Ассоциативное запоминающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G11C15/00 

1

Изобретение относится к запоминающим устройствам (ЗУ) и может быть использовано в качестве долговременного запоминающего устройства последовательного Типа для записи, хранения, опознания и воспроизведения кодированных импульсных последовательностей, а также для работы в качестве универсальных инфЬрмационных преобразователей, например, з задачах по распознанию образов.

Известно запоминающее устройство, которое содержит расположенные на одной прямой модулированный источник света, формирователь светового потока,, фотоприемник и фотоноситель информации, в которых фотоноситель отделе) от источника света экраном из скрещенных поляризаторов. Нежду поляризаторами размеще;на Прозрачная магнитная пластина с одиночным ма|- нитным доменом, который формируеУ световод. Перемещением домена уп-. равляют с помощью вспомогательных

сигналов. В результате получают возможность перемещения световода и использование его для размещения и считывания информации при записи и воспроизведении. Запись осуществляют посредством модуляции светового потока записываемой последовательностью сигналов при одновременном действии сигналов развертки. При воспроизведении генерируют только сигналы развертки, поддерживая яркость источника света неизменной. В дальнейшем после/ рвательности основных записываемых и воспроизводимых) и вспомогательных (/формирующих развертку) сигналов - основные и вспомогательные тексты 13.

