Оптическое оперативное запоминающее устройство Советский патент 1980 года по МПК G11C13/04 

1

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

Известно оптическое запоминающее устройство (ЗУ), содержащее источник излучения, адресную систему, регистррующую среду, матрицы фотоприемников и точечные источники сферических волн, освещающих всю или значительную площадь регистрирующей среды используемые при записи и считывании как полезной информации, так и ассоциативных признаков и признаков опроса l3 .

Однако в известном устройстве необходимо освещение как при записи, так и при считывании больших площаде регистрирующей среды. Это приводит к повышенньлм требованиям к чувствительности реверсивных регистрирующих сред, фотоприемников и их характеристикам, резкому снижению быстродействия устройств и плотности записи, а также возможности ассоциативного поиска только страниц информации. Кроме того в этом устройстве необходимо использовать объемные регистрирующие среды.

Наиболее близким техническим решением является оптическое запоминающее устройство с записью, считыванием и стиранием информации, содер ;;ащее источник излучения, адресную систему, формирующую оптику, управляемый транспарант, реверсивную регистрирующую среду, фотоприемную матрицу и устройство управления .

В этом устройстве возможна только адресная обработка информации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения его работы в ассоциативном режиме выборки информации.

Это достигается тем, что в него введены светоделительный элемент, второй блок фокусировки луча и вторая матрица фотоприемников, причем вход светоделительного элемента оптически связан с первым блоком фокусировки луча, первый выход светоделительного элемента оптически свзан через второй блок фокусировки лу с второй матрицей фотоприемников, второй выход светоделительного элемента оптически связан с первой м трицей фотоприемников, выходы второй матрицы фотоприемников подключены к

блоку управления, выход которого подключен к светоделительному элементу, а также в него введен дополнительный светоделительный элемент., второй блок формирования луча, второй управляемый транспарант, третий блок фокусировки луча, третья матрица фотоприемников, причем вход дополнительного светоделительного элемента оптически связан с вторым выходом светоделительного элемента, первый выход дополнительного светоделительного элемента оптически связан через последовательно расположенные второй блок формирования луча, второй управляемый транспарант и третий блок фокусировки луча с третьей матрицей фотоприемников, выход которого подключен к блоку управления, второй выход дополнительного светоделительного элемента оптически связан с первой матрицей фотоприемников, выходы блока управления подключены к дополнительному светоделительному элементу, к второму управляемому транспаранту и третьей матрице фотоприемников .

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, блок 2 адресации луча с оптической системой 3, обеспечиваю щий как произвольную заданную адресацию световых пучков при записи, считывании и стирании, так и одновременное высвечивание всего адресного растра световых пучков при ассоциативной обработке информации. Источником излучения могут быть, например лазеры, излучательные диоды, инжекционные лазеры и т.д., а в качестве сщресных систем используются, например, электрооптическая система, матрицы излучательных диодов или лазеров, сканлазер и т.д. Далее устройство содержит блок 4 формирования луча, управляемый транспарант 5, осуществляющий пространственно-временну модуляцию светового пучка в соответствии с кодом, предназначенным для записи информации, или в соответстви с признаком опроса при ассоциативном поиске информации, блок 6 фокуси ровки луча, реверсивный носитель 7 информации ,с оптическим блоком 8 считывания. В качестве носителя может быть использован, например, фотоэлектрический кристалл (например, силикат висмута), на котором хранится информация в виде отдельных кадров - страниц, например, в парофазном коде, или любая подходящая среда допускающая запись, считывание и стирание информации.

В устройство входят светоделительные элементы 9 и 10, например светоделительные призмы, чувствительные к плоскости поляризации, или .полупрозрачные зеркала, разделяющие

оптическую схему на канал I ассоциативного поиска страницы информации, в котором расположены второй блок 11 фокусировки луча и матрица 12 фотоприемников, канал TI считывания основной информации, в котором расположены светоделительный элемент 10 и матрица 13 фотоприемников и

канал in ассоциативного поиска слова (блока слов), в котором расположен блок 14 формирования луча, управляемый транспарант 15,блок 16 фокусировки луча и матрица 17 фотоприемнков . Светоделительные элементы 9 и 10 или разделяют световой пучок на. три канала или переключают весь световой пучок с одного канала на другой .

