Устройство и принцип действия оптических устройств записи информации

Необходимость разработки оптических ЗУ продикто­вана тем, что устройства того же назначения, основан­ные на других физических принципах (магнитная и полупроводниковая память), не способны полностью удо­влетворить непрерывно возрастающие требования вычис­лительной техники к объему хранимой информации и плотности ее записи.

Опыт создания и эксплуатации первых образцов оп­тических ЗУ показал, что эти системы действительно могут дать качественный скачок по ряду определяющих параметров. В то же время выявилось, что оптические ЗУ сложнее, дороже, менее надежны и долговечны, чем их неоптические аналоги. Для устранения этих недостат­ков необходимо, прежде всего, совершенствовать элемент­ную базу оптических ЗУ, а также разработать оптималь­ную организацию взаимосвязи этих устройств с процес­сором ЭВМ (более широкое распространение аналого­вых методов обработки, методов картинной логики и т. п.). В большой степени решение проблемы обмена информацией между ЗУ и процессором будет зависеть от развития средств связи, также основанных на про­грессе оптоэлектроники.

Устройства оптической памяти базируются на двух методах записи и выборки информации: последовательном (поразрядном) и параллельном (постраничном). Структурные схемы и работа запоминающих устройств, основанных на этих двух принципах (рисунок 9.14), существенно отличаются друг от друга: в устройствах первого типа используют лишь направленность светового луча, в устройствах второго – голографического – типа используют когерентность лазерного излучения и возможность его пространственной модуляции.

а

б

Рисунок 9.14 – Структурные схемы оптических ЗУ с последовательной (а) и параллельной (б) организацией записи и считывания

В ЗУ последовательного типа (рисунок 9.14, а) запись данных осуществляется выжиганием сфокусированным лазерным лучом отверстий в металлической пленке, расположенной на прозрачной основе. Адресация лазерного луча осуществляется либо механически (путем изменения взаимного положения луча и запоминающей среды) либо с помощью дефлектора, отклоняющего световой луч по заданной программе.

В одном из первых устройств подобного типа использовалась металлизированные (висмутом или родием) полоски полиэфирной пленки длиной 80 см и шириной 12 см. Каждая такая лента вклю­чала 18500 информационных дорожек (с расстоянием между ними менее 10 мкм) с общей емкостью 2,2×10⁹ бит (и плотностью »3×10⁸ бит/см²). Для считывания и записи полоски крепились на вращающемся барабане; объединение в одном устройстве 400 бара­банов позволяло получить терабитную систему памяти с общей емкостью »10¹² бит. При записи выжигание отверстия в металли­ческой пленке соответствовало логическим единицам, а логическим нулям – отсутствие отверстия. Скорость записи при использовании - многоканальной лазерной головки составляла 3×10⁶ бит/с. По отра­жению лазерного луча в процессе записи одновременно контроли­руют правильность вводимой информации. При считывании время поиска нужной полосы среди всех 400 составляло 5 с, время поиска данных в пределах одной полосы не превышало 0,2 с.

В качестве оптической запоминающей среды могут использовать­ся фотографические пленки и пластинки, фоторезисты, фотополиме­ры. Эти материалы имеют очень высокую разрешающую способность (тысячи линий на миллиметр), но требуют для проявления «мокрой» химической обработки и значительного времени. Кроме того, при длительном хранении органические материалы подвержены старению. Наилучшую стабильность при долговременном хранении информации в оптических ЗУ обеспечивают пленки хрома на стекле.

Очень важное практическое применение поразрядная запись информации нашла в лазерных видеопроигрывателях, являющихся по существу первым массовым промышленным оптическим запоми­нающим устройством. В лазерном видеопроигрывателе используются; отражающие или прозрачные диски, информация на которых записы­вается в виде точек или насечек, располагающихся на спиральной дорожке с шагом (2÷2,5) мкм. Плотность записи достигает »10⁷ бит/см, что позволяет на диске стандартного размера (Æ » 30 см) записать 20....30 – мин цветную телепрограмму. При вра­щении пластинки под воспроизводящей головкой насечки отклоняют сфокусированный на них лазерный луч и изменяют положение све­тового пятна на матрице фотоприемников, расположенных под пла­стиной. Полный видеосигнал формируется путем усиления и обработ­ки последовательности фотосигналов.

Основные трудности при конструировании лазерного видеопро­игрывателя связаны с необходимостью обеспечить взаимную точную механическую юстировку лазерной головки, пластинки и фотоприемников и создать систему автоматического слежения луча за дорож­кой. Несмотря на очень малые размеры элементов и расстояний между ними, оптическая видеозапись вполне реальна, так как для этих систем характерны жесткая программа выборки и не очень высокие требования в отношении вероятности сбоев и ошибок.

Оценки показывают, что стоимость видеопроигрывателя может быть вполне приемлемой (не более стоимости цветного телевизора), а стоимость записи телепрограммы на один – два порядка меньше, чем на магнитных лентах. Все это в сочетании с малыми габаритами устройства делает его весьма перспективным бытовым электрорадио­прибором, именно по этому пути лазер быстрее всего войдет в по­вседневную жизнь.