金 翊，張素蘭，李 雙，沈云付，歐陽山，彭俊杰

(上海大學 計算機工程與科學學院，上海 200444)

隨著人們處理的問題越來越復雜，新型計算機不斷出現(xiàn)，如DNA計算機，量子計算機等[1].2000年出現(xiàn)了用偏振方向相互正交的2個偏振光狀態(tài)(如垂直偏振光與水平偏振光)和無光態(tài)來表示信息的三值光學計算機(TOC)理論和體系結構[2-3].2017年11月7～11日TOC原型機SD16在第十九屆中國國際工業(yè)博覽會上展出.隨著SD16問世，TOC的應用研究成為關注焦點，如何編制TOC的應用程序成為亟待解決的問題.

為盡快開展對TOC的應用研究，2010年作者就開始研究如何編制TOC的應用程序.考慮到這種應用程序既要充分發(fā)揮TOC的優(yōu)勢，又要盡量保持傳統(tǒng)的編程習慣，使程序員容易接受和方便使用，作者采取了將這種計算機的應用特征包含在運算-數(shù)據(jù)文件(簡稱SZG文件)中，在應用程序中將這種文件送三值光學處理器(TOP)去計算的策略來構建TOC編程平臺.這個策略包含兩方面：一是構建SZG文件；二是對現(xiàn)有編程語言擴充必要的新指令，這些新指令包括將SZG文件送TOP的指令、查詢這種文件在TOC上處理情況的指令和等待TOC回送結果文件的指令.本文將全面總結這方面的研究成果并歸納出編制TOC應用程序的基本理論和技術.

1 研究背景

隨著TOC理論、結構和實驗系統(tǒng)日益豐富，它在計算能力方面的特性被逐步認知，其主要優(yōu)勢被歸結為三大特征:數(shù)據(jù)位數(shù)眾多、數(shù)據(jù)位可分配和每個數(shù)據(jù)位的計算功能可在運行時重構[4-7].眾所周知，電子計算機的數(shù)據(jù)位數(shù)基本固定、數(shù)據(jù)位不能拆分給不同的用戶使用、處理器的計算功能不可改變.顯然，在完全基于電子處理器特點而設計的常見編程環(huán)境中無法編制出發(fā)揮TOC優(yōu)勢的應用程序，電子計算機的編程方法和程序中使用的管理數(shù)據(jù)的方法也不宜直接使用在TOC上.

金翊等[8]認為：解決這個問題需要2個層面上的努力，首先要在概念上使用戶清晰地認識到TOC和電子計算機在計算能力方面能夠一脈相承、相互補充、協(xié)同工作.其次要在編程技術上使用戶保持習慣的思維方式，并以升級編程平臺的形式實現(xiàn)TOC的編程環(huán)境.于是提出了TOC是簡單結構量計算機之概念，而簡單結構量是指其所有分項都為邏輯型或數(shù)值型數(shù)據(jù)的結構量.簡單結構量計算機概括了TOC的應用特征，在計算能力上，使得TOC成為電子計算機的延續(xù)和擴展.完成了在概念上將2種計算機協(xié)調一致的任務.

另一方面，簡單結構量包含了向量和標量，因此當TOP能夠被重構成簡單結構量運算器時，也必然能被重構成多個向量運算器和多個標量運算器，下文稱其為復合運算器.將TOP重構成復合運算器必須解決兩個問題：一是如何將復合運算器的構造參數(shù)在開始計算前送給TOP；二是程序中用何種簡單方法將大量的原始數(shù)據(jù)送入TOP.這兩個問題有密切關聯(lián).作者采取將復合運算器的構造參數(shù)和原始數(shù)據(jù)組織在一個專門文件——SZG文件中、在程序中將SZG文件適時送TOC進行處理、并等待運算結果返回的策略，一舉解決了這兩個問題.

2012年宋凱[9]建立了SZG文件的第一個版本，其主要貢獻有：① 確立SZG文件分為記錄整體信息的頭部和記錄原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)2個部分；② 確立TOC運算-數(shù)據(jù)文件的表達形式為*.SZG，相應的結果文件表達形式為*_R.SZG，通配符*是用戶給出的文件名全稱，包括存儲路徑；③ 基于該版本完成了對C語言和MPI語句的基本擴充命令[10-11]，從而在理論和實驗上證明了以SZG文件為基礎，對現(xiàn)有編程語言做少量擴充后，即可形成TOC的應用程序編制平臺，并能實現(xiàn)2種計算機在一個應用程序中協(xié)同工作.