Недостатками известного устройст, ва являются отсутствие у памяти ассоциативных свойств, влияние дефектов и повреждений носителя информации на точность считываемых текстов отсутствие опознающей выборки. Эю ограничивает область применения ЗУ и его надежность. Наиболее близким к предлагаемому является оптическое запоминающее устройство с ассоциативной опознающей выборкой, содержащее модулируемый записываемым текстом источник cBeta, формирователь светового потока, фотоноситель и фотоприемник информации. Источник света экранирован от фотоносителя иначе, чем в перечисленные элементы соединены по схеме теневого прибора, для чего меж ду формирователем светового потока (в данном случае конденсатором) и фотоносителем дополнительно размещены теневая маска, например нож Фуко, и проекционный объектив. При этом теневая маска с запасом перекрывает пятно сфокусированных лучей. Кроме того, в канале теневого прибора,например между линзами конденсатора, помещен синтезатор оптических неоднородностей, которые визуализируются теневым прибором и выполняют функции подвижного световода. Синтезатор выполнен с использованием пленочного зеркала и поля точеч ных возбудителей. Возбудители соединены с источником вспомогательного текста, задающего развертку. Синтезатор преобразует сигналы .вспомогательного текста в динамические интерференционные картины в форме суперпозиции волн, деформирующих пленочное зеркало, причем каждая интерференционная картина и весь этот про цесс детерминированы пространственно временной (информационной) структурой вспомогательного текста. Теневой прибор используется для экранирования источника света от фотоносителя и, кроме того, осуществляет пороговое преобразование интерференционных картин. Уровень порогового преобразо вания определяется величиной перекрытия теневой маской пятна сфокусированных лучей. Интерференционные картины осущест ляют локальную угловую модуляцию падающего на зеркало светового потока Перекрытие светового потока теневой маской достаточно велико, поэтому лишь в небольшом числе точек деформации пленочногозеркала могут оказаться достаточными для выведения лу чей за пределы теневой маски. Им соответствуют максимумы интерференцией ных картин, называемые далее эксцессами. Эксцессы возникают в местах встречи (пересечения) многих волновых фронтов и имеют форму округлых световых пятен, скачкообразно изменяющих свою локализацию. Эксцессы проецируются объективом на фотоноситель и сканируют его поверхность в функции от информационной структуры скользящего отрезка вспомогательного текста. Эта в общем случае многолучевая развертка используется для размещения на фотоносителе текста, который записывается посредством модуляции яркости источника света. Записанный текст воспроизводится при постоянно включенном источнике света, если повторяется вспомогательный текст. Эта же операция может быть выполнена по частям с помощью нового вспомогательного текста, который составлен из цитат прежнего, причем допускаются ограниченные искажения цитат, т.е. реализуется ассоциативная опознающая выборка. Поэтому в дальнейшем вспомогательный текст называется также ассоциированным. Опознающие свойства обусловлены инвариантностью траектории эксцессов к малым искажениям ассоциированного текста, управляющего разверткой. На стабильность и воспроизводимость развертки практически не оказывают влияния изменения амплитуд возбуждающих сигналов или даже отсутствие (или избыток) некоторой их части,малой по отношению к общему количеству возбудителей 2. Недостатком описанного устройства является малое разрешение адресной системы, обусловленное сравнительно большой площадью эксцессов. Подвижный световод, который формируется эксцессами при приложении вспомогательного текста, имеет большое сечение. В результате огромная потенциальная информационная емкость фотоносителЛ (10 точек на см) не используется до (онца. Причиной этого является большая длина волны на пленочном зеркале и, как следствие, крупноструктурные интерференционные картины. . Цель изобретения - повышение информационной емкости устройства. Поставленная цель достигается тем что в ассоциативное запоминающее устройство, содержащее расположенные на одной оптической оси источник све та, формирователь cseTOBorq потока, синтезатор оптических неоднородносте пороговый преобразователь, объектив, фотоноситель и фотоприемник информации, введен источник ассоциированного текста,а синтезатор оптических не однородностей состоит из пластин с фазовым рельефом и узла для микроперемещений пластин, причем узел для микроперемещений пластин кинематичес ки связан с каждой пластиной и подключен к источнику ассоциированного текста. При этом пластины с фазовым релье фом выполнены в виде матовых пленок, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления, равным коэффициенту преломления материала пластин, а фотоприемник информации выполнен в виде матрицы фотодиодов, выходы которы соединены со входом элемента ИЛИ,выход которого является выходом фотоприемника. С точки зрения функционирования устройства основная цель изобретения достигается в результате замены круп ноструктурных картин интерференционными картинами с тонкой структурой., что соответственно обеспечивает полу чение подвижного световода малого се чения, соизмеримого с величиной зерн фотоматериала. В качестве инструмент для мелкоструктурной угловой модуляции светового потока используются .