Матрица 12 фотоприемников осущестляет определение адреса страницы информации (кадра) при ассоциативном поиске страницы информации, 13 - регистрацию считываемой информации как всего кадра, так и отдельных слов (блоков слов), 17 - определение адреса слова (блока слов) внутри страницы информации.

Управляемый транспарант 15 осуществляет пространственно-временную модуляцию светового пучка в соответствии с обратным, кодом признака опроса слова (блока слов).

Блок 18 управления управляет записью, считыванием, стиранием при ассоциативной и адресной обработках информации.

При адресной обработке информации устройство работает следующим образом .

В режиме записи работает источник 1 излучения на длине волны %.vn. По команде с блока 18 световой пучок блоком 2 устанавливается в положение, соответствующее адресу микрокадра, в который должна записываться информация. На управляемом транспаранте 5 отображается код записываемой информации, поступаемый по команде с блока 18 из любого внешнего источника информации, например ЗУ любого типа, процессора и т.д. (на чертеже не показаны). Световой пучок с помощью блока 4 формирования луча расширяется до размеров управляемого Транспаранта 5 и затем с помощью блока фокусировки луча освещает участок светочувствительного носителя 7, соответствующий адресу, заданному блоком 2. Поскольку пучок света промодулирован управляекым транспарантом 5, то в плоскости носителя проецируется уменьшенное изображение кодй, отображенного на управляемом транспаранте 5. На носитель 7, по команде с блока 18, например, подается напряжение. По завершению записи микрокадра напряжение с носителя 7, например, снимается.

В режиме считывания информации работает источник 1 излучения на длине волны . Блок 18 переводит все рабочие ячейки управляемого транспаранта 5 в режим пропускания света. По команде с блока 18 пучок света блоком 2 устанавливается в положение, соответствующее адресу считываемого микрокадра. Освещение микрокадра осуществляется той же оптической системой, что и при записи микрокадра. Увеличенное изображение микрокадра с помощью оптической системы 8 и светоделительных элементов 9 и 10 (на элемент 9, например, блок 18 подает напряжение), проектируется в плоскость матрицы 13 фотоприемников и по команде с блока 18 считывается ею.

В режиме стирания информации работает источник 1 излучения на длине волны . При необходимости стирания какой-либо страницы информации по команде с блока 18 все ячейки управляемого транспаранта 5 переводятся в ЕЮЖИМ пропускания света. Оптическая система работает так же, как и в режиме записи информации.

При стирании слова (блока слов) блок 18 переводит в режим пропускания только те ячейки управляемого транспаранта 5, информация в которых должна стираться и перезаписываться, остальные ячейки маскируются.

При ассоциативной обработке информации устройство работает следующим образом.

В режиме ассоциативного поиска страницы информации источник 1 излунения работает на длине волны Vtyur и при этом блок 18 высвечивает весь адресный растр световых пучков блока 2 (например, на все ячейки электрооптической системы подается четверть волновых напряжений). В ячейках управляемого транспаранта 5, преду азначенных для ассоциативного признака страницы (микрокадра), блок 18 отображает обратный код признака опроса, остальные ячейки управляемог транспаранта маскируются. Световое распределение из плоскости носителя информации с помощью оптического блока 8 считывания и блока 11 фокусировки луча проектируется на матрицу 12 фотоприемников в виде растра световых точек. Изображение растра тчечных источников переносится в плоскость расположения матрицы 12 фото.приемников.

Если один (или несколько) из ассоциативных признаков совпал с признаком опроса, то суммарный сигнал, пол ченный с соответствующего фотоприемника (группы фотоприемников) матрицы 12, будет равеи нулю. Адрес этого фотоприемника (группы фотоприемников в матрице 12 соответствует искомому адресу микрокадра на носителе. По

команде с блока 18 устройство переводится в режим адресного считывания по найденному адресу, описанному выше .

