Brevet FR2001839A1 — publié le 19691003

i 2001819 L'Invention concerne un système de mémoire à grande capacité et court temps d'accès. Les grands ordinateurs exigent de grandes mémoires. Les mémoires classiques à grande capacité, telles que les mémoires 5 à disques ou à bandes magnétiques, ont un encombrement relativement important ou le temps d'accès moyen devient si grand que leur emploi en mémoires primaires n'est plus rentable et qu'elles ne sont utilisables qu'en mémoires secondaires ou tertiaires. Bien que les conditions de temps d'accès moyen soient relati-10 vement faibles dans le cas des mémoires secondaires, le transfert des données dans la mémoire primaire pouvant s'effectuer pendant les temps morts de l'ensemble, une réduction de ces temps d'accès est néanmoins souhaitable. Une réduction de l'encombrement de telles mémoires 15 de grande capacité est également souhaitable. Des propositions ont été faites en vue de l'utilisation pour l'enregistrement d'information de la coloration de certaines substances d'enregistrement, généralement organiques, sous l'influence de rayons de haute énergie. 20 Cette réaction de coloration exige une énergie de rayonnement relativement élevée ou, dans le cas de faibles énergies, une durée d'action prolongée. Les valeurs réalisables actuellement, avec des faisceaux lasers de haute énergie par exemple, sont toutefois telles que ce mode de mémorisation peut 25 être considéré comme techniquement applicable. Il a été proposé de réaliser les mémoires en utilisant les substances précitées sous forme de films. En d'autres termes, la substance d'enregistrement est déposée sur un long support résistant à la traction. 30 Ce mode de constitution des mémoires présente les inconvénients suivants : Le temps d'accès moyen est relativement grand, comme dans le cas des bandes magnétiques, et un guidage précis de la bande est en outre extrêmement difficile aux vitesses élevées 55 requises. Ce guidage précis de la bande est notamment nécessaire parce que l'irradiation par une lumière laser conduit à des pistes lumineuses très étroites par rapport aux dimensions de la bande, afin d'accroître la densité d'information, et que d'autre part la piste enregistrée doit être repérée avec pré-40 cision lors de la lecture. 69 03528 2 2001839 Le principe du tambour rotatif, sur l'enveloppe duquel sont enregistrées les données, est connu depuis longtemps dans l'enregistrement magnétique. Dans cette technique, l'enveloppe est recouverte d'une couche aimantable. Les pistes d'enregis-5 trement sont disposées côte à côte sur la circonférence du tambour et une tête magnétique est prévue pour chaque piste. La capacité d'une telle mémoire à tambour magnétique est déterminée par le nombre de spires, la circonférence et la vitesse de rotation du tambour. 10 Le temps d'accès est essentiellement déterminé par la vitesse de rotation du tambour. De telles mémoires à tambour ne sont pratiquement plus utilisées dans les ordinateurs actuels, par suite de leur faible capacité et des temps d'accès relativement élevés. Une 15 autre raison a conduit à renoncer à cette technique. Il est difficile, dans le cas d'un tambour tournant relativement vite, de disposer les têtes magnétiques de façon que le contact avec la couche magnétique demeure constant sur toute la longueur de chaque piste. 20 En résumé, on peut dire qu'une mémoire à tambour magnétique est une solution périmée. L'invention a pour objet un système de mémoire qui évite les difficultés précitées et offre par rapport au système d'enregistrement magnétique classique l'avantage d'une capacité 25 de mémoire égale ou plus élevée et un temps d'accès nettement plus court, avec une réalisation extrêmement simple des dispositifs mécaniques et électriques. Selon une particularité essentielle de l'invention, le système de mémoire est obtenu par la combinaison des carae-50 téristiques suivantes connues s a) le support d'information est une substance d'enregistrement qui se colore sous l'influence de rayons de haute énergie; b) la substance d'enregistrement est déposée sur 55 l'enveloppe d'un tambour rotatif. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins sur lesquels : 69 03528 3/ 2001839 - la figure 1 représente le tambour rotatif et - la figure 2 est le schéma-bloc d'un système de mémoire utilisant avantageusement la mémoire à tambour selon 11 invention. 5 Le tambour 1 tourne autour de son axe longitudinal, à 24 000 tours par minute par exemple» Il comporte deux parties» Un noyau intérieur 2 a la forme d'un bicSne ou d'un double tronc de cône (les deux cônes sont en contact par leur base). La surface de ce bicône est métallisée. La partie extérieure 10 est un cylindre creux 3 qui est placé sur le bicone et forme avec ce dernier le tambour cylindrique. Ce cylindre creux 3 est réalisé dans un matériau transparent (verre, "Plexiglas", etc... Des réseaux de pistes parallèles Sp sont disposés sur l'enveloppe (J2 réseaux de pistes Spl-Sp32 par exemple pour un 15 tambour d'une hauteur de 66 mm).. Un canal d'information est affecté à chacun de ces réseaux de pistes Sp, qui comportent par exemple 175 pistes. Le faisceau lumineux produisant la coloration de la substance photosensible est concentré par une .lentille et dévié par un petit miroir Usp de façon à être 20 focalisé sur la surface photosensible de la mémoire. Il est recommandé de prévoir pour chaque réseau de pistes Sp un miroir déflecteur Usp qui est alors responsable du réglage du faisceau lumineux sur les diverses pistes du réseau. 25 Le miroir-déflecteur Usp est avantageusement cons titué par un miroir de galvanomètre, du type utilisé par exemple dans les oscillographes à faisoeau lumineux. Un courant injecté permet d'ajuster son angle de déviation. Dans l'hypothèse d'une longueur d'onde lumineuse de 30 Q,351^u (laser UV continu à gaz ionisé, argon ou krypton) et d'un faisceau lumineux d'un diamètre de 1,6 mm sur le miroir déflecteur, on obtient un diamètre de foyer d'environ 3^u pour une distance de 20 mm entre le miroir déflecteur et la couche de mémoire. La profondeur de champ du foyer est de l'ordre de 35 30-50/u. La source lumineuse du système de mémoire est constituée par un laser 5 qui émet deux rayons lumineux (6, 7), 69 03528 4 2001839 (figure 2). Chacun de ces rayons lumineux (6, 7) peut être modulé par un modulateur opto-éleetronique (8, ou 9) à la cadence du flux d'information. Une commutation permet d'introduire les données à mémoriser dans l'un des deux modulateurs. 5 Après le passage dans les modulateurs (8, 9)* les rayons lumineux (6, 7),traversent un système opto-éleetronique numérique 10 de déviation lumineuse, à quatre étages de déviation. Un tel système numérique de déviation lumineuse, est décrit par exemple dans l'IBM J. Res. Dev» 8 (1964), 64, W. 10 Kulcke, T.J, Harris, K. Kdsânke, E. MAX, A Fast Digital-Indexed Llght Defleetor ou le Bell Syst. Teehn. J. 4j (1964) 821, T.J. Nelson, Digital Light Deflection. D'autres solutions sont toutefois applicables, telles que des dispositifs à miroirs. ïi» système de déviation lumineuse 10 comporte 15 quatre étages de déviation dans le cas considéré. Il est ainsi possible d'amener chacun des deux rayons lumineux sur une des 2^ = 16 positions ou directions, selon l'attaque du système de déviation lumineuse. On dispose ainsi de 32 canaux optiques au total, ce qui correspond au nombre des réseaux de courbes Sp 20 sur le tambour de la figure 1. Le support du flux d'information à mémoriser est toujours constitué par un de ces canaux optiques et un des réseaux de pistes. La commutation d'un canal à l'autre par le système de déviation lumineuse peut seffectuer très rapidement, par exemple en lO^us ou moins, moyennant un appa-25 reillage