专利名称：信息存储系统及信息存储方法
技术领域：
本发明涉及一种信息存储技术，特别是有关于一种新的信息存储系统及信息存储方法。
背景技术：
现有的信息存储系统比如硬盘，光盘，其信息量多是一个与体积相关的函数。每个信息单元在存储系统中都有个固定的位置，比如光盘利用其表面细微的凹凸表示信号0、1， 而硬盘是利用利用特定的磁粒子的极性来记录数据，每个信息被固定的存储在硬盘盘片的表面上，这类存储系统的信息容量总是限制于存储系统体积或者面积的大小，比如一张标准dvd能存储4G的信息，表示其有效存储面积是用来表示一比特信息的凹凸点的单位面积的2~32倍。然而，随着人类信息活动的活跃，T级别的，P级别的存储需求越来越多 (1T=1024G, 1P=1024T)，一个存储P级别的数据中心，往往需要篮球场的大小的空间来存放数以万计的硬盘。而人类在2011年时的信息总量为Z级别，存储这个级别的信息量需要全球所有的硬盘，光盘，磁盘来共同实现。也就是说，现在的静态存储模式及对应的静态存储空间，不能满足日益爆炸的信息量增长的需求。特别是，大型网站、大型数据库等的发展，对数据存储空间的要求越来越大，其占用大量成本来购置如硬盘在内的存储单元以及花费大量精力和费用来进行维护， 成本很高，且存储容量不能满足日益爆炸的信息量增长的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的信息存储系统，以解决现有技术中信息存储的容量限制于空间体积的大小的技术问题。本发明的另一目的在于提供一种新的信息存储方法，以解决现有技术中信息存储的容量限制于空间体积的大小的技术问题。—种信息存储系统，包括信息载体产生单元、信息调制单元、信息传播单元、信息解调单元和控制器，所述信息载体产生单元连接信息调制单元，信息调制单元、信息传播单元和信息解调单元构成一信息传播路径，所述控制器分别连接信息调制单元和信息解调单元，
需要存储的信息被控制器通过信息调制单元进行调制，进入信息传播单元进行传播， 经信息解调单元进行解调，解调后的信息再作为信息源被调制，形成一个单位存储循环周期，所述数据存储在各个单位存储循环周期中。所述控制器进一步包括
接口单元用于建立与外设的通讯；
地址转换单元用于读写指令中的地址编码与本信息存储系统地址编码的互相转换； 逻辑控制单元当有接收到读取或写入指令时，本单元实时对比读取或写入指令的地址部分与解调单元所读取信息的地址部分，等待至二者相等时如果是写入指令，本单元将写入指令的数据部分作为信息源传送至调制单元调制，如果是读取指令，本单元将解调单元所读取信息的数据部分传送至外部接口输出。一种信息存储方法，包括以下步骤
设置信息载体产生单元、信息调制单元、信息传播单元、信息解调单元和控制器，所述信息载体产生单元连接信息调制单元，信息调制单元、信息传播单元和信息解调单元构成一信息传播路径，所述控制器分别连接信息调制单元和信息解调单元；
接收到写入指令时，写入到某个或某几个单位存储循环周期，并将对应关系存入控制器的地址转换单元，需要存储的信息被控制器通过信息调制单元进行调制，进入信息传播单元进行传播，经信息解调单元进行解调，解调后的信息再作为信息源被调制，形成一个单位存储循环周期，所述数据存储在各个单位存储循环周期中；与现有技术相比，本发明需要存储的信息被控制器通过信息调制单元进行调制， 进入信息传播单元进行传播，经信息解调单元进行解调，解调后的信息再作为信息源被调制，形成一个单位存储循环周期，所述数据存储在各个单位存储循环周期中。以光子作为信息载体为例，数据存储的容量本质上不受体积的限制，可以和传输速度、调制器工作频率等有关，提升了容量扩充的可能，具有划时代改进的意义。
图1为一种信息存储系统的原理图； 图2为控制器的原理示意图3为信息存储系统的一实例示意图； 图4为信息存储系统的另一实例示意图； 图5为信息存储系统的又一实例示意图； 图6为信息存储方法的一实例流程图。
具体实施例方式请参阅图1，其为一种信息存储系统的原理图。它包括信息载体产生单元11、信息调制单元12、信息传播单元13、信息解调单元14和控制器15，信息载体产生单元11连接信息调制单元12，信息调制单元12、信息传播单元13和信息解调单元14构成一信息传播路径，控制器15分别连接信息调制单12元和信息解调单元14。需要存储的信息被控制器15通过信息调制单元12进行调制，进入信息传播单元 13进行传播，经信息解调单元14进行解调，解调后的信息再作为信息源被调制，形成一个单位存储循环周期，数据存储在各个单位存储循环周期中。请参阅图2，控制器15进一步包括 接口单元151 用于建立与外设的通讯；
