ОПТИЧЕСКОЕ ОПЕРАТИВНОЕ 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.

Известны ассоциативные оптические запоминающие устройства, содержащие источник излучения, адресный блок, носитель информации, матрицы фотоприемников и точечные источники, освещающие всю или значительную площадь регистрирующей среды, используемые при записи и считывании как полезной информации, так и ассоциативных признаков и признаков опроса. Основным недостатком этих устройств, затрудняющим их практическую реализацию, является необходимость освещения как при записи, так и при считывании больших площадей регистрирующей среды.

Известно оптическое запоминающее устройство с перезаписью информации, в котором используются каскадно соединенные поликубические мультипликаторы изображения, оптически связанные через согласующие оптические системы, и управляемые оптически светоделители, что позволяет создавать в ЗУ различные оптические каналы записи/стирания, считывания и ассоциативной выборки страницы информации. Применение в оптической схеме управляемых мультипликаторов изображения и светоделителей позволяет освещать только выбранный один носитель из всего набора отражающих носителей информации.

Недостатком данного устройства является невозможность его работы в ассоциативном режиме обработки информации с носителями, работающими на пропускание.

Цель изобретения расширение области применения устройства за счет обеспечения возможности его работы в ассоциативном режиме обработки информации с носителем, работающим на пропускание.

Указанная цель достигается тем, что в известную схему устройства-прототипа, содержащую последовательно оптически связанные источник излучения, блок адресации луча, телескопическую оптическую систему и первый управляемый поликубический мультипликатор изображения, в каждом оптическом выходе которого размещены последовательно оптически связанные первый блок формирования луча, управляемый транспарант, отображающий объектив и второй управляемый поликубический мультипликатор изображения, в каждом оптическом выходе которого размещена согласующая оптическая система, на выходе которой установлено n каскадно соединенных управляемых поликубических мультипликаторов, оптически связанных через (n-1) согласующие оптические системы, а каждый выход n-го управляемого мультипликатора изображения оптически связан через блок фокусирования луча с носителем информации, блок управления, выходы которого подключены к источнику излучения, блоку адресации луча, управляемым поликубическим мультипликаторам изображения, управляемому транспаранту и носителям информации, введены дополнительные блоки. К ним относятся установленные после каждого носителя информации оптически связанные второй блок формирования луча и управляемый светоделитель, первый выход которого оптически связан с первым входом блока сведения оптических изображений, а второй выход управляемого светоделителя через первый отражающий элемент, блок фокусирования лучей, второй отражающий элемент оптически связан с вторым входом блока сведения оптических изображений, на выходе которого установлены оптически связанные корректирующий объектив, согласующий элемент, состоящий, например, из матрицы волоконных световодов или световодной планшайбы, линзовый растр, выход которого оптически связан с одним из входов управляемого поликубического блока сведения изображений, состоящего из управляемого поликубического мультипликатора изображений, у которого входы и выходы поменялись ролями, на выходе которого установлен второй управляемый светоделительный элемент, первый выход которого через третий блок формирования луча оптически связан с первой матрицей фотоприемников, а второй выход через четвертый блок формирования луча оптически связан с второй матрицей фотоприемников. Выходы блока управления подключены к управляемым светоделителям, управляемому поликубическому блоку сведения изображений и матрицам фотоприемников.

На чертеже приведена оптическая схема устройства. В состав оптического оперативного запоминающего устройства входят источник излучения 1, блок адресации луча 2, формирующий на выходе световые пучки на длинах волн записи λ_зап., считывания λ_счит, стирания λ_стир. и обеспечивающий как произвольно заданную адресацию световых пучков при записи, считывании и стирании информации, так и одновременное высвечивание всего адресного растра световых пучков при ассоциативной обработке информации. Излучателями света могут быть, например, лазеры, излучающие диоды, инжекционные лазеры и т.д. а в качестве блока адресации луча могут использоваться электрооптические отклоняющие системы, матрицы излучательных диодов или лазеров, сканлазер и т.д.

Телескопическая оптическая система 3 формирует коллимированный опитический пучок, поступающий на вход первого управляемого поликубического мультипликатора изображения 4. На каждом оптическом выходе первого управляемого мультипликатора изображения установлен первый блок формирования луча 5, обеспечивающий освещение управляемого транспаранта 6 под разными углами. Управляемый транспарант 6 осуществляет пространственно-временную модуляцию световых пучков в соответствии с кодом, предназначенным для записи информации, или в соответствии с признаком опроса при ассоциативном поиске информации. Отображающий объектив 7 направляет промодулированные лучи света на вход второго управляемого поликубического мультипликатора изображений 8, на каждом оптическом выходе которого расположена согласующая оптическая система 9, на выходе которой установлено n управляемых поликубических мультипликаторов изображений, оптически связанные через (n-1) согласующие оптические системы. В каждом оптическом выходе n-го управляемого мультипликатора 10 установлена фокусирующая оптическая система 11 и реверсивный носитель информации 12 на основе фотоэлектрических кристаллов, например, силиката висмута, на котором хранится информация в виде отдельных страниц микрокадров в парафазном коде.