approprié. Après son,passage dans le système de déviation lumineuse, le rayon laser est dirigé sur la mémoire à tambour par les miroirs déflecteurs (Uspl-Uspj52 ) décrits à la figure 1. Certains détails des éléments utilisés sont décrits 30 ci-dessous, ainsi que la capacité et le temps d'accès possibles avec une réalisation particulière du système de mémoires selon l'invention. Le laser (5) utilisé fonctionne de préférence dans l'ultra-violet, par exemple un laser à l'argon, au krypton ou 35 au néon. Il s'agit de lasers à gaz ionisé permettant d'atteindre un niveau lumineux relativement élevé. Il est en outre possible de faire fonctionner ces lasers à diverses longueurs d'onde, correspondant aux raies d'émission. 69 03528 5 2001839 Les modulateurs (8, 9) sont des cristaux optoélectroniques. Les tensions nécessaires à l'attaque de ces cristaux sont relativement élevées et proportionnelles à la longueur d'onde lumineuse. L'emploi d'une lumière laser 5 située dans le domaine UV est donc particulièrement avantageux. Les miroirs de galvanomètre utilisés comme miroirs déflecteurs Usp permettent une plage de déviation angulaire de 2,5° Par exemple ou plus et une fréquence limite de 2 kHz par exèmple ou plus. Avec les valeurs mentionnées (distance 10 entre le miroir déflecteur et la couche de mémoire 20 mm, longueur d'onde lumineuse 0,351/U, diamètre du foyer 3/u) et une plage angulaire de déviation du miroir de 2,5° (soit une plage de déviation lumineuse de 5°), on obtient une hauteur de 1,75 mm pour le réseau de pistes. En admettant une distance 15 de 2 mm entre les réseaux'de pistes, on obtient une hauteur totale de la mémoire à tambour d'environ 66 mm. Un intervalle de 3,5/U est choisi sur chaque piste entre les points de mémoire (diamètre 3y-u). Il est ainsi, possible, sur un tambour d'un diamètre de 70 mm, de mémoriser 20 70. tT /3,5-10~-^ = 6,25.10^ bits par piste. La capacité de mémoire est par suite de : 6,25.1021' bits par piste ; 4 7 6,25.10 .175 = 1,095«10 bits par réseau de pistes ; 1,095.10^.32 = 3^5-10^ bits sur ion tambour 1. 25 La vitesse d'enregistrement et de lecture est déter minée par la vitesse-de rotation (24 000 tr/mn dans le cas considéré) et le nombre de bits par piste, soit : 6,25.10^.400 = 2,5.107 bits/s. 30 Le temps d'accès/ est la somme de trois termes T=T T T ^ 0 rot + piste ^ réseau. Le terme c rëseau correspond au temps nécessaire à la commutation dans le système de déviation lumineuse sur le réseau de pistes souhaité, égal à 10^us par exemple, il est négligeable 35 par rapport aux deux autres termes.£ piste est le temPs cesâaire pour régler le miroir déflecteur sur la piste désirée d'un réseau. Ce temps est d'environ 0,5 ms pour une fréquence limite de 2 kHz du miroir déflecteur. Le terme le plus impor- 69 03528 6 2001839 tarife correspond à la localisation des données sur une piste, par suite de la rotation du tambour. Un tour complet dure 2,5 ms. La valeur moyenne de ce terme est par suite de 1,25 ms. En résumé, le temps d'accès est ainsi d'environ 3 ms 5 au maximum et inférieur à 2 ms en moyenne. Le processus, d'enregistrement et de lecture est décrit ci-dessous. Les données à mémoriser modulent un des deux rayons lumineux 6,7 du laser, par exemple le rayon lumineux 6, dans 10 un des modulateurs, le modulateur 8 par exemple, tandis que l'autre modulateur 9 élimine le second rayon lumineux J. Le rayon modulé est affecté au canal 1 dans le système numérique de déviation lumineuse (10). Le premier miroir déflecteur (Uspl) le positionne sur la première piste du premier réseau 15 de pistes Spl. Après un tour du tambour 1, c'est-à-dire quand la première piste est complète, le modulateur 8 élimine le premier rayon lumineux 6 et le second modulateur 9 transfère l'information à mémoriser au second rayon lumineux 7, que le système de déviation lumineuse affecte au canal 17 et que le 20 