地址转换单元152 用于读写指令中的地址编码与本信息存储系统地址编码的互相转
换；
逻辑控制单元153 用于接收到写入指令时，写入到某个或某几个单位存储循环周期， 并将对应关系存入地址转换单元152，接收到读取指令时，先从地址转换单元152中获得对应的单位存储循环周期信息，再从该单位存储循环周期信息中获得对应的数据，输出至接口单元151。
当有接收到读取或写入指令时，读写指令的地址部分进过地址转换单元152转换，本单元实时对比转换后的读写指令的地址部分与解调单元14所读取信息的地址部分，等待至二者相等时如果是写入指令，本单元将写入指令的数据部分作为信息源传送至调制单元12调制，如果是读取指令，本单元将解调单元所读取信息的数据部分传送至外部接口 151输出。
高速缓存单元154，连接逻辑控制单元153，以读取为例，对于频繁读取的数据，先进行高速缓存，逻辑控制单元153进行读取时，先判断读取指令的地址是否在高速缓存中存在， 如果存在，直接从缓存中读取数据，这样可以提高读出的效率。控制器15可以通过编程来实现上述的逻辑单元，以上仅是举例，可以通过一微处理器来实现上述功能。在这个系统中，
通用信息存储容量计算公式
信息存储容量=调制器工作频率*单次编码信息量*信息传播路程/信息载体在介质 (或真空)中的传播速度解释如下
单位存储循环周期T=信息传播路程/信息载体在介质(或真空)中的传播速度， 在T的时间段内信息变化的次数=T*调制器工作频率； 信息存储容量=在T的时间段内信息变化的次数*单次编码信息量单次编码信息量按照调制的方式有很多种情况，但最少需要实现二进制编码，能表示 0，1两种状态，下面的例子中有过个高于2进制的情况。从上可知，信息存储容量，我们可以预先进行设置，可以是动态的，不限于物理空间上的大小。
请参阅图6，其为读写与存储流程的一示例图。信息A通过传播单元到达解调单元后，解调单元得到信息A，若为写入指令，先通过控制器进行判断，判断当前信息地址是否为 C，若是则将信息A写入C地址，若为读出指令，则输出C地址内存储的A内容。若无该些指令，则控制器将A进行调制后进入传播路径。
实施例一
信息载体产生单元为激光器、信息调制单元为光调制器、信息传播单元为光纤，信息解调单元为光解调器。 信息存储容量=总光程*编码信息量*光调制器工作频率/光速
由于光子本身是波色子，一个量子态可以容纳无穷多个玻色子，也就是说，在真空中， 理论上可以容纳无数个光子，即使在很多光束相交的情况下，它们之间也不会产生丝毫的相互影响，这使得空间不再成为存储容量的限制，例中采用反射与放大结合的方式来增加光信息的传播里程，比如当光通过多次反射后总光程达到3万公里时，单位存储循环周期 T=O. 1 秒；
而此循环周期存储的信息量为T*光调制器工作频率*编码信息量，当光调制器工作频率为IOGHz且采用二进制编码编码时，存储信息量为IG ；
信息存储容量=总光程*编码信息量*光调制器工作频率/光速本例中，存储容量的限制主要自光调制器开关的频率。现有技术中，光调制器可以为马赫-曾德尔干涉仪(MZM)，工作频率为IOGHz到 50GHz，对应的光解调器为马赫-曾德尔延时涉仪(MZDI)。
实施例二
所述信息载体产生单元为激光器、所述信息调制单元为光调制器、所述信息传播单元为光反射单元和光放大单元，所述信息解调单元为光解调器。信息存储容量=阵列调制器数量*总光程*编码信息量*光调制器工作频率/光速
本例为实施例一的变化形式，而在本例中，用将采用真空中的反射镜来增加光程，反射光的出口连接光信号放大器，例如无需光电转换的掺铒光纤放大器(EDFA)，以补偿反射的能量损失，而光放大器的出口可以再次连接前面的光反射器，可以通过多次循环来增加整体光程。请参阅图3所示。即，标识B3.1反射器组件和标识B3. 2光放大组件组成信息传播单元。由于高功率光在的光纤中的非线性特性，光在长距离传输后，会产生严重的光谱失真，本例在光的传播路程多在真空中，不管是连续波还是短脉冲序列，都可以以非常高的功率的传播而不会产生光谱的失真。本例可作为光子计算机对光信息进行存储的一种解决方案。
实施例三
图4为实施例一的组合形式图。信息调制单元采用N*N个调制器组成的阵列，同样，信息解调单元采用对应的解调阵列。多束激光经过光调制器阵列，然后通过实施例二由光反射器与光放大器组成的光传播系统，由于不同的光之间不会互相干扰，所以光传播系统的体积与一个调制器时的体积是一样的，之后光会通过光解调组件。信息存储容量=阵列调制器数量*总光程*编码信息量*光调制器工作频率/光速
