АДРЕСНО-АССОЦИАТИВНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ 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.

Известно оптическое запоминающее устройство с перезаписью информации, содержащее источник излучения, блок адресации луча, телескопическую систему, управляемые поликубические мультипликаторы изображений, блоки формирования лучей, управляемые транспаранты, согласующие оптические системы, фокусирующие оптические системы, носители информации, формирующую оптическую систему, управляемый светоделительный блок, невзаимный оптический вентиль, матрицы фотоприемников и блок управления. Недостатком данного устройства является сложность его оптико-электронной системы.

Наиболее близким техническим решением является ассоциативно-адресное оптическое запоминающее устройство с записью, считыванием, стиранием и ассоциативным поиском информации, содержащее источник излучения, адресную систему, формирующую оптику, управляемые транспаранты, реверсивный носитель информации, фотоприемные блоки и устройство управления.

Недостатком данного устройства является невысокая емкость хранения информации.

Цель изобретения увеличить информационную емкость устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в адресно-ассоциативное оптическое запоминающее устройство (ААОЗУ), содержащее последовательно расположенные и оптически связанные первый источник излучения, блок адресации луча, первый блок формирования луча, управляемый транспарант, первый блок фокусировки луча, светоделительный элемент, первый выход которого оптически связан с первым управляемым светоделителем, первый выход которого оптически связан с первым блоком фотоприемников, а второй выход через второй блок фокусировки луча с вторым блоком фотоприемников, реверсивный носитель информации и блок управления, выходы которого подключены к первому источнику излучения, блоку адресации луча, первому и второму блокам фотоприемников, управляемому транспаранту и первому управляемому светоделителю, введены второй управляемый светоделитель, первый и второй отражающие элементы, второй и третий блоки формирования луча, невзаимный оптический вентиль, первый блок переноса изображения, первый управляемый поликубический мультипликатор изображения, вторые блоки переноса изображения, внешние носители информации, причем вход второго управляемого светоделителя оптически связан с вторым выходом светоделительного элемента, первый выход второго управляемого светоделителя оптически связан через второй блок формирования луча, реверсивный носитель информации с первым входом невзаимного оптического вентиля, второй выход второго управляемого светоделителя оптически связан через третий блок формирования луча, первый и второй отражающие элементы с вторым входом невзаимного оптического вентиля, выход которого через первый блок переноса изображения оптически связан с входом первого управляемого поликубического мультипликатора изображения, каждый выход которого через второй блок переноса изображения связан с внешним носителем информации, выходы блока управления подключены ко второму управляемому светоделителю, первому управляемому мультипликатору изображения, внешним носителям информации.

С целью использования в устройстве внешних носителей информации, работающих на пропускание, в него также введены светообъединяющий элемент, первые блоки оптического согласования, второй управляемый поликубический мультипликатор изображения, третий управляемый светоделитель, второй блок оптического согласования, четвертый блок формирования луча и второй источник излучения, причем первый вход светообъединяющего элемента оптически связан с вторым блоком формирования луча, а выход реверсивным носителем информации, второй источник излучения оптически связан через четвертый блок формирования луча с входом третьего управляемого светоделителя, первый выход которого оптически связан с входом управляемого поликубического мультипликатора изображения, каждый выход которого оптически связан через первый блок оптического согласования с внешним носителем информации, второй выход третьего управляемого светоделителя через второй блок оптического согласования связан с вторым входом светообъединяющего элемента.

Выходы блока управления подключены ко второму управляемому мультипликатору, третьему управляемому светоделителю и второму источнику излучения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена оптическая блок-схема предложенного устройства.

Устройство содержит источник излучения 1, блок адресации луча 2 с оптической системой, формирующей на выходе световые пучки на длинах волн записи ( λ_зап) считывания (λ_счит) и стирания (λ_стир), обеспечивающие как произвольную заданную адресацию световых пучков при записи, считывании и стирании, так и одновременное высвечивание всего адресного растра пучков при ассоциативной обработке информации (излучателями света могут быть лазеры, излучательные диоды, инжекционные лазеры и т.д. в качестве блока адресации могут использоваться электрооптическая отклоняющая система, матрицы излучательных диодов или лазеров, сканлазер и т.д.), блок формирования луча 3, управляемый транспарант (УТ) 4, осуществляющий пространственно-временную модуляцию светового пучка в соответствии с кодом, предназначенным для записи информации, или в соответствии с признаком опроса при ассоциативном поиске информации, блок фокусировки луча 5.

