Ассоциативное запоминающее устройство

 

Оll ИСАНИЕ < 926716

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсинк

Соцнвлнстнчесннк

Республик

„.ъ г

l (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10. 10-79 (21) 2830478/18-24 (5 ) Ч. Кл, 3 с присоединением заявки М

G 1 l С 15i00 твсуАарствеквыа камвтат

СССР во двлам кзавретенвв в еткрыткЯ (23)Приоритет

Опубликовано 07. 05. 82. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 07 . 05 . 82 (53) УДК681.327 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.Н. Радченко и Б.А. Емельянов

Г т

Ленинградский политехнический институт иж:.И.И.Калинина Т.,"- 1

3

i (71 ) Зая вн тел ь (54) АССОЦИАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к запомина" ющим устройствам (ЗУ) и может быть использовано в качестве долговремен" ного запоминающего устройства последовательного типа для записи, хранения, опознания и воспроизведения кодированных импульсных последовательностей, а также для работы в качестве универсальных информационных преобразователей, например, в задачах по распознанию образов.

Известно запоминающее устройство, которое содержит расположенные на одной прямой модулированный источник света, формирователь светового пото" ка, фотоприемник и фотоноситель информации, в которых фотоноситель отделен от источника света экраном иэ скрещенных поляризаторов. Между поляризаторами размещена прозрачная магнитная пластина с одиночным магнитным доменом, который формирует световод. Перемещением домена управляют с помощью вспомогательных сигналов. В результате получают возможность перемещения световода и использование его для размещения и считывания информации при записи и воспроизведении. Запись осуществляют

5 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 последовательности основных !записываемых и воспроизводимых) и вспомоэ5 гательных (формирующих развертку) сигналов — основные и вспомогательные тексты (1).

Недостатками известного устройства являются отсутствие у памяти ассоциативных свойств, влияние дефектов и повреждений носителя информации на точность считываемых текстов отсутствие опознающей выборки. Э1о

3 9267 ограничивает область применения ЗУ и его надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является оптическое запоминающее устройство с ассоциативной опознающей выборкой, содержащее модулируемый записываемым текстом источник света, формирователь светового потока, фотоноситель и фотоприемник информации. Источник света экранирован 16 ат фотоносителя иначе, чем в (11: перечисленные элементы соединены по схеме теневого прибора, для чего между формирователем светового потока (в данном случае конденсатором) и 1$ 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 точечных возбудителей. Возбудители соединены с источником вспомогательного Зр текста, задающего развертку. Синтезатор преобразует сигналы .вспомогательного текста в динамические интерференционные картины в форме суперпозиции волн, деформирующих пле" ночное зеркало, причем каждая интер" ференционная картина и весь этот процесс детерминированы пространственновременной (информационной) структурой вспомогательного текста. Теневой прибор используется для экранирования источника света от фотоносителя и, кроме того, осуществляет flop0I-о все преобразование интерференционных картин, Уровень порогового г реобразо" вания определяется величиной перекрытия теневой маской пятна сфокусированных. лучей.

Интерференционные картины осуществляют локальную угловую модуляцию падающего на зеркало светового потока.

Перекрытие светового потока теневой маской достаточно велико, поэтому лишь в небольшом числе точек деформации пленочного зеркала могут оказаться достаточными для выведения лучей за пределы теневой маски. Им соответствуют максимумы интерференционных 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 фотоносителя (10 точек на см ) не используется до конца. 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

5, 9267 устройство, содержащее расположенные на одной оптической оси источник света, формирователь световогс потока, синтезатор оптических неоднородностей пороговый преобразователь, объектив, фотоноситель и фотоприемник информации, введен источник ассоциированного текста,а синтезатор оптических неоднородностей состоит из пластин с фазовым рельефом и узла для микропе- 10 ремещений пластин, причем узел для микроперемещений пластин кинематически связан с каждой пластиной и подключен к источнику ассоциированного текста. 15

При этом пластины с фазовым рельефом выполнены в виде матовых пленок, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления, равным коэффициенту преломления материала пластин, а фо- 20 топриемник информации выполнен в виде матрицы фотодиодов, выходы которых соединены со входом элемента ИЛИ,выход которого является выходом фотоприемника. 25

С точки зрения функционирования устройства основная цель изобретения достигается в результате замены крупноструктурных картин интерференционными картинами с тонкой структурой., Зо что соответственно обеспечивает получение подвижного световода малого сечения, соизмеримого с величиной зерна фотоматериала. В качестве инструмента для мелкоструктурной угловой модуля- 35 ции светового потока используются пластины с фаэовым рельефом или, что в данном случае то же самое, матовые стекла или пластины, поверхность которых эквивалентна множеству микро- 40 призм.

В наборе таких пластин реализуется суперпозиция их модуляционных функций. С. помощью независимых микроперемещений этих пластин в наборе можно 1 олучить к различных картин, где 3с — число позиций пластин в наборе, n — число пластин. Например, при к = 4 и n = 50 получим k = 10З0

После порогового преобразования этих картин при надлежащем выборе порога можно получить достаточное разнообразие 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 игпи 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 c3), 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 в г1 символах.

Поэтому в качестве заменителя ассоциированного текста может использоваться датчик-генератор корректирующего кода с расстоянием, не меньш а.

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 фаэовым 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 импульсов.

Узел 4 для микроасремеще ий пластин кинематичес1 и св4э: н <-. к; жл и

9267 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- 5 ным коэффициенту преломления материала пластин.

