МНОГОАБОНЕНТНОЕ ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1996 года по МПК G11C11/42 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах оперативной обработки больших массивов информации.

Цель изобретения повышение быстродействия и надежности устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема многоабонентного оптоэлектронного запоминающего устройства; на фиг.2 схема блока управления.

В состав многоабонентного оптоэлектронного запоминающего устройства входят n (где n=1,2,3,K, а К число блоков памяти в запоминающем устройстве) лазеров 1, n блоков адресации пучка 2, n входных блоков формирования пучка 3, n адресных управляемых мультиплицирующих блоков 4, n блоков формирования пучка 5, n адресных управляемых блоков сведения изображений 6, n коллимирующих блоков 7, n электрически управляемых транспарантов 8, n информационных блоков фокусировки пучка 9, n невзаимных вентилей 10, оптоэлектронный коммутатор 11, К (где К ≥ n) блоков памяти 12, n блоков формирования пучка 13, n управляемых светоделителей 14, n информационных корректирующих блоков 15, n фотоприемных блоков 16, n светообъединителей 17, n информационных управляемых блоков сведения изображений 18, n адресных блоков оптической связи 19, n корректирующих блоков 20, n оптически управляемых транспарантов 21, n блоков фокусировки пучка 22, n информационных управляемых мультиплицирующих блоков 23, n информационных блоков оптической связи 24 и блок управления 25.

В качестве блоков адресации пучка 2 могут быть использованы, например, электрооптические дефлекторы, матрицы излучательных диодов или лазеров, сканлазер, жидкокристаллические или акустооптические дефлекторы и т.д.

Каждый входной блок формирования пучка 3 может быть выполнен, например, в виде объектива.

Адресные управляемые мультиплицирующие блоки 4 выполнены, например, в виде управляемых поликубических мультипликаторов изображения, которые могут состоять, например, из светоделительных поляризационных кубов, пропускающих или отражающих световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, и переключателей поляризации света, которые, например, при подаче на них напряжения поворачивают плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о. Переключатели могут быть выполнены, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР.

Каждый блок формирования пучка 5 обеспечивает освещение соответствующего электрически управляемого транспаранта 8 под разными углами. Блок 5 может быть выполнен, например, из линзового растра в передней и задней фокальной плоскостях которого расположены объективы, или расщепителя светового пучка, расщепляющего световой пучок на множество пучков, число которых равно полному числу рабочих ячеек управляемого транспаранта 8, и объектива, расположенного за расщепителем. При этом расщепитель светового пучка может состоять, например, из голографических или двулучепреломляющих элементов.

Адресные управляемые блоки сведения изображений 6 выполнены, например, в виде управляемых поликубических блоков сведения изображений, которые могут состоять, например, из светоделительных поляризационных кубов, пропускающих или отражающих световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, и переключателей поляризации света, которые, например, при подаче напряжения поворачивают плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о. Переключатели поляризации могут быть выполнены, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР. Коллимирующие блоки 7 могут быть выполнены, например, в виде объективов.

Электрически управляемые транспаранты 8 осуществляют пространственно-временную модуляцию проходящих световых пучков в соответствии с кодами, заданными абонентами, и могут быть выполнены, например, на основе жидких кристаллов с матричной или индивидуальной адресацией. Информационные блоки фокусировки пучка 9 могут быть выполнены, например, в виде объективов.

Каждый невзаимный вентиль 10 может состоять, например, из светоделителя или поляризационного светоделителя, на выходе которого расположен невзаимный элемент. Светоделитель может быть выполнен, например, из светоделительного куба. Поляризационный светоделитель может быть выполнен, например, в виде поляризационного светоделительного куба, пропускающего или отражающего световые пучки в зависимости от ориентации плоскости поляризации света. Невзаимный элемент поворачивает плоскость поляризации пучков, прошедших через него в прямом и обратном направлении, на 90^о и может быть выполнен, например, в виде четвертьволновой пластины или на основе эффекта Фарадея.