Светоделительный элемент 6, светоделительный куб, чувствительный к плоскости поляризации, или полупрозрачное зеркало и управляемые светоделители 7, 11, светоделительные кубы, чувствительные к плоскости поляризации, перед входными плоскостями которых расположены переключатели поляризации, например, электрооптические, которые при подаче напряжения поворачивают плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о, разделяют оптическую схему на канал считывания информации (1), в котором расположены управляемый светоделитель 7 и блок фотоприемников 8; канал ассоциативного поиска информации (II), в котором расположены блок фокусировки луча 9 и блок фотоприемников 10; канал записи информации (III), в котором расположены управляемый светоделитель 11, блок формирования луча 12, светообъединяющий элемент 13, полупрозрачный отражающий реверсивный носитель информации 14; и канал перезаписи информации (IV), в котором расположены блок формирования луча 16, отражательные элементы 17, 18 и невзаимный оптический вентиль 15.

Невзаимный оптический вентиль 15 состоит из поляризационного куба, на выходной плоскости которого установлен невзаимный элемент, поворачивающий плоскость поляризации пучка при прохождении через него света в прямом и обратном направлении на 90^о.

Полупрозрачный отражающий реверсивный носитель информации 14 собран на основе фотоэлектрического кристалла (например, силиката висмута), на котором хранится информация в виде отдельных страниц-микрокадров, например, в парафазном коде.

Блоки переноса изображений 19, управляемый поликубический мультипликатор изображений 20, состоящий из светоделительных поляризационных кубов, пропускающих или отражающих световые пучки в зависимости от ориентации плоскости поляризации и переключателей поляризации света, которые при подаче напряжения поворачивают плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о, обеспечивает перезапись информации с реверсивного носителя 14 на множество внешних носителей 22, блоки переноса изображений 21, внешние носители информации 22, в качестве этих носителей могут быть использованы любые регистрирующие среды, допускающие оптическое считывание.

Блоки оптического согласования 23 обеспечивают освещение внешних носителей информации 22 параллельными пучками и состоят из волоконных световодов, образующих гомоцентрические пучки, и объективов, преобразующих их в параллельные пучки.

Управляемый поликубический мультипликатор изображений 24, блок оптического согласования 25, управляемый светоделитель 26, блок формирования луча 27, источник излучения света 28.

Блок управления (БУ) 29 управляет записью, считыванием, стиранием при ассоциативной и адресной обработках информации.

Следует отметить, что все устройство состоит из двух уровней памяти. На первом уровне устройства производится оперативная обработка информации, хранящейся на реверсивном носителе 14. Первый уровень состоит из блоков 1-14.

На втором уровне, включающем блоки 15-28, осуществляется долговременное хранение информации на внешних носителях 22. Для осуществления обработки информации, хранящейся на втором уровне, она переписывается на реверсивный носитель 14 первого уровня памяти.

Первый уровень запоминающего устройства может работать как в адресном, так и в ассоциативном режимах обработки информации.

При адресной обработке информации первый уровень устройства работает следующим образом.

В режиме записи работает источник излучения 1 на длине волны λ_зап. По команде БУ-29 световой пучок блоком адресации луча 2 устанавливается в положение, соответствующее адресу микрокадра, в который должна записываться информация.

На УТ-4 отображается код записываемой информации, поступающий по команда БУ-29 из любого внешнего источника информации (например, из ЗУ любого типа, процессора и т.д.).

Световой пучок блоком формирования луча 3 расширяется до размеров УТ-4, модулируется им и затем с помощью блока фокусировки луча 5, светоделительного элемента 6, управляемого светоделителя 11, блока формирования луча 12 и светообъединяющего элемента 13 освещает участок реверсивного носителя информации 14, соответствующий адресу, заданному блоком адресации луча 2. Поскольку пучок света промодулирован УТ-4, то в плоскости носителя 14 проецируется уменьшенное изображение кода, отображенного на УТ-4. На носитель информации 14 по команде БУ-29 подается напряжение. По завершении записи микрокадра напряжение с носителя 14 снимается.

В режиме считывания информации излучатель 1 работает на длине волны λ_счит. БУ-29 переводит все рабочие ячейки УТ-4 в режим пропускания света. По команде БУ-29 пучок света блоком 2 устанавливается в положение, соответствующее адресу считываемого микрокадра. Освещение микрокадра осуществляется той же оптической системой, что и при записи микрокадра. Отраженное от носителя информации 14 изображение микрокадра проходит светообъединительный элемент 13, увеличивается блоком 12 и направляется им, управляемым светоделителем 11, светоделительным элементом 6, управляемым светоделителем 7 на блок фотоприемников 8 и по команде БУ-29 считывается ею.