还可以集成现有技术密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing: DWDM)，增加光传播系统中不同波长的信号数量来成倍的提升信息容量。
实施例四
超声波发生器作为信息载体产生单元，超声调制器作为信息调制单元，超声解调器作为信息解调单元，空气本身作为信息，
信息存储容量=声传播总路程*编码信息量*超声调制器工作频率/空气中的声速实施例五
信息载体产生单元为电子枪；信息调制单元为偏转电极；信息解调单元为若干电子侦测器；信息传播单元为真空管。信息存储容量=电子运动总路程*编码信息量*偏转电极电压变化频率/真空中电子运动的速度
本例采用3进展编码，偏转电极可以调节3个级别的电压，改变电子束在初速度垂直方向的速度，最后到达3个不同的闪烁探测器，以实现3进制编码_1，0，1。特别的，本例中带电粒子束为电子束，使用电子束发生器(电子枪)作为信息载体产生单元，偏转电极作为信息调制单元，电子侦测器比如闪烁探测器作为信息解调单元， 真空管作为信息传播单元。
在电子束的例子中增加运动总里程的方式有很多种
比如说(请参阅图5)具有一定初速度的电子本身可以在垂直恒稳磁场轴向的平面上作圆周运动，在加入与恒稳磁场轴向同向的电场后，电子的运动轨迹程螺线型，Fl是电子枪，发射电子束，其初速度垂直于磁场F3， F2是一偏转电极，维持一个微小的恒定的电压， 这样，电子束在平行于磁场F3的方向上有一个微小的初速度，当电子束运动到磁场的另外一端时，有个加速电极F4，使得电子逃离现有磁场区域到达闪烁探测器；
设电子初速度方向为Y轴，磁场方向为X轴。整个信息存储装置的单位循环周期可以这样计算T=F4到F2的距离在X轴方向上的距离/电子束在X轴的速度分量。例如F4到F2 的距离在X轴方向上的距离为0. 1米，电子束在X轴的速度分量为0. 01米/秒，T=IO秒， 偏转电极(此图中没有画出)的工作频率为10~9Hz，整体的信息容量为10~10比特，约IOG ； 由此可知IOG容量所占的空间是非常有限的。
在所有的实例中调制器本身的工作频率现有技术一般不会超过1(Γ11Ηζ，增加信息载体传播的路程以及适度的减少信息载体传播的速度都是增加存储容量的努力方向。
本发明还公开了一种信息存储方法，包括以下步骤
设置信息载体产生单元、信息调制单元、信息传播单元、信息解调单元和控制器，所述信息载体产生单元连接信息调制单元，信息调制单元、信息传播单元和信息解调单元构成一信息传播路径，所述控制器分别连接信息调制单元和信息解调单元；
所述控制单元接收到写入指令时，控制单元实时比较写入指令的地址部分与解调单元所读取的信息的地址部分，当二者相等时，控制单元将写入指令的数据部分作为信息源传送至调制单元调制
接收到读取指令时，控制单元实时比较读取指令的地址部分与解调单元所读取的信息的地址部分，当二者相等时，控制单元输出解调单元所读取信息的数据部分。对应的编码方式有很多种，比如 1、顺序地址编码
控制器需要识别存储周期开始的标志。存储周期的开始通常是一串的特殊的数据序列，与硬盘的0磁道类似，之后到存储周期结束，每个数据都会有它在整体序列中的顺序位置，计数器冲存储周期开始计数，解调单元每得到一个信息，计数器就增加1，直到下次遇到存储周期开始的标志，计数器清0，这样每个数据就像数组的下标一样可以被定位，而整体被存储的信息可以被认为是一个字符串数组。
2多进制地址编码
对于单次编码能实现3进制或者更多进制的时候，可以使用如下地址编码 以3进制为例，3种信息态_1，0，1，用0，1来表示正常的二进制数据，而-1跟随特定长度地址位来表示地址区块，类似于硬盘的扇区，例如整个存储周期被划分为8个区块，区块地址标识方式为-lxxx，x为0或者1，整个区块划分如下-1000，-1001，-1010，-1011， -1100，-1101，-1110，-1111，地址数据之后是顺序存储的二进制数据。顺序存储的二进制数据可以按照前述顺序编码进行定位。相比于顺序地址编码，多进制地址编码有更好的容错性。