В варианте устройства (фиг. 2) в качестве фотоприемника используется . матрица фотодиодов 12, подключенных 10 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 - 15 ассоциированный текст, С вЂ” считываемый текст.

Устройство работает следующим образом.

Параллельный пучок света, создава- 20 емый источником 1 и формируемый коллиматором 2, проходит через группу матовых пластин 3 и фокусируется линзой 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, 30 состоящую из объектива 7 и фотоносителя 8., свет не попадает. Каждая иэ пластин 3 осуществляет столь малую угловую модуляцию света, что вызываемое ею расплывание светового пятна 35 на теневой маске б всегда недостаточно,. чтобы вывести свет за пределы эк. рана, т.е. поле фотоносителя остается темным.

Наличие многих десятков пластин 40 синтезатора приводит к тому, что отклонения лучей суммируются. Однако наиболее распространенной является ситуация, когда первоначальное отклонение луча компенсируется на после- 45 дующих пластинах синтезатора отклонениями противоположного направления.

Лишь незначительная часть лучей светового потока накапливает отклонения, достаточйые для обхода теневой маски 6. На фотоносителе 8 нм соответствуют яркие точки - эксцессы суммарной картины. Локализация этих точек однозначно определяется наибольшими искажениями плоского фронта светового

55 потока, выходящего иэ синтезатора.

Угол отклонения луча от первоначального направления, равно как и размеры теневой маски 6, т.е. уро- .

16 8 вень порогового преобразования, не влияют на локализацию световода на фотоносителе 8, хотя и определяют его яркость, наличие (обходит 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 9 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. В 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 обычне обладают достаточной информационной избыточностью и поэтому,как правило, не требуют дополнительных средств при использовании их в качестI ве 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 9267 фотоносителя 8) при повторении ассоциированного текста при постоянно включенном источнике 1 света и регистрируется фотоприемником 9.

Достигаемое в результате уменьше5 ние сечения подвижного световода сопровождается нежелательным снижением уровня сигнала, считываемого фотоприемникс м 9, которое не удается компенсировать увеличением коэффициента усиления в канале воспроизведения,поскольку 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 фотоносителю таким образом, чтобы каждый элемент матрицы воспринимал сигналы с ограниченного участка фотоносителя

8. Фотодиоды подключают через усилители-формирователи {не показаны) к элементу ИЛИ 13.

-Устройство, выполненное по второ- 25 му варианту (фиг. 2), работает следу° ющим образом.

В качестве ассоциированного текс та используют основной текст, подлежащий записи, выделяя с помощью эле. мента 14 задержки скользящий отрезок ассоциированного текста. Такое формирование ассоциированного текста обеспечивает ежетактное обновление информации в синтезаторе, определяя

З5 переключение подвижного световода.

Непересекаемость развертки определяется Хемминговым расстоянием между произвольным и-элементным скользящим отрезком текста на регистре 14 и его ао единичным сдвигом. Можно показать, что при случайной организации текста (равновероятные символы 0 и 1) среднее расстояние в таком смежном переходе весьма велико

dcp и где n - число ячеек элемента 14 задержки.

Заметим, что смежный переход обладает почти циклическими свойствами, 50 что, согласно теории циклических кодов, является гарантией нужного метрического скачка. Конечно, большая величина d в смежном переходе не всегда гарантирует такое же расстояние между всеми скользящими и отрезками ассоциированного текста (здесь он ,совпадает с записываемым). Поэтому

16 10 необходимо учитывать специфику конкретного текста, вводя, если нужно, избыточность в регистр 14, 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 14 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 и элементной цитаты записанного текста.

При этом формируется обращение по адресу, где хранится очередной

{и+1)-й .элемент записанного текста.

По цепи обратной связи (фиг. 2,пунктир) соответствующий символ вводится в элемент 14 задержки, образуя вместе с (n-1)-ми символами прежнего адреса обращение к записи (n+2)-го символа. Таким образом, рекуррентно воспроизводится весь следующий за цитатой текст.

Опазнающие свойства предлагаемого 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 погрешности воспроизведения диффузно распределяются по множеству хранимых в памяти текстов. Такая дистрибутивность или "голографичность" памяти достигается без использования принципов голографии.

926716

10

° ° °

° ° °

° ° °

Технико-энон<эми -к.с ная зффек живность изобр» тения определяется увеличением емкости ЗУ на 2-3 порядка по сравнению с прототипом. 0 абсолютных величинах это составляет 10 -10 имQ пульсов на см . Плотность записи информации составляет 2-5< по отношению к разрешающей способности фотоматериала, что лучше по сравнению с голографическими методами.

Формула изобретения

1. Ассоциативное запоминающее 15 устройство, содержащее расположенные на одной оптической оси источник света, формирователь светового потока, синтезатор оптических неоднородностей, пороговый преобразователь, 2о объектив записи, фотоноситель и фотоприемник информации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения информационной емкости устройства, оно содержит источник ассоци- 2З ированного текста, а синтезатор оптических неоднородностей состоит из 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 и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что пластины с фазовым рельефом выполнены в виде матовых пленок, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления, примерно pBBHblM коэффициенту преломления материала пластин.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я 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

М 517044, кл. 6 11 8 15/00, 1975

2. нНейрофизиология", 1974, т ° 6, Н 1, с. 90-98, рис. 2 (прототи 1).

926716

Составитель В. Рудаков

Редактор И. Михеева Техред И. Кастелевич Корректор H.Ìóñêà

Заказ 2990/44 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4