В режиме стирания информации излучатель 1 работает на длине волны λ_стир. При необходимости стирания какой-либо страницы информации по команде БУ-29 все рабочие ячейки УТ-4 переводятся в режим пропускания света. Оптическая система работает также, как и в режиме записи информации. При стирании слова (блока слов) БУ-29 переводит в режим пропускания только те ячейки УТ-4, информация в которых должна стираться и перезаписываться.

При ассоциативной обработке информации устройство работает следующим образом.

В режиме ассоциативного поиска страницы информации излучатель 1 работает на длине волны λ_счит и при этом БУ-29 одновременно высвечивает все адресные положения блока адресации луча 2 (например, на все ячейки электрооптической системы отклонения подаются четверть волновые напряжения). Во всех ячейках УТ-4, предназначенных для ассоциативных признаков, БУ-29 отображает, обратный код признака опроса, остальные ячейки могут маскироваться. Отраженное от носителя информации 14 изображение произведения ассоциативных признаков на признаки опроса с помощью светоделительного элемента 6 и управляемого светоделителя 7 (на элемент 7 подается напряжение) направляется в канал ассоциативного поиска страницы (2). В этом канале изображение произведения блоком фокусировки луча 9 проецируется на блок фотоприемников 10. Если один (или несколько) из ассоциативных признаков страниц совпал с признаком опроса, то суммарный сигнал, полученный с соответствующего фотоприемника (группы фотоприемников) блока 10 будет равен нулю. Адрес этого фотоприемника (фотоприемников) в блоке 10 соответствует искомому адресу микрокадра (микрокадров) на носителе 14. Устройство переводится в режим адресного считывания описанный выше, по найденному адресу (адресам).

Запись информации в ААОЗУ может производиться одним из следующих способов: по признаку, по адресу, с шаговым распределителем, с сортировкой информации.

Стирание информации может производиться либо по адресу, при этом устройство работает в адресном режиме, описанном выше, либо по признаку, при этом страница и (или) слово (блок слов) подлежащие стиранию, отыскиваются при работе устройства в ассоциативном режиме поиска. После этого стирание страницы производится по команде БУ-29 обычным способом, при котором все ячейки УТ-4 переводятся в режим пропускания. При стирании слов (блока слов) в режим пропускания БУ-29 переводит, только те ячейки УТ-4, информация в которых должна стираться и перезаписываться.

Как было указано выше, на втором уровне устройства осуществляется только долговременное хранение информации на внешних носителях 22. Обмен информацией между первым и вторым уровнями производится следующим образом.

При перезаписи информации с реверсивного носителя 14 на внешний 22 источник излучения 1 работает на длине волны λ_счит и при этом БУ-29 одновременно высвечивает все адресные положения блока адресации луча 2.

Все ячейки УТ-4 устанавливаются БУ-29 в режим пропускания. На управляемый мультипликатор 20 БУ-29 подает код адреса внешнего носителя 22, на который будет переписываться информация с реверсивного носителя 14. Растр адресных пучков, пройдя через оптическую систему, состоящую из блоков 3-6, 11-13, высвечивает все микрокадры реверсивного носителя 14. Изображение носителя 14 через невзаимный оптический вентиль 15 блоком переноса изображения 19 направляется на вход управляемого мультипликатора 20. Согласно коду, поданному на мультипликатор 20, изображение носителя 14 по соответствующему каналу мультипликатора 20 поступает на блок переноса изображения 21, который проецирует его на внешний носитель 22. На внешний носитель 22 подается с БУ-29 сигнал разрешающий запись.

По окончании записи этот сигнал снимается. Таким образом, информация, не нужная в данный момент для работы, с реверсивного носителя 14 может быть переписана на внешние носители 22, на которых она может храниться продолжительное время. Так могут быть заполнены все внешние носители информации 22, т.е. весь второй уровень ЗУ.

