Ассоциативное запоминающее устройство

О П И С А Н И Е1926716ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсинксоциалистическиеРеспублик г(22)Заявлено 10.10. 79 (21) 2830478/18-24 (5 ) Ч. Кл,3 с присоединением заявки М С 11 С 15/00 3 ЪФУАарстаеквыЯ камктэт СССР ро давал кзабретеннЯ н еткрыткЯ(72) Авторы изобретения А.Н. Радченко и Б,А. Емельянов Ленинградский политехнический институт и.,И.И.Калинина 7" 113(54) АССОЦИАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к запомина"ющим устройствам (ЗУ) и может бытьиспользовано в качестве долговремен"ного запоминающего устройства последовательного типа для записи, хранения, опознания и воспроизведениякодированных импульсных последовательностей, а также для работы в качестве универсальных информационныхпреобразователей, например, в задачах по распознанию образов,Известно запоминающее устройство,которое содержит расположенные на одной прямой модулированный источниксвета, формирователь светового пото"ка, фотоприемник и фотоноситель информации, в которых фотоноситель отделен от источника света экраном иэскрещенных поляризаторов. Между поляризаторами размещена прозрачнаямагнитная пластина с одиночным магнитным доменом, который формируетсветовод. Перемещением домена управляют с помощью вспомогательных сигналов. В результате получают воз.можность перемещения световода и использование его для размещения и считывания информации при записи и воспроизведении. Запись осуществляют 5посредством модуляции светового потока записываемой последовательностьюсигналов при одновременном действиисигналов развертки. При воспроизведении генерируют только сигналы развертки, поддерживая яркость источника света неизменной, В дальнейшемпоследовательности основных (записываемых и воспроизводимых) и вспомо Згательных (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. Э 1 о3 9267 ограничивает область применения ЗУ и его надежность.Наиболее близким к предлагаемому является оптическое запоминающее устройство с ассоциативной опознаю- % щей выборкой, содержащее модулируемый записываемым текстом источник света, формирователь светового потока, фотоноситель и фотоприемник информации. Источник света экранирован 10 от 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 луцей. Кроме того, в канале теневого прибора,на. пример между линзами конденсатора, помещен синтезатор оптических неоднородностей, которые визуализируются теневым прибором и выполняют функции И 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 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 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 ока- фф заться достаточными для выведения лучей за пределы теневой маски. Им соответствуют максимумы интерференционных картин, называемые далее эксцессами. Эксцессы возникают в местахвстречи (пересечения) многих волновых Фронтов и имеют форму округлыхсветовых пятен, скачкообразно изменяющих свою локализацию. Эксцессыпроецируются объективом на фотоноситель и сканируют его поверхность вфункции от информационной структурыскользящего отрезка вспомогательноготекста. 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 вспомогательныйтекст,Эта же операция может быть выполнена по частям с помощью нового вспомогательного текста, который составлен из цитат прежнего, причемдопускаются ограниченные искаженияцитат, т.е. реализуется ассоциативная опознающая выборка, Поэтому вдальнейшем вспомогательный текстназывается также ассоциированным.Опознающие свойства обусловлены инвариантностью траектории эксцессов к малым искажениям ассоциированного текста, управляющего разверткой.На стабильность и воспроизводимостьразвертки практически не оказываютвлияния изменения амплитуд возбуждающих сигналов или даже отсутствие(или избыток) некоторой их части,малой по отношению к общему количеству возбудителей 12.Недостатком описанного устройстваявляется малое разрешение адреснойсистемы, обусловленное сравнительнобольшой площадью эксцессов, Подвижный световод, который формируетсяэксцессами 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 запоминающее5 926 устройство, содержащее расположенные на одной оптической оси источник света, формирователь световогс потока, синтезатор оптических неоднородностей пороговый преобразователь, объектив, 5 фотоноситель и фотоприемник информации, введен источник ассоциированного текста,а синтезатор оптических неоднородностей состоит из пластин с фазовым рельефом и узла для микропе ремещений пластин, причем узел для микроперемещений пластин кинематически связан с каждой пластиной и подключен к источнику ассоциированного текста. 15При этом пластины с фазовым рельефом выполнены в виде матовых пленок, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления, равным коэффициенту преломления материала пластин, а фр топриемник информации выполнен в виде матрицы фотодиодов, выходы которых соединены со входом элемента ИЛИ,выход которого является выходом фотоприемника. 25С точки зрения функционирования устройства основная цель изобретения достигается в результате замены крупноструктурных картин интерференционными картинами с тонкой структурой 30 что соответственно обеспечивает получение подвижного световода малого сечения, соизмеримого с величиной зерна фотоматериала. В качестве инструмента для мелкоструктурной угловой модуляции светового потока используются пластины с фаэовь,и рельефом или, что в данном случае то же самое, матовые стекла или пластины, поверхность которых эквивалентна множеству микро призм.