2013年金翊等[8]建立了SZG文件的第2版，這一版仔細地定義了SZG文件頭部的格式，給出了文件頭部包含的各個項的名稱、功用和位數(shù)，給出了預留位的多少和位置.這一版不僅使SZG文件有了基本的實用價值，還為構建TOC的任務管理軟件、數(shù)據(jù)位分配軟件、處理器重構軟件等底層核心軟件奠定了基礎.

2014年以來，隨著TOC底層軟件研究的進展，要求對SZG文件頭部各個項給出更詳盡的定義，以確保TOC的底層核心軟件能夠無歧義地理解用戶在SZG文件中表達的意圖.隨著TOC的40位乘法運算例程[12]、除法運算例程[13]、FFT和DFT算法例程的建立[14-15]，又要求SZG文件能夠表達更加復雜的運算請求，并為第三方開發(fā)更多的數(shù)學運算例程和常用算法例程創(chuàng)造條件.隨著對TOC潛在應用場景的探索不斷深入，還要求能方便地從已有SZG文件或其結果文件中提取原始數(shù)據(jù)或運算結果來生成新的SZG文件——形成SZG文件鏈.因此，在2015年建立了SZG文件格式的第3個版本.下文將對這個版本做簡要介紹.

2 SZG文件的作用

包含電子處理器和TOP 2個計算核心的系統(tǒng)可以用圖1所示的多心洋蔥結構來表述.圖中：每個核心有自己的底層軟件——操作系統(tǒng)，以這2個操作系統(tǒng)為基礎，加上擴充了SZG文件傳送指令的程序語言、構造SZG文件鏈的指令和初始SZG文件生成軟件就形成了完整的編程平臺.在該編程平臺上，程序員只需熟悉SZG文件生成技術和擴充后的程序語言，即可編制各種應用程序，不必關心2種計算核的特點和它們之間的關聯(lián)性和通信過程.

圖1 計算機系統(tǒng)的多核心結構及SZG文件的功用示意圖Fig.1 Multi-centre architecture of computer system and the functions of SZG file

與僅有電子處理器可用的應用程序相比，在圖1所示編程平臺上完成的應用程序伴有多個SZG文件，每個SZG文件中整合了大量的原始數(shù)據(jù)和相應的運算器規(guī)則.如圖1所示，TOP中包含了一個輔助處理器，用于完成各種事務性工作，如管理存儲器、管理運算任務、管理I/O操作、管理SZG文件的傳送和管理TOP的重構規(guī)劃等，鑒于這些工作中的大部分與電子計算機的事務性工作相同，而電子計算機的操作系統(tǒng)已經(jīng)完善了這些方面的技術，故目前用一個電子處理器來擔當輔助處理器，其上運行流行的操作系統(tǒng)，再加上研究團隊開發(fā)的TOC任務管理軟件、處理器重構軟件和SZG文件傳輸軟件，構成了TOC的底層軟件系統(tǒng).這個輔助處理器使得TOP充分利用了計算機科學和技術已取得的各種成果.

在概念上，以2個計算核心的底層軟件為基礎，安裝常見的程序語言，如C、C++等，再補充上研究團隊開發(fā)的SZG文件傳送擴充指令和生成SZG文件的軟件，就形成了這個多計算中心系統(tǒng)的編程平臺.在實施上，這個編程平臺運行在程序員手邊的計算機上，編制的應用程序和多個SZG文件都保存在電子處理器的非易失性存儲器中.應用軟件工作時，在電子處理器上運行應用程序，由應用程序在運行時將SZG文件送到TOP去進行計算，并等待TOP回送結果文件.

當電子處理器和TOP地理距離較遠時，兩者通過網(wǎng)絡連接，這時圖1中2個操作系統(tǒng)共用的虛線段為網(wǎng)絡通信鏈路.當2個計算核心地理距離臨近時，兩者可以通過USB連接，這時2個操作系統(tǒng)共用的虛線段為USB鏈路.當2個計算核心在一個機箱中時，電子處理器可以同時承擔TOP的輔助處理器.當TOP作為一個計算結點而位于超級計算機系統(tǒng)中時，圖1中的電子處理器代表一個或多個電子計算機結點，它們之間通過超級計算機的內網(wǎng)相互連接.無論兩個計算核心之間如何連接，程序員只看到完全一致的編程平臺.