При необходимости информация с внешнего носителя 22, т.е. со второго уровня ЗУ может быть переписана на реверсивный носитель 14. При этом излучатель 1 работает на длине волны λ_зап. По команде БУ-29 высвечиваются все адресные положения блока адресации луча 2. По команде БУ-29 все ячейки УТ-4 переводятся в режим пропускания света. Растр адресных пучков, созданный блоком адресации луча 2, пройдя через блок формирования луча 3, УТ-4, блок фокусировки лучей 5, светоделительным элементом 6 и управляемым светоделителем 11 направляется в канал IV, где он формируется блоком формирования луча 16, и отражающими элементами 17, 18 направляется на невзаимный оптический вентиль 15. По команде БУ-29 с вентиля 15 растр поступает на блок переноса изображения 19, направляющий его на управляемый мультипликатор 20. На мультипликатор 20 БУ-29 подает код адреса внешнего носителя 22, с которого информация должна быть переписана на реверсивный носитель 14. В соответствии с этим кодом растр световых пучков направляется на этот носитель информации 22. Промодулированное носителем 22 отраженное изображение информации по тому же оптическому каналу направляется на невзаимный оптический вентиль 15, который направляет его на реверсивный носитель 14. На носитель 14 подается сигнал, разрешающий запись. По окончании записи сигнал снимается.

Таким образом, в данном ЗУ долговременное хранение информации осуществляется на внешних носителях информации 22, оперативно обрабатывается информация только на реверсивном носителе 14. При необходимости информации с любого внешнего носителя 22 может быть перенесена на реверсивный носитель 14 и наоборот.

С целью обеспечения возможности использования в качестве внешних носителей регистрирующих сред, работающих на пропускание, в схему устройства дополнительно вводятся источник излучения 28, блок формирования луча 27, управляемый светоделитель 26, блок оптического согласования 25, светообъединительный элемент 13, управляемый мультипликатор 24, блоки оптического согласования 23.

В этом случае в режиме перезаписи устройство работает следующим образом.

При перезаписи информации с реверсивного носителя 14 на внешний 22 луч света от источника излучения 28 формируется блоком формирования луча 27 и управляемым светоделителем 26 направляется на вход блока оптического согласования 25. Полученный на выходе блока оптического согласования 25 световой пучок подается на светообъединительный элемент 13 и освещает реверсивный носитель информации 14. Производится перезапись информации с реверсивного носителя 14 на внешний носитель 22 вышеописанным способом.

При перезаписи информации с внешнего носителя 22 на реверсивный носитель 14 сформированный блоком формирования 27 луч управляемым светоделителем 26 направляется на управляемый мультипликатор 24. На этот мультипликатор 24 подается код адреса внешнего носителя 22, с которого будет вестись перезапись информации. С помощью блока оптического согласования 23 производится освещение выбранного внешнего носителя 22.

Считанное изображение носителя информации 22 блоком переноса изображения 21 направляется на управляемый мультипликатор 20. На мультипликатор 20 БУ-29 подает код адреса носителя 22, с которого производится перезапись. В соответствии с этим кодом "просветляется" канал управляемого мультипликатора 20, по которому считанное изображение носителя поступает через блок переноса изображения 19, на невзаимный оптический вентиль 15. По команде БУ-29 вентиль 15 направляет изображение носителя 22 на реверсивный носитель 14. На реверсивный носитель 14 БУ-29 подает сигнал, разрешающий запись, по окончании записи сигнал снимается.

Применение данного ААОЗУ в вычислительных системах позволит объединить два уровня иерархии памяти ЭВМ оптическим каналом связи, способным параллельно переносить массивы информации ≈ 10⁸-10⁹ бит, что значительно повысит производительность ЗУ. Двухуровневая оптическая память позволяет достичь объемов ≈10¹⁰-10¹¹ бит на уровне оперативного ЗУ и промежуточной памяти, 10¹² бит на уровне внешней динамической памяти и ≈ 10¹⁵ бит в архиве. При этом темп обмена оперативной или промежуточной памяти с внешней динамической памятью и архивом может составлять ≈10¹¹-10¹² бит/c и выше при объеме выбираемого массива ≈10⁸-10⁹ бит.