В режиме ассоциативного поиска слова (блока слов) в странице информации блок 2 работает в режиме адресного считывания. Все ячейки управляемого транспаранта 5, предназначенные для ассоциативных признаков слов (блоков слов), блоком 18 переводятся на пропускание, а все остальные ячейки могут маскироваться. С помощью светоделительных элементов 9 и 10 (на элементы 9 и 10 подаются, например, напряжения) считываемый пучок

5 направляется в канал ассоциативного поиска слова (блока слов). С помощью блока формирования луча 14 ассоциативные признаки слов (блоков слов) проектируются и совмещаются на управляемом транспаранте 15, на кото0ром блок 18 отображает, например, обратный код признака опроса слова (блока слов). Производится оптическое умножение признака опроса на ассоциативные признаки всех слов (блоков

5 слов) данной страницы информации. Полученное световое распределение проектируется блоком 16 фокусировки луча на матрицу 17 фотоприемников. Если один из кодов ассоциативных

0 признаков слов (блоков слов) совпал с кодом признака опроса, то суммарный сигнал, полученный с соответствующего фотоприемника (группы фотоприемников) матрицы 17 будет равен

5 нулю. Адрес этого фотоприемника (фотоприемников) в матрице 17 соответствует искомому ащресу слова (блока слов) в странице информации. Считывание основной информации по этому адресу производится по коман0де с блока 18 с помощью матрицы 13 фотоприемников в режиме адресного считывания.

Запись информации в ЗУ может производиться одним из следующих

5 способов: по адресу, по признаку, с шаговым распределением, с сортировкой информации.

Стирание информации может производиться либо по адресу, при этом

0 устройство работает в адресном режиме, описанном выше, либо по признаку, при этом страница или слово (блок слов), подлежащих стиранию, отыскивается при работе устройства

5 в ассоциативном режиме поиска. После этого стирание страницы производится по команде с блока 18 обычным способом, при котором все ячейки управляемого транспаранта 5 переводятся в режим пропускания. При стиОрании слова (блока слов) в режим пропускания блок 18 переводит только те ячейки управляемого транспаранта 5, информация в которых должна стираться и Т1ерезаписываться.

5

Использование предлагаемого устройства позволяет осуществить параллельный ассоциативный поиск по массиву Ю двоичных знаков и в несколько раз увеличить быстродействие запоминающих устройств.

Применение данного ЗУ в вычислительных системах позволит эффективно управлять поиском информации в оперативных ЗУ, осуществлять динамическое распределение памяти аппаратурными средствами, реализовать ас социативную виртуальную память и ускрить обмен информации между различными уровнями памяти машин, осуществить аппаратурную реализацию транслятора и части операционной системы и др. Ассоциативный принцип обме на информацией с внешними накопителями и поиск информации в больших массивах данных упрощает операционную систему и увеличивает ее быстродействие.

Формула изобретения

1. Оптическое оперативное запоминамщее устройство, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные источник излучения, блок адресации луча, первый блок формирования луча, первый управляеьвлй транспарант, первый блок фокусировки луча, реверсивный носитель инфомации, оптический блок считывания, первую матрицу фотоприемников и блок управления, выходы которого подключены к источнику излучения, первому управляемому транспаранту, реверсивному носителю информации и первой матрице фотопр иемников, о т л ичающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за чет обеспечения его работы в ассоциативном режиме выборки информации, в него введены светоделительный элемент, второй блок фокусировки луча и вторая матрица фотоприемников, причем вход светоделительного элемента оптически связан с оптическим блоком считывания, первый выход светоделительного элемента оптически связан через второй блок фокусировки луча с второй матрицей фотоприемников, второй выход светоделительного элемента оптически связан с первой матрицей фотоприемников, выходы второй матрицы фотоприемников подключены к блоку управления, выход которого подключен к светоделительному элементу.

2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что в него введен дополнительный светоделителькый элемент, второй блок формирования луча, второй управляемый транспарант, третий блок фокусировки луча, третья матрица фотоприемников, причем вход дополнительного светоделительного элемента оптически связан с вторым выходом светоделительного элемента, первый выход дополнительного светоделительного элемента оптически связан через последовательно расположенные второй блок формирования луча, второй управляег ый транспарант и третий блок фокусировки луча с третьей матрицей фотоприемников, выход которой подключен к блоку управления, второй выход дополнительного светоделительtfDro элемента оптически связан с первой матрицей фотоприемников, выходы блока управления подключены к дополнительному светоделительному элеенту, к второму управляемому трансаранту.

Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1.IEEE Traus, 1970, Dec., С-19, W 12, p. 1174-1184.

2.Патент США 3902788, 1975 г., л. 350-150 (прототип).