В наборе таких пластин реализуется суперпозиция их модуляционных функций. С. помощью независимых микро- перемещений этих пластин в наборе можно 1 олучить 1 с различных картин, где 3 с - число позиций пластин в наборе, и - число пластин. Например, при % = 4 и и = 0 получим" = 10 З 0 После порогового преобразования этих картин при надлежащем выборе порога можно получить достаточное разнообразие в расположении эксцессов, чтобы обеспечить обращение к любым точкам носителя информации.55Смещение пластин в наборе на несколько микрон достаточно, чтобы полностью изменить влияние пластины на все проходящие через нее лучи.Поэтому привод пластин может бытьосуществлен магнитострикционными илипьезоэлектрическими элементами, Аналогичный эффект "тасовки" хорошо имитируется средствами оптоэлектроникибез фактического перемещения пластин.Модуляционные свойства пластинвыбираются такими, чтобы изменениев локализации эксцессов возникало лишьпри изменении позиций значительногоколичества пластин в наборе, (обозначим минимальное количество таких изменений д ), а при изменении позицийменьшего 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 ассо.циированного текста: любые его информационные комбинации должны различаться по крайней мере в б символах,Поэтому в качестве заменителя ассоциированчого текста может использоваться датчик-генератор корректирующего кода с расстоянием, не меньшим а .На фиг. 1 приведена общая структурная схема предлагаемого ЗУ; нафиг. 2 - вариант выполнения ЗУ, в котором в качестве вспомогательного иосновного текстов используют один итот же текст.Устройство (фиг. 1) содержит рас;положенные на одной оптической осиисточник 1 света, модулируемый записываемым текстом, формировательсветового потока, например коллиматор 2, синтезатор оптических неоднородностей, выполненный в виде группыпластин 3 с фаэовым рельефом и узла4 для микроперемещений пластин, линзу 5 пороговый преобразователь,например теневую маску 6, объектив 7записи, используемый также при считывании информации, фотоноситель 8 информации, фотоприемник 9 информациии источник ассоциированного текста,например датчик корректирующего кода, выполненный в виде последовательно соединенных счетчика 10 и генератора 11 импульсов,Узел 4 для микроасремещсний пластин кинематичесьи сала:п . кджльнй9267пластиной 3 и подключен к датчикукорректирующего кода. Пластины 3 выполнены в виде матовых пленок илистекол, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления примерно равным коэффициенту преломления материала пластин.В варианте устройства (фиг. 2) вкачестве фотоприемника используется .матрица фотодиодов 12, подключенных 10к элементу ИЛИ 13, В качестве датчика корректирующего кода используетсясдвигающий регистр - элемент 14 задержки. Кроме того, А на фиг. 1 и 2обозначает записываемый текст, В - 5ассоциированный текст, С - считываемый текст.Устройство работает следующим образом,Параллельный пучок света, создаваемый источником 1 и формируемый коллиматором 2, проходит через группуматовых пластин 3 и фокусируется линзой 5 на теневую маску б. При отсутствии пластин 3 маска 6 прерывает 25световой поток, изымая из него нулевой порядок потока, а в случае повышенных требований к контрастности.и некоторые старшие порядки потока.В фотографическую часть устройства, 30состоящую из объектива 7 и фотоносителя 8., свет не попадает. Каждаяиэ пластин 3 осуществляет столь малуюугловую модуляцию света, что вызываемое ею расплывание светового пятнана теневой маске б всегда недостаточно,. чтобы вывести свет за пределы эк. рана, т.е. поле фотоносителя остается темным.Наличие многих десятков пластин 40синтезатора приводит к тому, что отклонения лучей суммируются, Однаконаиболее распространенной являетсяситуация, когда первоначальное отклонение луча компенсируется на последующих пластинах синтезатора отклонениями противоположного направления.Лишь незначительная часть лучей светового потока накапливает отклонения,достаточные для обхода теневой маски 6. На фотоносителе 8 нм соответствуют яркие точки - эксцессы суммарнойкартины. Локализация этих точек однозначно определяется наибольшими искажениями плоского фронта светового55потока, выходящего иэ синтезатора,Угол отклонения луча от первоначального направления, равно как иразмеры теневой маски 6, т.е, уро- . 16 8вень 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 фото- носителя 3 информации.Изменения в состоянии синтезатора обуславливают переключение многоканального световода. При этом может изменяться и число каналов, т.е. сечение световода. Ассоциированный текст, управляя синтезатором, вклюцает элементарные световоды различной локализации. В результате создается подвижный многоканальный световод, который сканирует поверхность фотоносителя 8. Скацкообразность 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 ассоциирован. ного текста используют, в частности, счетчик 1 О (фиг, 1), который с тактовой частотой, определяемой генератором 11 импульсов, вырабатывает комбинации корректирующего кода с заданным Хемминговым расстоянием д, При этом непересекаемость траектории развертки гарантируется, если д 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 кацестве ассоциированных текстов.