АДРЕСНО-АССОЦИАТИВНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные первый источник излучения, блок адресации луча, первый блок формирования луча, управляемый транспарант, первый блок фокусировки луча, светоделительный элемент, первый выход которого оптически связан с первым управляемым светоделителем, первый выход которого оптически связан с первым блоком фотоприемников, а второй выход через второй блок фокусировки луча с вторым блоком фотоприемников, реверсивный носитель информации, блок управления, выходы которого подключены к первому источнику излучения, блоку адресации луча, управляемому транспаранту, первому и второму блокам фотоприемников и первому управляемому светоделителю, отличающееся тем, что, с целью повышения информационной емкости устройства, в него введены второй управляемый светоделитель, второй и третий блоки формирования луча, первый и второй отражающие элементы, невзаимный оптический вентиль, первый блок переноса изображения, первый управляемый поликубический мультипликатор изображения, вторые блоки переноса изображения, внешние носители информации, причем вход второго управляемого светоделителя оптически связан с вторым выходом светоделительного элемента, первый выход второго управляемого светоделителя оптически связан через второй блок формирования луча, реверсивный носитель информации с первым входом невзаимного оптического вентиля, второй выход второго управляемого светоделителя оптически связан через третий блок формирования луча, первый и второй отражающие элемены с вторым входом невзаимного оптического вентиля, выход которого через первый блок переноса изображения оптически связан с входом первого управляемого поликубического мультипликатора изображения, каждый выход которого через второй блок переноса изображения связан с внешним носителем информации, выходы блока управления подключены к второму управляемому светоделителю, первому управляемому мультипликатору изображения, внешним носителем информации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введены светообъединяющий элемент, первые блоки оптического согласования, второй управляемый поликубический мультипликатор изображения, третий управляемый светоделитель, второй блок оптического согласования, четвертый блок формирования луча и второй источник излучения, причем первый вход светообъединяющего элемента оптически связан с вторым блоком формирования луча, а выход - с реверсивным носителем информации, второй источник излучения оптически связан через четвертый блок формирования луча с входом третьего управляемого светоделителя, первый выход которого оптически связан с входом второго управляемого поликубического мультипликатора изображения, каждый выход которого оптически связан через первый блок оптического согласования с внешним носителем информации, второй выход третьего управляемого светоделителя, через второй блок оптического согласования связан с вторым входом светообъединяющего элемента, выходы блока управления подключены к второму управляемому мультипликатору изображения, третьему управляемому светоделителю и второму источнику излучения.

1. АДРЕСНО-АССОЦИАТИВНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные первый источник излучения, блок адресации луча, первый блок формирования луча, управляемый транспарант, первый блок фокусировки луча, светоделительный элемент, первый выход которого оптически связан с первым управляемым светоделителем, первый выход которого оптически связан с первым блоком фотоприемников, а второй выход через второй блок фокусировки луча с вторым блоком фотоприемников, реверсивный носитель информации, блок управления, выходы которого подключены к первому источнику излучения, блоку адресации луча, управляемому транспаранту, первому и второму блокам фотоприемников и первому управляемому светоделителю, отличающееся тем, что, с целью повышения информационной емкости устройства, в него введены второй управляемый светоделитель, второй и третий блоки формирования луча, первый и второй отражающие элементы, невзаимный оптический вентиль, первый блок переноса изображения, первый управляемый поликубический мультипликатор изображения, вторые блоки переноса изображения, внешние носители информации, причем вход второго управляемого светоделителя оптически связан с вторым выходом светоделительного элемента, первый выход второго управляемого светоделителя оптически связан через второй блок формирования луча, реверсивный носитель информации с первым входом невзаимного оптического вентиля, второй выход второго управляемого светоделителя оптически связан через третий блок формирования луча, первый и второй отражающие элемены с вторым входом невзаимного оптического вентиля, выход которого через первый блок переноса изображения оптически связан с входом первого управляемого поликубического мультипликатора изображения, каждый выход которого через второй блок переноса изображения связан с внешним носителем информации, выходы блока управления подключены к второму управляемому светоделителю, первому управляемому мультипликатору изображения, внешним носителем информации. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введены светообъединяющий элемент, первые блоки оптического согласования, второй управляемый поликубический мультипликатор изображения, третий управляемый светоделитель, второй блок оптического согласования, четвертый блок формирования луча и второй источник излучения, причем первый вход светообъединяющего элемента оптически связан с вторым блоком формирования луча, а выход - с реверсивным носителем информации, второй источник излучения оптически связан через четвертый блок формирования луча с входом третьего управляемого светоделителя, первый выход которого оптически связан с входом второго управляемого поликубического мультипликатора изображения, каждый выход которого оптически связан через первый блок оптического согласования с внешним носителем информации, второй выход третьего управляемого светоделителя, через второй блок оптического согласования связан с вторым входом светообъединяющего элемента, выходы блока управления подключены к второму управляемому мультипликатору изображения, третьему управляемому светоделителю и второму источнику излучения.