Блок формирования луча 13 формирует пучки света, поступающие на вход первого управляемого светоделителя 14.

С второго выхода светоделителя 14 луч подается через первый отражающий элемент 15, блок фокусирования луча 16 и второй отражающий элемент 17 на второй вход блока сведения оптических изображений 18. С первого выхода светоделителя 14 луч подается на первый вход блока 18.

С выхода блока 18 луч поступает на корректирующий объектив 19 и согласующий элемент 20, на выходе которого расположен линзовый растр 21. Линзовые растры направляют лучи света на входы управляемого поликубического блока сведения изображений 22, представляющего собой мультипликатор, у которого входы поменялись ролями. С выхода управляемого поликубического светообъединителя 22 луч поступает на второй управляемый светоделитель 23, на первом выходе которого установлен третий блок формирования луча 24 и первая фотоприемная матрица 25, а на втором четвертый блок формирования луча 26 и вторая фотоприемная матрица 27.

Управляемые поликубические мультипликаторы изображения 4, 8, 10 и блок сведения изображений 22 состоят из светоделительных поляризационных кубов, пропускающих или отражающих световые пучки в зависимости от ориентации плоскости поляризации, переключателей поляризации света, которые при подаче напряжения поворачивают плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о, что обеспечивает оптическое обращение и ассоциативный поиск на множестве носителей информации (по многим каналам).

Блок управления 28 обеспечивает работу устройства в ассоциативном и адресном режимах обработки информации.

При адресной обработке информации устройство работает следующим образом.

В режиме записи работает источник излучения 1 на длине волны λ_зап. По команде блока управления 28 световой пучок блоком адресации 2 устанавливается в положение, соответствующее адресу микрокадра, в который должна записываться информация. На управляемый поликубический мультипликатор 4 блок управления 28 подает код адреса канала, по которому будет работать блок адресации луча 2. Световой пучок, выходящий из блока адресации 2, формируется телескопической системой 3 и управляемым поликубическим мультипликатором 4 направляется на блок формирования луча 5 соответствующего канала. По существу поликубический мультипликатор изображения 4 осуществляет переключение блока адресации луча с одного устройства на другое. Этот поликубический мультипликатор 4 может быть построен из одних светоделительных кубов или работать в таком режиме ( например, на электрооптические переключатели поляризации подаются четвертьволновые напряжения), что блок адресации будет работать параллельно по всем каналам. На управляемом транспаранте 6 отображается код записываемой информации, поступающей по команде с блока управления 28 из любого внешнего источника информации (например, ЗУ любого типа, процессора и т.д.).

Расширенный первым блоком формирования луча 5 световой пучок освещает управляемый транспарант 6 и модулируется им, а затем отражающим объективом 7 направляется на вход управляемого поликубического мультипликатора изображений 8. По команде с блока управления 28 на управляемый поликубический мультипликатор 8 подается код адреса канала, по которому должно работать устройство. Согласно этому коду пучок света направляется на соответствующую согласующую оптическую систему 9. Поликубический мультипликатор 8 совместно с согласующими оптическими системами 9 образует мультиплицирующую поликубическую систему (МПС). В устройстве может быть несколько МПС. Пройдя МПС (или систему МПС), пучок света поступает на вход управляемого поликубического мультипликатора 10, который вместе с фокусирующими оптическими системами 11 и носителями информации 12, установленными на ее выходах, образует информационную поликубическую систему (ИПС). Согласующие оптические системы 9 переносят изображение фокальной плоскости объектива 7 в плоскость расположения фокусирующих систем 11 ИПС.

Оптическая система, состоящая из объектива 7, согласующей оптической системы 9 и фокусирующей оптической системы 11, освещает участок светочувствительного носителя информации 12, соответствующий адресу, заданному адресной системой 2. Поскольку пучок света промодулирован управляемым транспарантом 6, то в плоскости носителя информации 12 проецируется уменьшенное изображение кода, отображенного на транспаранте 6, на носитель информации 12 по команде с блока управления 28 подается напряжение. По завершении записи микрокадра напряжение с носителя информации 12 снимается.

