电路以及液晶状态都保持不变，TSY+TC后就可以得到变换结果c，可以缩减一半的处理器运算时间；乘法算法计算部分积时，每次都是将A(an…ai…a1)和(bj…bj…bj)送入M变换器，有一路输入数据A始终保持不变，故可以合理分配数据A至控制光路，以缩短处理器计算延时；

步骤四、构造例程专用的结构量处理器：

Ⅰ按位分配数据位资源：用户调用乘法例程时，输入运算请求和原始数据A、B的同时，需要一并给出两个乘法因子的数字位数n、m，作为分配数据位资源、构造结构量处理器的依据；

计算部分积时，n位的A(an…ai…a1)和(bj…bj…bj)实施M变换生成n位的Sj，需要M变换器的规模为：VM＝n               (3)

Sj补零生成n+m-1位的Pj，对Pj进行二叉迭代求和时，每轮迭代输出结果的数量会减半，根据三步式MSD加法器的运算规律可知，每轮迭代所需加法器的数据规模增加两位，位数分析如图5；

为避免重复构造运算器，以迭代过程中需要加法器的最多位数为准，故加法器的规模为：三值逻辑变换器的每一位都要占用光学处理器的一个数据位，M变换器共计占用q×VM个数据位，一个VA位的三步式MSD加法器占用5VA+4个数据位。故并行乘法计算例程需要光学处理器的数据位数总量为：VT＝q×VM+r×(5VA+4)          (5)

结构量计算机的光学处理器运算位数众多，但毕竟计算资源是有限的，目前最新应用实验系统SD11可供分配和使用的数据位数可扩展至16384位，要根据乘法例程的计算要求，再结合结构量计算机的具体配置来设计光学处理器的构造方案；

Ⅱ构造M变换器和MSD三步式加法器：对于一个被乘数为n位、乘数为m位的MSD乘法计算例程，要根据位数信息计算处理器的重构参数VM和VA，并提交给三值光学计算机的监控程序。监控程序根据结构量计算机的计算资源使用情况，确定q、r和VT，并提交相应的重构计算要求。数据位管理模块负责寻找空闲的数据位区段h～h+VT-1，重构模块负责配置该数据位区段的计算功能，构造出多个M变换器和MSD三步式加法器[13-14]，即构造例程专用的结构量处理器，在一个指令下并行实施乘法算法。

以用户提交64位的乘法运算为例说明数据位的分配和重构策略，此时VM＝64，M变换器占用64q个数据位数，VA＝137，加法器占用689r个数据位数，VT＝64q+689r，VT≤16384，一种数量足够、运算规模合适的光学处理器构造方案是取q＝8，r＝16，VT＝11536，重构示意图如图5；

串行实现64位乘法计算时，M变换耗用时钟周期为64个，和数项求和耗用时钟周期为3×(32+16+...+1)＝189个，共计253个；而在该重构方案下，每次可并行执行8组M变换，再借助处理器的不对称结构，全部M变换耗用的时钟周期为1+0.5×7＝4.5个；和数项求和时，第

1次迭代求和分2个批次完成，耗用3×2＝6个时钟周期，第2～6次迭代求和可全并行实施，耗用时钟周期为3×5＝15个，共计25.5个时钟周期，大约可以缩减串行乘法89.9％的计算耗时；

步骤五、MSD乘法例程的实施：使用三值光学计算机完成乘法运算时，在内部乘法计算例程被激活后，通过协调监控程序的任务调度模块、数据位管理分配模块、重构模块以及底层控制软件等资源来完成运算，数据流图如图6，实施步骤如下，

1.用户通过输入界面，输入操作数，选择运算规则，点击“确定”按钮；

2.三值光学计算机自动生成内部专用的输送信息和命令的文件(San Zhi Guang，SZG)；

3.监控程序的任务调度模块解析SZG文件，获取A、B的MSD数据和位数信息n、m，根据公式(3)、(4)确定结构量处理器的构造参数VM和VA；

4.监控程序的数据位管理模块查询光学处理器的空闲数据位数，根据公式(5)确定参数q和r，并分配数据位区段h～h+VT-1。

5.重构模块生成重构命令编码，任务调度模块生成操作数编码，并执行格式化操作，然后由任务调度模块将数据位序、数据和命令等发送至底层控制软件；

6.重构器执行底层控制软件发送的重构命令，构造出乘法例程专用的结构量处理器；

7.实施乘法迭代运算。

7-1.底层控制软件获取操作数据，完成迭代变量的定义、初始化等操作；

7-2.M变换的数据准备。底层控制软件复制A和B的每一位，将(an…ai…a1)送入编码器生成M变换器的控制光路编码信息，将(bj…bj…bj)(j＝1,...,m)送入编码器生成M变换器的主光路编码信息；

7-3.实施M变换。将数据编码信息同时送入q组M变换器运算，解码器获取变换结果，重复操作该步骤直到m组M变换全部完成，得到所有的部分积Sj。

7-4.解码器对Sj(j＝1,2,...,m)高位附加m-j个零，末位附加j-1个零，得到Pj；

7-5.和数项迭代求和。

7-5-1.初始化。计算和数项二叉迭代求和的迭代次数，记入变量times，k赋值1；

7-5-2.执行判断语句 若不满足，则需要增加一个值为0的和数项；

7-5-3.将全部和数项送至编码器，奇数项和数项P2j-1生成加法器的主光路编码信息，偶数项和数项P2j生成加法器的控制光路编码信息，

7-5-4.将相邻和数项P2j-1和P2j作为一组，同时送入r组加法器运算，解码器获取运算结果，并记入Pj，重复操作该步骤直到 组加法运算全部完成。

7-5-5.k增加1，解码器将上一轮迭代得到的部分和作回馈处理，重复步骤7-5-2～7-5-

4直到k＝times，最终结果记入变量C；

8.运算结果送交用户，任务调度模块将乘积C写入SZG结果文件，经过文件解析后数据转化为十进制，返回给用户，本次运算完成。