dix-septième miroir déflecteur Usp 17 positionne sur la première piste du dix-septième réseau de pistes Spl7. Pendant le remplissage de cette piste, le premier miroir déflecteur Uspl se règle sur la seconde piste du premier réseau Spl ; cette piste peut recevoir les données après le 25 remplissage de la première piste du dix-septième réseau Spl7 et une commutation appropriée des modulateurs et du système de déviation lumineuse. Lorsque les réseaux de pistes 1 et 17 sont ainsi remplis,, le système de. déviation numérique 10 commute sur les 30 réseaux, de pistes 2 et 18, puis les opérations se répètent de la même façon. Diverses substances d'enregistrement sont disponibles. Il s'agit de corps présentant une sensibilité suffisamment élevée, aux rayons d'enregistrement. La coloration produite est 35 réversible ou non selon le corps choisi. De tels corps aont soit proposés, soit déjà connus, par le brevet des Etats-Unis (^Amérique n° 3.299*079 par exemple. Deux procédés de lecture sont concevables, par exemple un procédé dans lequel l'information mémorisée est. effacée, 69 03528 7 2001839 la lumière utilisée pour la lecture étant de même longueur d'onde que celle servant à l'enregistrement, ou de préférence un procédé non destructif, dans lequel l'information est lue à l'aide d'une lumière d'une longueur d'onde ne colorant pas 5 les parties non colorées de la eouche de mémoire, et de préférence d'une lumière de longueur d'onde supérieure à celle de 1'enregistrement. La lecture peut être effectuée d'une façon analoguë" à l'enregistrement, la lumière servant & la lecture étant 10 positionnée sur la partie de la mémoire à explorer de la même façon et avec le même appareillage que pour l'enregistrement. Le rayon de lecture ne traverse que partiellement ou pas le tambour transparent aux endroits où l'information mémorisée a produit une coloration, et le traverse, librement aux autres 15 endroits ; il est ensuite dévié par la surface métallisée qui sépare les deux parties du tambour, comme précédemment décrit. L'inclinaison de cette face métallisée par rapport à la direction du rayon lumineux incident détermine la déviation de ce dernier. L'angle d'inclinaison est de préférence de 45° 20 de sorte que le rayon est dévié de 90° et émerge sur la face frontale du tambour 1. Des récepteurs lumineux 11, 12 sont disposés en regard des deux faces frontales du tambour et comportent une surface réceptrice suffisamment grande pour capter tous les rayons lumineux émergeant suivant le rayon de 25 la face frontale. Les récepteurs lumineux 11, 12 convertissent les signaux lumineux en signaux électriques qui correspondent aux données mémorisées et permettent un traitement ultérieur. Les éléments 1, Usp, 11 et 12 sont groupés dans le 30 bloc 13 de la figure 2. Les récepteurs lumineux 11, 12 ayant une surface relativement grande, comme précédemment indiqué, ils ne fournissent aucune information sur l'adresse des données lues. Cette adresse peut toutefois être obtenue à partir du réglage 35 des miroirs déflecteurs Usp et du système numérique de déviation lumineuse 10. Il est également possible de réaliser les récepteurs lumineux de façon qu'ils délivrent des informations d'adresse par- un quadrillage approprié. 69 03528 8 2001839 La surface du noyau 2 est avantageusement réalisée en bicône, cqmme précédemment indiqué, de sorte que les informations mémorisées de la moitié des réseaux de pistes Sp sont dirigées sur un récepteur lumineux et celles de l'autre moitié 5 des réseaux de pistes Sp sur l'autre récepteur lumineux, ce qui conduit à une division du flux d'information électrique délivré par ces récepteurs analogue à la division du flux d'information à mémoriser entre les deux rayons lumineux d'enregistrement 6,7. 