Оптоэлектронный коммутатор 11 обеспечивает обращение любого абонентского адресного канала, состоящего из блоков 1-10, к любому незанятому блоку памяти 12. Коммутатор 11 может состоять, например, из управляемых поликубических мультипликаторов изображения, у каждого из которых каждый К-й выход через последовательно расположенные линзовый растр с объективом в передней фокальной плоскости, жгут волоконных световодов, линзовый растр с объективом в задней фокальной плоскости связан с соответствующим оптическим входом соответствующего К-го управляемого поликубического блока сведения изображений, на выходе каждого из которых расположены два объектива, имеющие общую главную плоскость.

Каждый К-й блок памяти 12 состоит, например, из управляемого поликубического мультипликатора изображения, каждый выход которого через линзовый растр с коллективным объективом в передней фокальной плоскости связан с носителем информации. Носители информации осуществляют реверсивное хранение информации в виде отдельных микрокадров-страниц инфор- мации, например, в парафазном коде и могут быть выполнены, например, на основе фотоэлектрических кристаллов (например, силиката висмута) или на любой подходящей среде, допускающей оперативную запись, считывание и стирание информации.

Каждый выходной блок формирования пучка 13 состоит, например, из двух пар объективов, в каждой из которых объективы имеют общую главную плоскость, при этом общая главная плоскость второй пары объективов находится в задней фокальной плоскости второго объектива первой пары.

Каждый управляемый светоделитель 14 может состоять, например, из поляризационного светоделительного куба, пропускающего или отражающего световые пучки в зависимости от ориентации плоскости поляризации света, перед входной плоскостью которого расположен переключатель поляризации. Переключатель поляризации, например, при подаче на него напряжения поворачивает плоскость поляризации проходящего света на 90^о и может быть выполнен, например, из кристаллов КДР или жидких кристаллов.

Информационные корректирующие блоки 15 выполнены, например, в виде объективов. Фотоприемные блоки 16 служат для считывания информации и могут быть выполнены, например, в виде наборных или интегральных фотоприемных матриц.

Каждый светообъединитель 17 выполнен, например, в виде поляризационного светоделительного куба, пропускающего или отражающего световые пучки в зависимости от ориентации их плоскостей поляризации.

Информационные управляемые блоки сведения изображений 18 выполнены, например, в виде управляемых поликубических блоков сведения изображений, которые могут состоять, например, из светоделительных поляризационных кубов, пропускающих или отражающих световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, и переключателей поляризации света, поворачивающих, например, при подаче напряжения плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о. Переключатели поляризации могут быть выполнены, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР.

Каждый адресный блок оптической связи 19 состоит, например, из последовательно расположенных объектива, жгута волоконных световодов и линзового растра, в задней фокальной плоскости которого расположен коллективный объектив.

Корректирующие блоки 20 выполнены, например, в виде объективов.

Каждый оптически управляемый транспарант 21 предназначен для переадресовки информации. Транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или РROM-структуры и может работать, например, в режиме кратковременного запоминания отображенной информации.

Блоки фокусировки пучка 22 выполнены, например, в виде объективов.

Информационные управляемые мультиплицирующие блоки 23 выполнены, например, в виде управляемых поликубических мультипликаторов изображения, состоящих, например, из светоделительных поляризационных кубов, пропускающих или отражающих световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, и переключателей поляризации света, которые, например, при подаче на них напряжения поворачивают плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о. Переключатели могут быть выполнены, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР.

Каждый информационный блок оптической связи 24 состоит, например, из последовательно расположенных первого линзового растра, в передней фокальной плоскости которого расположен первый коллективный объектив, жгута волоконных световодов, второго линзового растра, в задней фокальной плоскости которого расположен второй коллективный объектив.