В режиме считывания информации излучатель 1 работает на длине волны λ_счит. Блок управления 28 переводит все рабочие ячейки управляемого транспаранта 6 в режим пропускания света. По команде блока управления 28 пучок света блоком адресации луча 2 устанавливается в положение, соответствующее адресу считываемого микрокадра на носителе информации. На МПС и ИПС подается код адреса носителя информации, к которому производится обращение. Освещение микрокадра выбранного носителя осуществляется той же оптической системой, что и при его записи.

Считанное изображение микрокадра оптической системой, состоящей из блока формирования луча 13, управляемого светоделителя 14, блока сведения изображений 18, корректирующего объектива 19, проецируется на вход согласующего элемента 20. Выход каждого согласующего элемента 20 связан через линзовый растр 21 с соответствующим входом управляемого поликубического блока сведения изображений 22. На блок 22 подается код адреса носителя информации, по которому производится считывание информации. В соответствии с этим кодом по команде блока управления 28 поступаемое на блок 22 изображение информации направляется на ее адресный выход, где это изображение с помощью управляемого светоделителя 23 и блока формирования луча 24 проецируется на матрицу фотоприемников 25, и по команде блока управления 28 считывается ею.

В режиме стирания информации излучатель 1 работает на длине волны λ_стир. При необходимости стирания какой-либо страницы информации пор команде с блока управления 28 все рабочие ячейки управляемого транспаранта 6 переводятся в режим пропускания света. По команде с блока управления 28 выбирается канал поликубических мультипликаторов, соответствующий адресу на носителе, в котором должна стираться информация. Оптическая система работает так же, как и в режиме записи информации, а на носитель информации 12 подается сигнал, разрешающий стирание.

При стирании слова (блока слов) блок управления 28 переводит в режим пропускания только те ячейки управляемого транспаранта 6, информация в которых должна стираться и перезаписываться, остальные ячейки маскируются.

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 блок управления 28 высвечивает весь адресный растр световых пучков блока адресации 2 (например, на все ячейки электрооптической отклоняющей системы подаются четвертьволновые напряжения). В ячейках управляемого транспаранта 6, предназначенных для ассоциативных признаков страницы, блок управления 28 отображает обратный код признака опроса, остальные ячейки маскируются. По командам с блока управления 28 производится последовательное переключение каналов поликубических мультипликаторов и последовательное обращение ко всем носителям информации. Поскольку высвечиваются все положения блока адресации 2, то код признака опроса проецируется на все ассоциативные признаки всех микрокадров каждого носителя. Производится оптическое умножение изображения признака опроса на все ассоциативные признаки страниц информации выбранного носителя.

Блок формирования лучей 13 производит покадровое суммирование разрядов полученных в плоскости носителей 12 произведений и полученный растр точечных источников управляемым светоделителем 14 по команде блока управления 28 направляется в канал 11 ассоциативного поиска страницы. Оптическая система, состоящая из отражающих элементов 15, 17 и блока фокусировки луча 16, блока сведения изображений 18, корректирующего объектива 19, переносит изображение растра точечных источников на вход согласующего элемента 20. На выходе согласующего элемента 20 установлен линзовый растр 21, который преобразует выходные гомоцентрические пучки изображения в параллельные пучки, поступающие на соответствующий вход управляемого поликубического блока сведения изображений 22. По команде блока управления 28 на блок 22 подается код адреса носителя информации, по которому производится ассоциативный поиск страницы информации. В соответствии с этим кодом "просветляется" канал блока 22, соответствующий поступаемой на ее вход информации, которая по этому каналу направляется на ее ассоциативный выход. На выходе изображение информации с помощью управляемого светоделителя 23, блока формирования лучей 26 проектируется на матрицу фотоприемников 27.

Если один из ассоциативных признаков совпал с признаком опроса, то суммарный сигнал, полученный с соответствующего фотоприемника (группы фотоприемников) матрицы 27, будет равен нулю. Адрес этого фотоприемника (группы фотоприемников) в матрице 27 соответствует искомому адресу микрокадра на носителе, а адрес носителя в устройстве определяется кодом адреса, подаваемым на мультипликаторы. Устройство переводится в режим адресного считывания по найденному адресу и работает описанным выше способом.

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

Стирание информации в устройстве может производиться либо по адресу при этом устройство работает в адресном режиме, описанном выше, либо по признаку, при этом страница, подлежащая стиранию, отыскивается при работе устройства в ассоциативном режиме поиска, описанном выше. После этого стирание страницы производится по команде с блока управления 28 обычным способом, при котором все ячейки управляемого транспаранта 6 переводятся в режим пропускания.