SZG文件為用戶編寫應用程序提供了TOC的一個簡潔虛擬機，遮蔽了TOC硬件和底層軟件的細節(jié)，成功地協(xié)調了電子計算機和TOC在應用特性上的差異.SZG文件傳送機制為用戶遮蔽了2種處理器的連接關系，從而實現(xiàn)了電子計算機和TOC在一個應用程序中協(xié)調工作.因此，SZG文件成為編程應用TOC的必需技術.經(jīng)過對SZG文件的反復試驗、試用、分析、修正和補充，目前可以確定它具有以下優(yōu)勢：

(1)保持編程習慣.采用SZG文件后，程序員可以保持編制應用程序的基本習慣.一般而言，編制應用程序時會沿用以下步驟和習慣：

① 對應用問題進行數(shù)學描述，也就是建模.

② 按建立的數(shù)學模型組織數(shù)據(jù)，包括：確定各類操作數(shù)和相應的運算規(guī)則等.

③ 構造出解決問題的各種流程圖，如數(shù)據(jù)流圖、控制流圖、偽碼程序等.

④ 按照程序流程圖寫出指令序列.

⑤ 在程序的前部設置運行環(huán)境、變量、常量、初始化系統(tǒng)等.

⑥ 在程序的適當位置寫出運算指令.

⑦ 判斷運算結果，確定程序轉移或結束.

應用SZG文件編制TOC的應用程序時，仍然保持了上述7個基本步驟和習慣，僅是在①中要考慮到有了一個新的計算工具——復合運算器或簡單結構量計算機，故要考慮哪些量用TOC計算更有效.在②中要考慮將適合TOC計算的數(shù)據(jù)和相應的運算器構造參數(shù)組織成SZG文件.在⑥中要使用擴充的操作指令將SZG文件送TOC，然后根據(jù)具體情況使程序執(zhí)行其它任務或等待TOC返回運算結果.新增的工作是生成SZG文件，這可以與寫程序的過程分開，由不同的人分別完成，從而使這2個繁瑣工作同時進行，且互不干擾.TOC更新后只需升級SZG文件，無需經(jīng)常增加編程指令.

(2)多用戶共享TOP.多個用戶可以分別將自己的SZG文件送入同一個TOC，并等待各自的運算結果返回.如果幾個用戶的SZG文件對TOP而言不產(chǎn)生矛盾，TOC就會將這幾個SZG文件合并處理，使它們共享一個TOP.對于熟知SZG文件和TOC的程序員，也可以將多個任務的SZG文件合并成一個SZG文件，實現(xiàn)多任務共享TOP的應用程序，或將一個任務中可以并行計算的部分組織在一個SZG文件中，實現(xiàn)一種新的并行計算技術.

(3)提高系統(tǒng)效率.當TOC接收到多個SZG文件后，就能知道各個SZG文件的運算要求、數(shù)據(jù)位要求和總的計算工作量，于是可以根據(jù)自身的當前狀況，如有多少可用數(shù)據(jù)位、已構成了什么樣的運算器等，來統(tǒng)籌安排各個SZG文件的數(shù)據(jù)位和計算時機，并適度合并幾個SZG文件等，使整個系統(tǒng)的效率得以提高.另外，SZG文件和SZG結果文件都是用一條指令來傳送一個文件，而這2個文件都包含了大量的數(shù)據(jù)，其通信效率遠遠高于每個指令傳送一個數(shù)據(jù)的通信方式，從而有效減輕了通信壓力，進一步提高了系統(tǒng)的整體效率.