Блок управления 25 обеспечивает работу многоабонентного оптоэлектронного запоминающего устройства в различных режимах. Блок 25 может состоять, например, из генератора синхроимпульсов 26, канала ввода-вывода 27, n формирователей управляющих сигналов 28, входного буферного накопителя 29, n формирователей управляющих сигналов 30, адресного буферного накопителя 31, n формирователей управляющих сигналов 32, n формирователей управляющих сигналов 33, входного информационного буферного накопителя 34, n формирователей управляющих сигналов 35, буферного накопителя 36, формирователя управляющих сигналов 37, информационного буферного накопителя 38. К формирователей управляющих сигналов 39, двух групп по n формирователей управляющих сигналов в каждой, соответственно 40 и 41, n усилителей-формирователей считывания 42, выходного буферного накопителя 43, трех групп по n формирователей управляющих сигналов в каждой, соответственно 44, 45, 46.

Многоабонентное оптоэлектронное ЗУ работает следующим образом.

1. Предположим, что при мультипрограммной обработке информации из n абонентов, одновременно работающих с данным ЗУ, в режиме записи работают n_зап (где n_зап= 0,1,2,n), считывания n_сч (где n_сч=0,1,2,n) и стирания n_ст (где n_ст=0,1,2,n).

В общем случае n=n_зап+n_сч+n_ст.
В этом случае по команде генератора 26n-е формирователи 28 подают соответствующие напряжения на источники излучения лазеры 1), и n_зап-е из них работают на длине волны λ_зап, n_сч-е на длине волны сч, n_ст-е на длине волны λ_ст. По сигналам с генератора 26 коды адресов микрокадров, которые подлежат обработке, поступают из канала ввода-вывода 27 в накопитель 29, а из него на n-е формирователи 30, которые выдают управляющие напряжения на n-е блоки адресации пучка 2. Световой пучок каждого n-го источника излучения n-м блоком адресации пучка 2 устанавливается в положение, соответствующее адресу p_n-го микрокадра на соответствующем носителе К_n-го блока памяти 12. Световые пучки, выходящие из n-х блоков адресации пучка 2, проходят блоки формирования пучка 3, адресные управляемые мультиплицирующие блоки 4, блоки формирования пучка 5, адресные управляемые блоки сведения изображений 6, коллимирующие блоки 7 и освещают n-е электрически управляемые транспаранты 8.

По командам с генератора 26 информация, подлежащая записи, из канала ввода-вывода 27 поступает в накопитель 34 и n_зап-е формирователи 35 отображают на n_зап-х транспарантах 8 коды информации, которые подлежат записи на p_nзап-е микрокадры.

Для считывания и стирания страниц информации все рабочие ячейки n_сч-х и n_ст-х транспарантов 8 блок управления 25 переводит в режим пропускания света. При стирании слов (блоков слов) блок управления 25 переводит в режим пропускания только те ячейки n_ст-х транспарантов 8, информация в которых должна стираться и перезаписываться, остальные ячейки маскируются.

Промодулированные n-ми транспарантами 8 световые пучки через n-е блоки фокусировки пучка 9 и n-е невзаимные вентили 10 поступают на соответствующие n-е входы оптоэлектронного коммутатора 11. По сигналам генератора 26 из канала ввода-вывода 27 через накопитель 36 и формирователь 37 в оптоэлектронный коммутатор 11 поступают коды адресов К_n-х блоков памяти 12, в которых будет производиться обработка информации. В соответствии с поданными кодами на К_n-х выходах коммутатора 11 появляются световые пучки. По командам генератора 26 из канала 27 через накопитель 38 и формирователи 39 на соответствующие К_n-е блоки памяти 12 поступают коды адресов носителей информации, микрокадры которых подлежат обработке. В соответствии с поданным кодом каждый К_n-й блок памяти 12 обеспечивает освещение участка соответствующего носителя информации по p_n-му адресу, заданному n-м блоком адресации пучка 2. Поскольку пучок света промодулирован n-м транспарантом 8, в плоскость носителя К_n-го блока памяти 12 проецируется уменьшенное изображение кода, отображенного на транспаранте 8.

Для записи информации n_зап-ми абонентами, а стирания n_ст-ми на соответствующие носители информации К_n-х блоков памяти 12 формирователи 39, например, подают соответственно сигналы, разрешающие запись и стирание. По окончании записи и стирания эти сигналы, например, снимаются.