Устройство по этой схеме содержит большое число мультипликаторов, поэтому общая емкость ЗУ может достигать величины 10¹¹, 10¹² дв. знаков.

В общем случае поликубические мультипликаторы устройства имеют пространственную структуру.

Использование предлагаемого устройства в вычислительной технике позволит осуществить ассоциативный поиск информации по массиву 10⁹-10¹⁰ слов (признаков) и в несколько раз увеличить быстродействие и емкость запоминающих устройств.

Применение данного устройства в вычислительных системах позволит эффективно управлять поиском информации в оперативных ЗУ, осуществлять динамическое распределение памяти аппаратурными средствами, реализовать ассоциативную виртуальную память и ускорить обмен информации между различными уровнями памяти машин, осуществить аппаратную реализацию транслятора и части операционной системы и др.

ОПТИЧЕСКОЕ ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно оптически связанные источник излучения, блок адресации луча, телескопическую оптическую систему и первый управляемый поликубический мультипликатор изображения, в каждом оптическом выходе которого размещены последовательно оптически связанные первый блок формирования луча, управляемый транспарант, отображающий объектив и второй управляемый поликубический мультипликатор изображения, в каждом оптическом выходе которого размещена согласующая оптическая система, на выходе которой установлено n каскадно соединенных управляемых поликубических мультипликаторов, оптически связанных через (n - 1) согласующие оптические системы, а каждый выход n-го управляемого поликубического мультипликатора изображения оптически связан через блок фокусирования луча с носителем информации, блок управления, выходы которого подключены к источнику излучения, блоку адресации луча, управляемым поликубическим мультипликаторам изображения, управляемому транспаранту и носителям информации, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности работы устройства в ассоциативном режиме обработки информации, в него введены установленные после каждого носителя информации оптически связанные второй блок формирования луча, первый управляемый светоделитель, первый выход которого оптически связан с первым входом блока сведения оптических изображений, а второй выход первого управляемого светоделителя через первый отражающий элемент, блок фокусировки луча, второй отражающий элемент оптически связан с вторым входом блока сведения оптических изображений, на выходе которого установлены оптически связанные корректирующий объектив, согласующий элемент и линзовый растр, выход которого оптически связан с одним из входов управляемого поликубического блока сведения изображений, на выходе которого установлен второй управляемый светоделительный элемент, первый выход которого оптически связан через третий блок формирования луча с первой матрицей фотоприемников, а второй выход через четвертый блок формирования луча - с второй матрицей фотоприемников, причем выходы блока управления подключены к управляемым светоделителям, управляемому поликубическому блоку сведения изображений и матрицам фотоприемников.

ОПТИЧЕСКОЕ ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно оптически связанные источник излучения, блок адресации луча, телескопическую оптическую систему и первый управляемый поликубический мультипликатор изображения, в каждом оптическом выходе которого размещены последовательно оптически связанные первый блок формирования луча, управляемый транспарант, отображающий объектив и второй управляемый поликубический мультипликатор изображения, в каждом оптическом выходе которого размещена согласующая оптическая система, на выходе которой установлено n каскадно соединенных управляемых поликубических мультипликаторов, оптически связанных через (n - 1) согласующие оптические системы, а каждый выход n-го управляемого поликубического мультипликатора изображения оптически связан через блок фокусирования луча с носителем информации, блок управления, выходы которого подключены к источнику излучения, блоку адресации луча, управляемым поликубическим мультипликаторам изображения, управляемому транспаранту и носителям информации, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности работы устройства в ассоциативном режиме обработки информации, в него введены установленные после каждого носителя информации оптически связанные второй блок формирования луча, первый управляемый светоделитель, первый выход которого оптически связан с первым входом блока сведения оптических изображений, а второй выход первого управляемого светоделителя через первый отражающий элемент, блок фокусировки луча, второй отражающий элемент оптически связан с вторым входом блока сведения оптических изображений, на выходе которого установлены оптически связанные корректирующий объектив, согласующий элемент и линзовый растр, выход которого оптически связан с одним из входов управляемого поликубического блока сведения изображений, на выходе которого установлен второй управляемый светоделительный элемент, первый выход которого оптически связан через третий блок формирования луча с первой матрицей фотоприемников, а второй выход через четвертый блок формирования луча - с второй матрицей фотоприемников, причем выходы блока управления подключены к управляемым светоделителям, управляемому поликубическому блоку сведения изображений и матрицам фотоприемников.