(4)電子處理器與TOP協(xié)同工作.從方便用戶編程和保持運行應用程序的習慣考慮，設計SZG文件的工作方式時，將應用程序運行在電子計算機上，未運行的SZG文件和結果文件也存儲在用戶端的外存中，只是當應用程序運行到適當?shù)臅r機才將SZG文件送TOC.雖然TOC計算SZG文件中的數(shù)據(jù)比電子計算機快很多，但仍需一個較長的時間，有經(jīng)驗的程序員可以在把SZG文件送TOC后讓電子計算機運行其它工作，只是在一段時間后檢查一下結果文件是否返回即可，利用這種工作模式可以實現(xiàn)2種計算機為一個任務服務.顯然，在這個情景中可以把TOP視為電子計算機的協(xié)處理器，但在以SZG文件計算為核心的程序中又可把電子計算機視為TOC的數(shù)據(jù)預處理機.因而視2種計算機是完成同一個任務的協(xié)同工作機，更為合適.

3 SZG文件

目前，SZG文件是TOC獲知用戶運算意圖的惟一途徑，SZG文件由文件頭和操作數(shù)據(jù)(文件體)2部分組成.文件頭記錄用戶需要的各個運算器的構造參數(shù)和操作數(shù)據(jù)的整體參數(shù)，文件頭中的信息主要是為重構光學處理器提供參數(shù)，數(shù)據(jù)區(qū)是用戶輸入的操作數(shù)，包含操作數(shù)b和操作數(shù)a.為確保對用戶意圖的無歧義理解，用戶構造SZG文件和TOC識讀SZG文件必須是完全一致的格式.因此，SZG文件格式定義是這項技術的核心.

3.1 SZG文件格式

在設計SZG文件格式時，研究團隊采用的原則有：

(1)文件頭包含任務的整體信息和用戶要求的運算器.TOP的按位可重構和按位可分配之特點決定了要先重構好運算器，才能計算用戶的數(shù)據(jù)，故文件頭要包含重構處理器的全部信息.另外，TOC的任務管理軟件要選擇針對該任務的調度策略，所以文件頭中還要包括用戶的優(yōu)先級、數(shù)據(jù)總量和數(shù)據(jù)位數(shù)等信息.

(2)便于解析.由于TOC的任務管理軟件運行在一個輔助PC上，該PC在解析SZG文件時以32位或64位的二值數(shù)據(jù)為單位，故SZG文件頭的設計也要同時以32位和64位二值數(shù)據(jù)為基本單位，以方便輔助PC對文件頭的解析.

(3)避免冗余信息.文件頭中包含的冗余信息會占用存儲空間和浪費通信帶寬，必須被清除.

(4)預留必要的擴展位.隨著TOC解決問題的能力越來越強，SZG文件的功能和內容也會不斷豐富和變化，為了適應這種發(fā)展，必須在SZG文件頭的合適位置預留一些位數(shù)，以便SZG文件版本升級.另外，為了便于解析，預留的擴展位也起到使關鍵信息的字段同時湊成32位和64位數(shù)據(jù)的作用.

遵循上述原則，最新設計的SZG文件格式第3版(SZGSJWJGS-JY-ZHSL2015)如圖2所示.圖2(a)為SZG文件的總體格式；(b)為針對簡單數(shù)據(jù)類型SZG文件的運算標示格式；(c)為針對結構數(shù)據(jù)類型SZG文件的運算標示格式；數(shù)字序號1)～10)為字段編號，而10-i)(i=1，2，…，17)表示字段10)中的分字段編號；每個字段名稱后面的括號中的數(shù)字表示該字段所占用的位數(shù)，每個計算標示可描述1種運算，1個SZG文件最多可描述 1 280 個不同的運算.

圖2 三值光學計算機運算-數(shù)據(jù)文件格式SZGSJWJGS-JY-ZHSL2015版Fig.2 Computing-data file format of SZGSJWJGS-JY-ZHSL2015

3.2 SZG文件生成方式

遵守SZG文件格式，可以用任何文字編輯軟件生成具體的*.SZG文件，但對一般用戶而言，用這種方法寫出正確的SZG文件很困難.為減輕使用TOC的難度，研究團隊提供了初始SZG文件的生成軟件[10]，以及從已有的SZG文件和SZG結果文件中生成新的SZG文件的指令集.本文論述的核心是SZG文件本身的功用和結構，故文中僅介紹生成簡單數(shù)據(jù)類型的初始SZG文件的方法，并以這種SZG文件來展現(xiàn)本文的核心內容.