При считывании информации n_сч-м абонентом изображение, считанное с соответствующего микрокадра, отражается, например, от носителя информации и, пройдя К_nсч-й блок памяти 12 и оптоэлектронный коммутатор 11 в обратном направлении, невзаимным вентилем 10 направляется через блок формирования пучка 13, управляемый светоделитель 14 и корректирующий блок 15 на n_сч-1 фотоприемный блок 16. На него формирователь 41 по команде генератора 26 подает управляющие сигналы, разрешающие регистрацию. Электрические сигналы, соответствующие считанному изображению, через n_сч-й усилитель-формирователь считывания 42, n_сч-й накопитель 43 поступают в канал ввода-вывода 27. Таким же образом производится обработка информации по всем остальным n-м абонентам.

2. Предположим, что при перезаписи информации с одного адреса ЗУ на другой в режиме передачи информации работают n_пер (где n_пер=0,1,2,n/2) абонентов, в режиме приема информации n_пр (где n_пр=0,1,2,n/2) абонентов, а передают и сами же принимают эту информацию n_сам (где n_сам=0,1,2,n) абонентов. В общем случае n=n_пер+n_пр+n_сам.

В этом случае n_пер-е и n_сам-е абоненты работают в режиме считывания информации с p_nпер-х и p_nсам-х микрокадров соответствующих носителей информации К_nпер-х и К_nсам-х блоков памяти информации 12. По команде генератора 26 n_пер-е и n_сам-е формирователи 40 подают управляющие напряжения на соответствующие n_пер-е и n_сам-е управляемые светоделители 14, и они направляют считанные изображения информации через соответствующие n_пер-е и n_сам-е светообъединители 17, корректирующие блоки 20 на n_пер-е и n_сам-е оптически управляемые транспаранты 21. На эти транспаранты 21 по командам генератора 26 n_пер-е и n_сам-е формирователи 45 подают управляющие напряжения, и на транспарантах 21 отображается спроецированное на них изображение считанной информации. При этом на n_сам-х транспарантах 21 информация отображается с запоминанием.

В этом же самое время n_пр-е абоненты работают в режиме записи информации на p_nпр-е участки соответствующих носителей информации К_nпр-х блоков памяти 12. Абоненты же nсам-е переводятся в режим записи информации на r_nсам-е участки соответствующих носителей информации К_nсам-х блоков памяти 12 сразу же после отображения информации, считанной с p_nсам-х микрокадров, на n_сам-х транспарантах 21.

По сигналам с генератора 26 из канала ввода-вывода 27 в накопитель 31 поступают коды адресов n_пер-х передающих абонентов, соответствующих n_пр-х принимающих абонентов и n_сам-х абонентов. Код адреса каждого n_пер-го и n_сам-го абонента по команде генератора 26 поступает из накопителя 31 на соответствующие n_пр-й и n_сам-формирователи 32, которые подают управляющие напряжения на n_пр- и n_сам-1 управляемые мультиплицирующие блоки 4. В то же время код адреса каждого n_пр-го и n_сам-го абонента по команде генератора 26 из накопителя 31 поступает на соответствующие n_пер-й и n_сам-й формирователи 44, которые подают управляющие напряжения на n_пер-й и n_сам-ый управляемые блоки сведения изображений 18. В соответствии с поданными кодами световые пучки от n_пр-х и n_сам-х блоков адресации пучков 2 через соответствующие блоки формирования пучка 3, мультиплицирующие блоки 4, блоки оптической связи 19, блоки сведения изображений 18, светообъединители 17, корректирующие блоки 20 освещают соответствующие n_пер-е и n_сам-е оптически управляемые транспаранты 21 и модулируются ими в соответствии с информацией, считанной соответственно с p_nпер-го и r_nсам-го микрокадра.