10 Le système de mémoire selon l'invention présente l'avantage précité de permettre l'utilisation d'un laser comme source lumineuse de niveau élevé. De tels niveaux lumineux élevés permettent l'utilisation économique d'effets d'optique non linéaire dans les 15 cristaux pour le doublement de la fréquence, à condition de pouvoir trouver un matériau ayant un facteur de conversion suffisamment élevé et simultanément une transparence suffisante à la longueur d'onde incidente et de fréquence doublée. Les possibilités suivantes sont donc concevables 20 pour le système de mémoire selon l'invention : 1. Enregistrement avec un laser UV, lecture avec une raie d'émission du même laser mais de plus grande longueur d'onde. Exemple : laser Ar : enregistrement à 0,351 ai, lecture à 0,488 ^u. 25 2. Enregistrement avec un laser UV, lecture avec le rayon d'un second laser à plus grande longueur d'onde et le cas échéant plus faible puissance de sortie. Exemple : enregistrement Ne+ à 0,332 ou 0,338^u, lecture Ar+ à 0,488^u. 30 3. Enregistrement avec le rayon à fréquence doublée d'un laser à gaz ionisé de grande puissance et lecture avec le rayon primaire sans doublement de la fréquence. Exemple : enregistrement Ar+ à . 0,488^u = 0,244^u ; lecture Ar+ à 0,488^u. 35 4. Enregistrement avec le rayon à fréquence doublée d'un laser à gaz ionisé de grande puissance et lecture avec le rayon d'un second laser à plus grande longueur d'onde et le cas échéant plus faible puissance de sortie. 69 03528 9 2001839 L'utilisation précitée d'effets d'optique non linéaire permet le cas échéant une adaptation optimale de la longueur d'onde d'enregistrement et de lecture au matériau d'enregistrement. 5 Un agrandissement du tambour conduit à une augmen tation de la capacité de mémoire, à condition d'augmenter en conséquence la vitesse de transfert du système. Une vitesse de rotation plus élevée du tambour permet de réduire le temps d'accès du système. Dans l'hypothèse d'un 10 diamètre constant du tambour, il en résulte toutefois un accroissement de la vitesse de transfert pour une même capacité de mémoire ou une réduction de la capacité de mémoire pour une même vitesse de transfert. Il est possible de multiplier la capacité de mémoire . 15 par 2n en augmentant le système numérique de déviation lumineuse 10 de n étages et en prévoyant 2n mémoires à tambour avec les miroirs déflecteurs Usp correspondants au lieu d'une mémoire à tambour. Il faut souligner à ce propos un avantage notable 20 du système de mémoire selon l'invention, qui réside dans l'encombrement plus faible que celui de mémoires à disques magnétiques de propriétés comparables. Cet avantage est très sensible notamment dans le cas de l'accroissement de capacité par montage de plusieurs 25 mémoires à tambour, car l'encombrement n'augmente à chaque fois que du volume des tambours additionnels et de leurs miroires déflecteurs. 69 03528 10 2001839 REVENDICATIONS 1°. Système de mémoire â grande'capacité et court temps d'accès, caractérisé par la combinaison des particularités suivantes connues : 5 a) le support d'information est une substance d'enregistrement qui se colore sous l'influence de rayons de haute énergie, b) la substance d'enregistrement est déposée sur l'enveloppe d'un tambour rotatif. 2°. Système de mémoire selon la revendication 1, caractérisé par la mémorisation des données sur des pistes circonférentielles du tambour. 3°. Système de mémoire selon revendication 1 ou 2, caractérisé par l'emploi de rayons lumineux, 4°. Système de mémoire selon une des revendications 1 à caractérisé en ce que les rayons lumineux sont produits par un laser. 5°. Système de mémoire selon une des revendications 1 à 4, caractérisé par des miroirs déflecteurs mobiles qui dirigent les rayons de haute énergie sur les diverses pistes. 6°. Système de mémoire selon revendication 5* caractérisé èn ce que les miroirs déflecteurs sont réalisés en miroirs de galvanomètre. 