圖3 簡單數(shù)據(jù)類型SZG文件的輸入界面Fig.3 Input interface for simply data type SZG file

隨著SZG文件格式的更新，生成初始SZG文件的軟件也在逐步升級.該軟件為用戶提供一個輸入界面，圖3所示是該軟件的最新版本(SZGSRRJ-LS2015)生成簡單數(shù)據(jù)類型SZG文件的輸入界面[16],它與圖2(a)和(b)所示的簡單數(shù)據(jù)類型SZG文件格式配套.用戶只需在這個界面上輸入所需的各個運算規(guī)則和對應的原始數(shù)據(jù)，點擊“生成SZG文件”按鈕，該軟件自動將界面上輸入的各類信息生成SZG文件，并按用戶給出的存儲路徑和文件名保存之.

軟件SZGSRRJ-LS2015包含3個主要功能模塊：

(1)信息輸入模塊.該模塊的任務是協(xié)助用戶輸入構成SZG文件的各種信息，并對輸入的信息進行格式和匹配性檢查.

(2)SZG文件生成模塊.該模塊的功能是將由輸入界面送入的信息組織成本地非易失存儲器上的SZG文件.

(3)運算結果顯示模塊.該模塊的功能是將SZG結果文件中的運算結果顯示在用戶輸入界面的最右邊列.

具體輸入過程及圖3中各輸入信息的含義將在下文的實驗部分介紹.

3.3 SZG文件的處理過程及使用方式

當SZG文件被高級語言的擴充語句送入TOC后，處理過程可分為4大步驟：

(1)接收SZG文件并將其分類；

(2)解析SZG文件獲得重構信息，并重構TOP；

(3)從SZG文件中取出數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)并計算；

(4)收集計算結果生成結果文件，并把結果文件返回用戶程序[17-18].

對任何程序語言增添少量擴充指令后，都能在其應用程序中使用SZG文件，目前已經(jīng)完成了對C語言的擴充指令和對MPI的擴充指令[10-11].C語言擴充指令的后臺支持包含在插件SZGX中，在C語言平臺安裝這個插件后，在應用程序中能使用的擴充指令有：

(1)void SZG_Init().建立針對SZG文件的擴充指令環(huán)境.它必須是程序中出現(xiàn)的第一條擴充指令，且只允許出現(xiàn)一次.

(2)int SZG(char *path).將path所指的SZG文件發(fā)送到TOP.

(3)int SZG_SearchResult(char *path).查詢path所指的SZG文件在TOP上的運行狀態(tài).

(4)void SZG_Suspend().掛起本程序，直到對應的結果文件返回時被喚醒.

另外，在應用程序的頭部還必須加上頭文件#SZG.h.對于其它程序語言的擴充與此類似，不再贅述.

4 SZG文件有效性實驗

文獻[10]中對SZG文件第1版的有效性進行了嚴格的實驗，文獻[11]中對SZG文件傳送機制進行了嚴格的實驗，因此本文僅對圖2給出的SZG文件第3版的有效性進行實驗，對仍然保持原有技術的其余部分不重復實驗.

4.1 實驗規(guī)劃

考慮到SZG文件的功用在于為應用程序員屏蔽掉TOC的硬件特征，其作用范圍在應用程序和TOC任務管理軟件之間[18]，而任務管理軟件是運行在輔助處理器上的一個 C++ 程序，故本實驗可以在由多臺電子計算機構成的TOC軟件模擬實驗環(huán)境中進行，該模擬實驗環(huán)境中的計算機通過局域網(wǎng)相互連接.對應于圖1所示的多核心計算機系統(tǒng)，在該實驗環(huán)境中用一臺電子計算機模擬TOP的輔助處理器，其上運行TOC的底層軟件，稱為后臺機；在另一臺電子計算機上運行圖1中的編程平臺，形成完整的程序員手邊計算機，稱為前臺機.鑒于本實驗的目標是驗證SZG文件新版格式的有效性，設計實驗步驟為：

(1)在前臺機上分別生成SZG文件和應用程序.

(2)在前臺機上運行應用程序.該應用程序中包含將SZG文件送TOP的擴充指令.

(3)在后臺機查看收到的SZG文件內容.

如果該SZG文件的內容符合圖2給出的新版格式，則本SZG文件新版的有效性得到證實，否則該新版格式失效.