Промодулированные световые пучки поступают через блоки фокусировки пучка 22 на входы соответствующих n_пер-х и n_сам-х мультиплицирующих блоков 23. По сигналам с генератора 26 код адреса каждого n_пр-го и n_сам-го абонента из накопителя 31 поступает на соответствующие n_пер-й и n_сам-й формирователи 46, которые подают управляющие напряжения на n_пер-1 и n_сам-й управляемые мультиплицирующие блоки 23. Код адреса каждого n_пер-го и n_сам-го абонента по команде генератора 26 поступает из накопителя 31 на соответствующие n_пр-й и n_сам-й формирователи 33, которые подают управляющие напряжения на n_пр-й и n_сам-й управляемые блоки сведения изображений 6. В соответствии с поданными кодами световые пучки с соответствующих выходов n_пер-х и n_сам-х мультиплицирующих блоков 23 через блоки оптической связи 24 поступают через соответствующие входы соответствующих n_пр-х и n_сам-х блоков сведения изображений 6, коллимирующие блоки 7 на соответствующие n_пр-е и n_сам-е транспаранты 8. По команде блока управления 25 все ячейки этих транспарантов 8 работают на пропускание, поэтому они не изменяют информацию, переносимую проходящими через них световыми пучками. В остальном ЗУ по этим каналам работает так же, как и в режиме записи информации.

Следует отметить, что в мультипрограммном режиме работы устройство одновременно выполняет операции многих абонентов, в том числе и по прямой перезаписи информации с одного адреса на другой, за счет чего повышается производительность вычислительных комплексов. Кроме того, в устройстве обеспечивается динамическое распределение памяти между абонентами, при котором каждому абоненту может принадлежать память емкостью от одного микрокадра до емкости всего устройства. При этом память каждого абонента может находиться в любом месте и перемещаться в любом порядке по устройству. Ввиду того, что ЗУ построено по модульному принципу, обеспечена его высокая живучесть, так как работоспособность устройства сохраняется до тех пор, пока функционирует хотя бы по одному блоку каждого типа.

МНОГОАБОНЕНТНОЕ ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее блоки памяти, входы которых оптически связаны с соответствующими выходами оптоэлектронного коммутатора, абонентские адресные каналы, каждый из которых содержит лазер, оптически связанный через блок адресации пучка с входным блоком формирования пучка, коллимирующий блок, оптически связанный через последовательно расположенные электрически управляемый транспарант и информационный блок фокусировки пучка с входом невзаимного вентиля, первый выход которого связан с соответствующим входом оптоэлектронного коммутатора, а второй выход невзаимного вентиля оптически связан с выходом блоком формирования пучка, корректирующий блок, оптически связанный с фотоприемным блоком, блок управления, каждый из выходов первый группы которого подключен к входу соответствующего лазера, причем каждый из выходов второй группы блока управления подключен к входу соответствующего блока адресации пучка, каждый из выходов третьей группы блока управления подключен к входу соответствующего электрически управляемого транспаранта, каждый из выходов четвертой группы блок управления подключен к входу соответствующего фотоприемного блока, выходы пятой группы блока управления подключены к входам оптоэлектронного коммутатора, каждый из выходов шестой группы выходов блока управления подключен к входу соответствующего блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности устройства, в него введены адресные управляемые мультиплицирующие блоки, блоки формирования пучка, адресные управляемые блоки сведения изображений, управляемые светоделители, светообъединители, информационные управляемые блоки сведения изображений, адресные блоки оптической связи, корректирующие блоки, оптически управляемые транспаранты, блоки фокусировки пучка, информационные управляемые мультиплицирующие блоки, информационные блоки оптической связи, причем выход каждого входного блока формирования пучка связан с оптическим входом соответствующего адресного управляемого мультиплицирующего блока, первый оптический выход которого через блок формирования пучка связан с первым оптическим входом соответствующего адресного управляемого блока сведения изображений, оптический выход которого связан с входом соответствующего коллимирующего блока, выход каждого выходного блока формирования пучка связан с входом соответствующего управляемого светоделителя, первый оптический выход которого связан с входом соответствующего информационного корректирующего блока, второй выход каждого управляемого светоделителя оптически связан с первым входом соответствующего светообъединителя, второй вход которого оптически связан с выходом соответствующего информационного управляемого блока сведения изображений, каждый вход которого через соответствующий адресный блок оптической связи связан с последующим выходом соответствующего адресного управляемого мультиплицирующего блока, выходы каждого светообъединителя через соответствующие последовательно расположенные корректирующий блок, оптически управляемый транспарант и блок фокусировки пучка связан с оптическим входом соответствующего управляемого мультиплицирующего блока, у каждого из которых каждый выход через соответствующий информационный блок оптической связи связан с последующим входом соответствующего адресного управляемого блока сведения изображений, выходы групп с седьмой по двенадцатую блока управления подключены к входам каждого соответствующего адресного управляемого мультиплицирующего блока, адресного управляемого блока сведения изображений, управляемого светоделителя, информационного управляемого блока сведения изображений, оптически управляемого транспаранта, информационного управляемого мультиплицирующего блока.