тины с фазовым рельефом или, что в данном случае то же самое, матовые стекли или пластины, поверхность которых эквивалентна множеству микропризм. В наборе таких пластин реализуется суперпозиция их модуляционных функций. С. помощью независимых микро перемещений этих пластин в наборе можно Тполучить к различных картин, где k - число позиций пластин в наборе, п - число пластин. Например, при 1 4 и п 50 получим k . После порогового преобразования этих картин при надлежащем выборе порога можно получить достаточное разнообра зие в расположении эксцессов, чтобы обеспечить обращение к любым точкам носителя информации. Смещение пластин в наборе на несколько микрон достаточно, чтобы полностью изменить влияние пластины на все проходящие через нее лучи. Поэтому привод пластин может быть осуществлен магнитострикционными или пьезоэлектрическими элементами. Аналогичный эффект тасовки хорошо имитируется средствами оптоэлектроники без фактического перемещения пластин . Модуляционные свойства пластин выбираются такими, чтобы изменение в локализации эксцессов возникало лишь при изменении позиций значительного количества пластин в наборе, (обозначим минимальное количество таких изменений с) ), а при изменении позиций меньшего числа пластин, например одной, не должно, как правило, возникать каких-либо изменений в расположении эксцессов. Это требование обеспечивает Опознающие свойства адресной системы, но одновременно предъявляет требование к информационной структуре ассоциированного текста: любые его информационные комбинации должны различаться по крайней мере вd символах. Поэтому в качестве заменителя ассоциирован.чого текста может использоваться датчик-генератор корректирующего кода с расстоянием, не меньшим d . На фиг. 1 приведена общая структурная схема предлагаемого ЗУ; на фиг. 2 - вариант выполнения ЗУ, в котором в качестве вспомогательного и основного текстов используют один и тот же текст. Устройство (фиг. 1) содержит рас,положенные на одной оптической оси источник 1 света, модулируемый записываемым текстом, формирователь светового потока, например коллиматор 2, синтезатор оптических неоднородностей, выполненный в виде группы пластин 3 с фазовым рельефом и узла 4 для микроперемещений пластин, линзу 5-, пороговый преобразователь ,например теневую маску 6, объектив 7 записи, используемый также при считывании информации, фотоноситель 8. информации, фотоприемник 9 информации и источник ассоциированного текста, например датчик корректирующего кода, выполненный в виде последовательно соединенных счетчика 10 и генератора 11 и пульсов. Узел А для мпкролгремещений пластин кинематически с клж/юй 7 пластиной 3 и подключен к датчику корректирующего кода. Пластины 3 выполнены в виде матовых пленок или стекол, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления примерно рав ным коэффициенту преломления материа ла пластин. 3 варианте устройства (фиг. 2) в качестве фотоприемника используется 1матрица фотодиодов 12, подключенных к элементу ИЛИ 13- В качестве датчика корректирующего кода используется сдвигающий регистр - элемент 14 задержки. Кроме того, А на фиг. 1 и 2 обозначает записываемый текст, В ассоциированный текст, С - считываемый текст. Устройство работает следующим образом. Параллельный пучок света, создава емый источником 1 и формируемый коллиматором 2, проходит через группу матовых пластин 3 и фокусируется лин зой 5 на теневую маску.6. При отсутствии пластин 3 маска 6 прерывает световой поток, изымая из него нулевой порядок потока, а в случае повышенных требований к контрастности.и некоторые старшие порядки потока. В фотографическую часть устройства, состоящую из объектива 7 и фотоносителя 8, свет не попадает. Каждая из пластин 3 осуществляет столь малу угловую модуляцию света, что вызывае мое ею расплывание светового пятна на теневой маске 6 всегда недостаточ но,, чтобы вывести свет за пределы эк . рана, т.е. поле фотоносителя остается темным. Наличие многих десятков пластин синтезатора приводит к тому, что oVклонения лучей суммируются. Однако наиболее распространенной является ситуация, когда первоначальное откло нение луча компенсируется на последующих пластинах синтезатора отклоне ниями противоположного направления. Лишь незначительная часть лучей светового потока накапливает отклонения достаточные для обхода теневой маеки 6. На фотоносителе 8 нм соответст вуют яркие точки - эксцессы суммарно картины. Локализация этих точек одно значно определяется наибольшими искажениями плоского фронта светового потока, выходящего из синтезатора. Угол отклонения луча от первоначального направления, равно как и размеры теневой маски 6, т.е. уро68вень порогового преобразования, не влияют на локализацию световода на фотоносителе 8, хотя и определяют его яркость, наличие voбxoдит теневую маску 6) или отсутствие (попадает на теневую маску 6).Обычно возможность отклонения за пределы теневой маски 6 получают одновременно несколько лучей разной локализации, т.е. в общем случае световод получается многоканальным, обеспечивая одновременное обращение к нескольким точкам фотоносителя Э информации. Изменения в состоянии синтезатора обуславливают переключение многоканального световода. При этом может изменяться и число каналов, т.е. сечение световода. Ассоциированный текст, управляя синтезатором, включает элементарные световоды различной :Локализации. 3 результате создается подвижный многоканальный световод, который сканирует поверхность фотоносителя 8. Скачкообразность и многоканальность такой развертки не являются препятствием для размещения и последующего точного считывания любой информации, поскольку ассоциированный текст задает жесткое отношение порядка на точках носителя информации. Непересекаемость траекторий развертки должна гарантироваться отсутствием сходных информационных фрагментов в ассоциированном тексте. В качестве источника ассоциированного текста используют, в частности, счетчик 10 (фиг. 1), который с тактовой частотой, определяемой генератором 11 импульсов, вырабатывает комбинации корректирующего кода с заданным Хемминговым расстоянием d. При этом непересекаемость траектории развертки гарантируется, если d превышает максимальную величину эксцесса, условно исчисляемую числом пластин 3, позиции которых должны быть изменены для исчезновения этого эксцесса. Естественные информационные потоки обычно обладают достаточной информационной избыточностью и поэтому,как правило, не требуют дополнительных средств при использовании их в каместВе ассоциированных текстов. Запись информации осуществляется модуляцией яркости источника 1 света. В связи с переменной многоканальностью устройства для записи лучше подходят импульсные тексты. Запись воспроизводится (после проявления 9 . фотоносителя 8) при повторении ассо циированного текста при постоянно включенном источнике 1 света и регистрируется фотоприемником 9Достигаемое в результате уменьшение сечения подвижного световода сопровождается нежелательным снижением уровня сигнала, считываемого фотопри емникцк 9 которое не удается компен сировать увеличением коэффициента усиления в канале воспроизведения,по скольку одновременно ухудшается отношение сигнал/помеха. . Для повышения помехоустойчивости регистрацию выходного сигнала осуществляют по частям.