Запись информации осуществляетсямодуляцией яркости источника 1 света. В связи с переменной многоканальностью устройства для записи лучше подходят импульсные тексты. Запись воспроизводится (после проявления9 9267фотоносителя 8) при повторении ассоциированного текста при постоянновключенном источнике 1 света и регистрируется фотоприемником 9,Достигаемое в результате уменьше 5ние сечения подвижного световода сопровождается нежелательным снижениемуровня сигнала, считываемого фотоприемником 9, которое не удается компенсировать увеличением коэффициента 10усиления в канале воспроизведения,поскольку одновременно ухудшается отношение сигнал/помеха.. Для повышения помехоустойчивостирегистрацию выходного сигнала осуществляют по частям.0 этой целью используют матрицу фотодиодов 12/фиг. 2), приближая ее к фотоносителю таким образом, чтобы каждый элемент матрицы воспринимал сигналы сограниченного участка фотоносителя8. Фотодиоды подключают через усилители-формирователи (не показаны) кэлементу ИЛИ 13,Устройство, выполненное по второ- д 5му. 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. Такоеформирование ассоциированного текстаобеспечивает ежетактное обновлениеинформации в синтезаторе, определяя35переключение подвижного световода.Непересекаемость развертки определяется Хемминговым расстоянием междупроизвольным и-элементным скользящимотрезком текста на регистре 14 и его40единичным сдвигом. Можно показать,что при случайной организации текста(равновероятные символы 0 и 1) среднее расстояние в таком смежном переходе весьма велико451 ср и Йгде и - 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 О в смежном переходе не всегда гарантирует такое же расстояние между всеми скользящими и отрезками ассоциированного текста (здесь он ,совпадает с записываемым) Поэтому 16 10необходимо учитывать спецификуконкретного текста, вводя, если нужно,избыточность в регистр 14, например,теми же методами,как это делают вустройстве по первому варианту(фиг. 1), т,е, с помощью помехоустойчивого кодирования, Универсальнымсредством, обеспечивающим непересекаемость развертки, является увеличение длины элемента 14 задержки.Пересечение траекторий разверткиможет быть полезным в частных случаях, когда текст отличен от случайного. Например, если в устройство вводится текст, который был прежде внего записан, то вследствие совпадения траектории развертки с прежнейзапись попадает в точности на местоимеющейся, Таким образом, запись повторной информации не приводит к дополнительной затрате запоминающейсреды,Воспроизведение информации достигается при подаче на вход любой иэлементной 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, образуявместе с (и)-ми символами прежнего адреса обращение к записи (и+2)-госимвола. Таким образом, рекуррентновоспроизводится весь следующий зацитатой текст.Опазнающие свойства предлагаемогоустройства вытекают, как и в случаеизвестного 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 иизменяют величину эксцессов, но немогут изменить их локализацииОдновременное использование в устройстве множества лучей резервирует запись информации и гарантирует ееправильное воспроизведение при час"тичных повреждениях. носителя. Прибольших повреждениях возникающие погрешности воспроизведения диффузно распределяются по множеству хранимых в памяти текстов. Такая дистрибутив- ность или "голографичность" памятидостигается без использования принципов голографии,92 с,"16 1 1 ОТехнико-экономичес ная зффг к гивность изобретения ог 1 р.деллется увеличением емкости ЗУ на 2-3 порядка по сравнению с прототиг 1 ом. 13 абсолютных величинах это составляет 10-10 импульсов на см . Плотность записи инФормации составляет 2-54 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, 20 объектив записи, фотоноситель и фото- приемник информации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения информационной емкости устройства, оно содержит источник ассоци ированного текста, а синтезатор оптических неоднородностей состоит из пластин с Фазовым рельефом и уз.падля микроперемещений пластин, причемузел для микроперемещений пластинкинематически связан с каждой пластиной и подключен к источнику ассоциированного текста,2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что пластиныс фазовым рельефом выполнены в видематовых пленок, погруженных в жидкость с коэффициентом преломления,примерно равным коэффициенту прег 1 омления материала пластин.3. Устройство по и. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения помехоустойчивости устройства, Фотоприемник информации выполнен в виде матрицы фотодиодов, выходы которых соединены с входом элемента ИЛИ, выход которого являетсявыходом фотоприемника.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМф 517044, кл, 6 11 В 15/00, 1975.2. нНейрофизиология", 1974, т. 6,926716 Фиг Р Составитель В, Рудаковедактор И. Михеева Техред И, Кастелевиц Корректор И.Мус илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 2990/44 Тираж 624 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Подписнокомитета СССРоткрытийушская наб д. 4/5