МНОГОАБОНЕНТНОЕ ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее блоки памяти, входы которых оптически связаны с соответствующими выходами оптоэлектронного коммутатора, абонентские адресные каналы, каждый из которых содержит лазер, оптически связанный через блок адресации пучка с входным блоком формирования пучка, коллимирующий блок, оптически связанный через последовательно расположенные электрически управляемый транспарант и информационный блок фокусировки пучка с входом невзаимного вентиля, первый выход которого связан с соответствующим входом оптоэлектронного коммутатора, а второй выход невзаимного вентиля оптически связан с выходом блоком формирования пучка, корректирующий блок, оптически связанный с фотоприемным блоком, блок управления, каждый из выходов первый группы которого подключен к входу соответствующего лазера, причем каждый из выходов второй группы блока управления подключен к входу соответствующего блока адресации пучка, каждый из выходов третьей группы блока управления подключен к входу соответствующего электрически управляемого транспаранта, каждый из выходов четвертой группы блок управления подключен к входу соответствующего фотоприемного блока, выходы пятой группы блока управления подключены к входам оптоэлектронного коммутатора, каждый из выходов шестой группы выходов блока управления подключен к входу соответствующего блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности устройства, в него введены адресные управляемые мультиплицирующие блоки, блоки формирования пучка, адресные управляемые блоки сведения изображений, управляемые светоделители, светообъединители, информационные управляемые блоки сведения изображений, адресные блоки оптической связи, корректирующие блоки, оптически управляемые транспаранты, блоки фокусировки пучка, информационные управляемые мультиплицирующие блоки, информационные блоки оптической связи, причем выход каждого входного блока формирования пучка связан с оптическим входом соответствующего адресного управляемого мультиплицирующего блока, первый оптический выход которого через блок формирования пучка связан с первым оптическим входом соответствующего адресного управляемого блока сведения изображений, оптический выход которого связан с входом соответствующего коллимирующего блока, выход каждого выходного блока формирования пучка связан с входом соответствующего управляемого светоделителя, первый оптический выход которого связан с входом соответствующего информационного корректирующего блока, второй выход каждого управляемого светоделителя оптически связан с первым входом соответствующего светообъединителя, второй вход которого оптически связан с выходом соответствующего информационного управляемого блока сведения изображений, каждый вход которого через соответствующий адресный блок оптической связи связан с последующим выходом соответствующего адресного управляемого мультиплицирующего блока, выходы каждого светообъединителя через соответствующие последовательно расположенные корректирующий блок, оптически управляемый транспарант и блок фокусировки пучка связан с оптическим входом соответствующего управляемого мультиплицирующего блока, у каждого из которых каждый выход через соответствующий информационный блок оптической связи связан с последующим входом соответствующего адресного управляемого блока сведения изображений, выходы групп с седьмой по двенадцатую блока управления подключены к входам каждого соответствующего адресного управляемого мультиплицирующего блока, адресного управляемого блока сведения изображений, управляемого светоделителя, информационного управляемого блока сведения изображений, оптически управляемого транспаранта, информационного управляемого мультиплицирующего блока.