實驗用例：程序中包含4個簡單數(shù)據(jù)類型的計算，分別是f1=a+b,f2=c-d,f3=e∧g和 f4=h∨i.其中自變量a和b為8位十進制數(shù)，共有20萬對原始數(shù)據(jù)；c和d為5位十進制數(shù)，共有10萬對原始數(shù)據(jù)；e和g為5位三值數(shù)據(jù)，值域為{X，Y，Z}，共有10萬對原始數(shù)據(jù)；h和i為7位三值數(shù)據(jù)，值域為{M，N，P}，也有10萬對原始數(shù)據(jù).

圖4 SZG文件起始部分的內容Fig.4 The contents in the beganing section of SZG file

4.2 實驗過程

4.2.1生成SZG文件 運行生成初始SZG文件的軟件(如SZGSRRJ-LS2015)，在圖3所示界面上的“文件名”欄輸入jy，即設定該SZG文件的名稱為jy.SZG，存儲在當前目錄下；在“運算器名”欄輸入s1，即定名第一個運算器為s1；在“數(shù)據(jù)位數(shù)”欄填入8，則在10-1)和10-2)字段都記入8H；“運算結果位數(shù)”欄輸入9，因為f1的原始數(shù)據(jù)為8位十進制數(shù)，考慮到可能有進位，故運算結果的位數(shù)取9位十進制數(shù)，于是在SZG文件頭的10-4)字段記入9H；在“運算規(guī)則”區(qū)選擇“+”；將20萬對原始數(shù)據(jù)逐對從“操作數(shù)A”和“操作數(shù)B”欄送入；送入過程中如果某個數(shù)據(jù)不足8位十進制數(shù)，可點擊“確定”，來開始下一個數(shù)據(jù)的輸入.圖3給出了輸入完f1運算的第32個原始數(shù)據(jù)后，在左側查看已輸入數(shù)據(jù)(前21個)情況的屏幕截圖.當f1的所有原始數(shù)據(jù)輸入完畢，點擊“下一運算器”，則“運算器名”后的“1”自動變?yōu)椤?”，然后在其后的欄內鍵入s2；在“運算結果位數(shù)”欄輸入5；在“運算規(guī)則”區(qū)選擇“-”；“數(shù)據(jù)位數(shù)”欄填入5；將10萬對原始數(shù)據(jù)逐對從“操作數(shù)A”和“操作數(shù)B”欄送入.點擊“下一運算器”，在“運算器名”欄輸入L1；在“運算結果位數(shù)”欄輸入5；在“邏輯運算變量字符A、B和C”的欄中分別送入X、Y和Z；在“邏輯運算真值表”欄送入三值合取(∧)運算的真值表；“數(shù)據(jù)位數(shù)”欄填入5；將10萬對原始數(shù)據(jù)逐對從“操作數(shù)A”和“操作數(shù)B”欄送入.點擊“下一運算器”，在“運算器名”欄輸入L2；在“運算結果位數(shù)”欄輸入7；在“邏輯運算變量字符A、B和C”的欄中分別送入M、N和P；在“邏輯運算真值表”欄送入三值析取(∨)運算的真值表；“數(shù)據(jù)位數(shù)”欄填入7；將10萬對原始數(shù)據(jù)逐對從“操作數(shù)A”和“操作數(shù)B”欄送入.點擊“檢查/修改”對所有輸入內容進行檢查和修正.檢查無誤后，點擊“生成SZG文件”.檢查當前文件夾看到jy.SZG 文件已經(jīng)存在.

4.2.2編制應用程序 應用程序的名稱為 xbSZG，在該程序中加入頭文件#SZG.h.程序中使用擴充語句送d:szgjy.szg到后臺機.

4.2.3在前臺機上運行應用程序xbSZG 本實驗仿照實際情況將應用程序運行在前臺機中，在運行時，應用程序包含的擴充指令將SZG文件送入后臺機.

4.2.4在后臺機上查看SZG文件的有效性 在后臺機上查看磁盤文件，找到了jy.SZG文件，說明實驗中的應用程序xbSZG已經(jīng)通過SZG文件傳送機制將正確的SZG文件送達TOP.