虽然为了说明的目的对优选实施例进行了详细描述，但在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以做出多种改变。因此，本发明不限于此，而是权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种信息存储系统，其特征在于，包括信息载体产生单元、信息调制单元、信息传播单元、信息解调单元和控制器，所述信息载体产生单元连接信息调制单元，信息调制单元、 信息传播单元和信息解调单元构成一信息传播路径，所述控制器分别连接信息调制单元和信息解调单元，需要存储的信息被控制器通过信息调制单元进行调制，进入信息传播单元进行传播， 经信息解调单元进行解调，解调后的信息再作为信息源被调制，形成一个单位存储循环周期，所述数据存储在各个单位存储循环周期中。
2.如权利要求1所述的信息存储系统，其特征在于，所述控制器进一步包括接口单元用于建立与外设的通讯；地址转换单元用于读写指令中的地址编码与本信息存储系统地址编码的互相转换；逻辑控制单元当有接收到读取或写入指令时，本单元实时对比读取或写入指令的地址部分与解调单元所读取信息的地址部分，等待至二者相等时如果是写入指令，本单元将写入指令的数据部分作为信息源传送至调制单元调制，如果是读取指令，本单元将解调单元所读取信息的数据部分传送至外部接口输出。
3.高速缓存单元，连接逻辑控制单元。
4.如权利要求1或2所述的信息存储系统，其特征在于，信息存储容量=调制器工作频率*单次编码信息量*信息传播路程/信息载体在介质或真空中的传播速度。
5.如权利要求1或2所述的信息存储系统，其特征在于，所述信息载体产生单元为激光器、所述信息调制单元为光调制器、所述信息传播单元为光纤，所述信息解调单元为光解调器，信息存储容量=总光程*编码信息量*光调制器工作频率/光速存储容量的限制由光调制器开关的频率决定。
6.如权利要求1或2所述的信息存储系统，其特征在于，所述信息载体产生单元为激光器、所述信息调制单元为光调制器、所述信息传播单元为光反射组件和光放大组件，所述信息解调单元为光解调器，信息存储容量=阵列调制器数量*总光程*编码信息量*光调制器工作频率/光速如权利要求1或2所述的信息存储系统，其特征在于，所述信息调制单元采用调制器阵列，所述信息解调单元采用对应的解调阵列。
7.如权利要求1或2所述的信息存储系统，其特征在于，信息载体为带电粒子束。
8.如权利要求7所述的信息存储系统，其特征在于所述带电粒子束为电子束，信息载体产生单元为电子枪；信息调制单元为偏转电极，或偏转电极组合；信息解调单元为若干电子侦测器；信息传播单元为真空管。
9.如权利要求8所述的信息存储系统，其特征在于，信息存储容量=电子运动总路程*编码信息量*偏转电极电压变化频率/真空中电子运动的速度。
10.如权利要求8所述的信息存储系统，其特征在于，在信息传播单元真空管中有一恒稳均勻磁场，电子束通过一系列偏转电极的组合后同时具有垂直于，以及，平行于该磁场轴向的分速度，使得电子束在进入磁场后进行螺线型运动。
11.一种信息存储方法，其特征在于，包括以下步骤设置信息载体产生单元、信息调制单元、信息传播单元、信息解调单元和控制器，所述信息载体产生单元连接信息调制单元，信息调制单元、信息传播单元和信息解调单元构成一信息传播路径，所述控制器分别连接信息调制单元和信息解调单元；所述控制单元接收到写入指令时，控制单元实时比较写入指令的地址部分与解调单元所读取的信息的地址部分，当二者相等时，控制单元将写入指令的数据部分作为信息源传送至调制单元调制接收到读取指令时，控制单元实时比较读取指令的地址部分与解调单元所读取的信息的地址部分，当二者相等时，控制单元输出解调单元所读取信息的数据部分。
12. 如权利要求11所述的一种信息存储方法，其特征在于，对于单次编码能实现3 进制或者更多进制的时候，可以使用如下地址编码以3进制为例，3种信息态_1，0，1，用0，1来表示正常的二进制数据，而-1跟随特定长度地址位来表示地址区块，类似于硬盘的扇区，地址数据之后是顺序存储的二进制数据。
全文摘要
一种信息存储系统，包括信息载体产生单元、信息调制单元、信息传播单元、信息解调单元和控制器，所述信息载体产生单元连接信息调制单元，信息调制单元、信息传播单元和信息解调单元构成一信息传播路径，所述控制器分别连接信息调制单元和信息解调单元，需要存储的信息被控制器通过信息调制单元进行调制，进入信息传播单元进行传播，经信息解调单元进行解调，解调后的信息再作为信息源被调制，形成一个单位存储循环周期，所述数据存储在各个单位存储循环周期中。本发明还提供一种信息存储方法。
文档编号G06F17/30GK102298613SQ20111021208
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者余东 申请人:余东