С этой целью используют матрицу фотодиодов 12 (фиг. 2), приближая ее к фотоноситёлю таким образом, чтобы каждый элемент матрицы воспринимал сигналы с ограниченного участка фотоносителя 8. Фотодиоды подключают через усилители-формирователи (не показаны) к элементу ИЛИ 13Устройство, выполненное по второму. варианту (фиг. 2), работает следу ющим образом. В качестве ассоциированного тексI та. используют основной текст, подле жащий записи, выделяя с помощью эле. мента И задержки скользящий отрезок ассоциированного текста. Такое формирование ассоциированного текста обеспечивает ежетактное обновление ийформации в синтезаторе, определяя переключение подвижного световода. Непересекаемость развертки определяется Хемминговым расстоянием между произвольным р-элементным скользящим отрезком текста на регистре Tt и его единичным сдвигом. Можно показать, что при случайной организации текста (равновероятные символы О и 1) среднее расстояние в таком смежном переходе весьма велико drp /1 где п - число ячеек элемента 14 задержки. Заметим, что смежный переход обладает почти циклическими свойствами что, согласно теории циклических кодов, является гарантией нужного метрического скачка. Конечно, большая величина d в смежном переходе не Bce да гарантирует такое же расстояние между всеми скользящими п отрезками ассоциированного текста (здесь он |совпадает с записываемым). Поэтому 610 необходимо учитывать специфику конкретного текста,вводя, если нужно, избыточность в регистр , например, теми же методами как это делают в устройстве по первому варианту (фиг. 1), т.е. с помощью помехоустойчивого кодирования. Универсальным средством, обеспечивающим непересекаемость развертки, является увеличение длины элемента задержки. Пересечение траекторий развертки может-быть полезным в частных случаях, когда текст отличен от случайного. Например, если в устройство вводится текст, который был прежде в него записан, то вследствие совпадения траектории развертки с прежней запись попадает в точности на место имеющейся. Таким образом, запись повторной информации не приводит к дополнительной затрате запоминающей среды. Воспроизведение информации достигается при подаче на вход любой п , элементной цитаты записанного текста. При этом формируется обращение по адресу, где хранится очередной (п+1)-й элемент записанного текста. По цепи обратной связи (фиг. 2,пунктир) соответствующий символ вводится а элемент 14 задержки, образуя вместе с (п-1)-ми символами прежнего адреса обращение к записи ()-го символа. Таким образом, рекуррентно воспроизводится весь следующий за цитатой текст. Опознающие свойства Г1редлагаемого устройства вытекают, как и в случае известного устройства, из инвариантности локализации эксцессов по отношению к ограниченным изменениям информационной структуры ассоциированного текста. Им соответствуют изменения в положении некоторой ограниченной части пластин 3, которые хотя и изменяют величину эксцессов, но не могут изменить их локализации. Одновременное использование в устройстве множества лучей резервирует запись информации и гарантирует ее правильное воспроизведение при час тичных повреждениях, носителя. При больших повреждениях возникающие noi решности воспроизведения диффузно распределяются по множеству хранимых в памяти текстов. Такая дистрибутивность или голографичность памяти достигается без использования принципов голографии. 11 TexHMKO KOHOMii-iecк/ар : ффекгив иость изоЬре;тения опроделяется увел чением емксн;ти ЗУ на 2-3 порядка по сравнению с прототипом. В абсолютны величинах это составляет им пульсов на см . Плотность записи ин формации составляет 2-5% по отношению к разрешающей способности фотоматериала, что лучше по сравнению с голографическими методами. Формула изобретения 1. Ассоциативное запоминающее устройство, содержащее расположенные на одной оптической оси источник света, формирователь светового потока, синтезатор оптических неоднородностей, пороговый преобразователь, объектив записи, фотоноситель и фото приемнИк информации, отличающееся тем, что, с целью увеличения информационной емкости устройства, оно содержит источник ассоциированного текста, а синтезатор опти ческих неоднородностей состоит из 612 пластин с фазовым рельефом и узла для микроперемещений пластин,причем узел для микроперемещений пластин кинематически связан с каждой пластиной и подключен к источнику ассоциированного текста. 2.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что.пластины с фазовым рельефом выполнены в виде матовых пленок, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления, примерно равным коэффициенту преломления материала пластин. 3.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, фотоприемник информации выполнен в виде матрицы фотодиодов, выходы которых соединены с входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом фотоприемника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР tf 5170 4, кл. G 11 В 15/00, 1975. 2. Нейрофизиология, Э7, т. 6, ,tf 1, с. 90-98, рис. 2 (прототип).

S

9 Оо

.

Ф//г. 1

П

Фиу.