進一步用UltraEdit文本編輯器顯示后臺機磁盤上jy.SZG文件的二進制內容，圖4所示是SZG文件起始地址部分內容的截圖.圖中：最前面的2個字節(jié)給出了這個SZG文件所依據(jù)格式的版本號0300H；隨后在綠色框中的30個字節(jié)給出了這個文件的名稱jy的ASCII碼6A和79；隨后的紅框中給出的是所用計算機的IP地址：192.168.10.1；黃色框中的 4表示本SZG文件包含4個運算標示；4個藍色框中前兩個字節(jié)順序給出本例中4個運算標示的名稱s1、s2、L1和L2，后3個字節(jié)給出各運算器使用的字符，其中 00 00 00 表示該運算為數(shù)值計算.

圖5所示是SZG文件頭部中前幾個運算標示的截圖.圖中：紅、藍、黃、綠4個色框中順序是4個運算器s1、s2、L1和L2的運算標示，紅框位于1928H-1937H地址，與圖2的設計一致，其中前2個字節(jié)的內容為 08 08，記錄了s1的2個輸入數(shù)據(jù)都是8位十進制數(shù)；隨后的4個字節(jié)記錄了s1的原始數(shù)據(jù)個數(shù)，在本例中為20萬個數(shù)據(jù)，十六進制表示為 03 0D 40；隨后一個字節(jié)中的9記錄了該運算器輸出的計算結果的十進制位數(shù)；隨后的一個字節(jié)為預留，取值00；再后的3個字節(jié)給出s1的運算規(guī)則，加法的編碼為 04 00 00；最后的5個字節(jié)給出s1運算器的原始數(shù)據(jù)在該SZG文件數(shù)據(jù)區(qū)中的偏移地址，由于s1是第一個運算器，所以這個偏移地址為0，其對應的物理地址為5000H.其余3個運算標示的含義與此類似，不再贅述.(f2數(shù)據(jù)從18BA00H開始，偏移地址為186A00H.f3數(shù)據(jù)從21E1C0開始，偏移地址為2191C0.f4數(shù)據(jù)從27FC40開始，偏移地址為27AC40).

圖6所示是該SZG文件數(shù)據(jù)區(qū)的截圖.圖中：藍色框中是s1運算器b的操作數(shù)的前21個數(shù)據(jù).

圖5 SZG文件中間部分的內容Fig.5 The contents in the middle section of SZG file

圖6 SZG文件數(shù)據(jù)區(qū)的內容Fig.6 The contents in the data section of SZG file

4.3 實驗結果

圖4～6表明，后臺機收到的SZG文件完全符合圖2給出的SZG文件第3版格式，并且該SZG文件送達三值光學計算機后，能夠被TOC的底層軟件正確解讀.完成解讀后，TOC底層軟件就能正確獲得用戶在SZG文件中給出的運算和數(shù)據(jù)信息，從而得到構造各個運算器的必要參數(shù)和所有原始數(shù)據(jù)，進而完成計算任務.這個測試說明，圖2給出的SZG文件格式功能有效.

5 結語

三值光學計算機的眾多數(shù)據(jù)位數(shù)，這些數(shù)據(jù)位可以被任意分組，并分配給不同的用戶使用，每個數(shù)據(jù)位的計算功能可以在運行時重構的特點是電子計算機所沒有的特性，這些特性帶來了新的并行計算能力，同時也強烈沖擊著傳統(tǒng)的編程技術.TOC研究團隊創(chuàng)立的SZG文件將TOC的特征包含在一種特定格式的文件中，并以SZG文件作為擴充指令的操作對象，實現(xiàn)了在保持傳統(tǒng)編程思想和編程技術的前提下，充分發(fā)揮TOC優(yōu)勢的編程技術.數(shù)年的研究成果及模擬實驗表明SZG文件是將TOC的優(yōu)勢融合于傳統(tǒng)編程技術的有效途徑，這一途徑不僅為TOC的應用提供了有效的技術，還實現(xiàn)了電子計算機與TOP的協(xié)同工作方式.顯然，這種工作方式很容易移植到其它種類的處理器，使用每種處理器各自的運算-數(shù)據(jù)文件和對程序語言的相應擴充指令，就可實現(xiàn)多種不同體系結構的處理器協(xié)同工作，對于高性能計算和超級計算機系統(tǒng)，這是很有意義的并行工作方式.