7°• Système de mémoire selon revendication 5 ou 6, caractérisé èn ce qu'un miroir déflecteur commun est prévu pour plusieurs pistes. 8°. Système de mémoire selon une des revendications précédentes,'caractérisé par un système opto-éleetronique numérique de déviation lumineuse connue pour la distribution des rayons sur les divers miroirs déflecteurs. 9°. Système de mémoire selon une des revendications précédentes,"caractérisé en ce que le tambour est constitué par un noyau et un cylindre creux extérieur. 10°. Système de mémoire selon revendication 9» caractérisé par la métallisation de l'interface entre le noyau et le cylindre creux. 11°. Système de mémoire selon revendication 9 ou 10, caractérisé èn ce que le noyau est réalisé en bicone circulaire ou en double tronc de cône circulaire, les deux cônes étant en contact par leur base. 69 03528 ii 2001839 12°. Système de mémoire selon revendication 11, Caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison de l'enveloppe par rapport à la base de chaque cône est de 45°. 13°. Système de mémoire selon une dès revendications 9 5 à 12, caractérisé par la réalisation du cylindre creux dans un matériau transparent. 14°. Système de mémoire selon une des revendications 1 à 13, caractérisé par des récepteurs lumineux, disposés en regard d'au moins une des faces frontales du tambour et conver-10 tissant les signaux lumineux en signaux électriques. 15*. Système de Mémoire selon revendication 14, caractérisé en ce que chacun des récepteurs lumineux présente une longueur correspondant au moins su rayon du tambour. 16°. Procédé porçr l'enregistrement d'information-15 à l'aide d'un système de mémoire selon une des revendications 1 à 15, caractérisé par l'emploi d'un laser émettant deux rayons lumineux. 17°. Procédé pour l'enregistrement d'information selon revendication 16, caractérisé en ce que chacun des deux 20 rayons lumineux est appliqué à un modulateur opto-éleetronique, qui le module à la cadence du flux d'information. 18*. Procédé pour l'enregistrement d'information selon une des'revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que les rayons lumineux sont transmis du modulateur au système . 25 numérique de déviation lumineuse. 19°. Procédé pour l'enregistrement d'information selon une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce qu'un des rayons lumineux est modulé à la cadence du flux d'information, tandis que l'autre est totalement supprimé. 20 20*. Procédé pour l'enregistrement d'information selon revendication 19» caractérisé en ce qu'un des deux rayons lumineux est supprimé pendant la durée d'incidence de l'autre rayon lumineux sur une piste du tambour, pendant une rotation de ce dernier. -55 21°. Procédé pour l'enregistrement d'information selon une des revendications 16 à 20, caractérisé par l'emploi pour la lecture'de rayons lumineux d'une longueur d'onde ne produisant pas la coloration de la couche d'enregistrement. 69 03528 12 2001839 22°. Procédé pour l'enregistrement d'information selon revendication 21, caractérisé par l'emploi d'une raie du laser de plus grande longueur d'onde pour la production des rayons lumineux servant à la lecture» 5 23°. Procédé d'enregistrement de l'information selon revendication 21, caractérisé par l'emploi d'un second laser, de plus grande longueur d'onde que le premier, pour la production des rayons servant à la lecture. 24°« Procédé pour l'enregistrement d'information 10 selon revendication 1, caractérisé par le doublement de façon connue de la fréquence du laser pour l'enregistrement d'information, et l'emploi pour la lecture du rayon primaire du laser, sans doublement de la fréquence. 25°. Procédé pour l'enregistrement d'information 15 selon revendication 21, caractérisé par l'emploi du rayon d'un laser après doublement de la fréquence pour l'enregistrement de l'information et du rayon d'un second laser d'une autre longueur d'onde pour la lecture.