Foto uit die skrywer se versameling
1. Geskiedenis
Borrelgeheue, of silindriese magnetiese domeingeheue, is 'n nie-vlugtige geheue wat in 1967 by Bell Labs deur Andrew Bobeck ontwikkel is. Studies het getoon dat klein silindriese magnetiese domeine in enkel-kristal dun films van ferriete en granate gevorm word wanneer 'n voldoende sterk magneetveld loodreg op die oppervlak van die film gerig word. Deur die magnetiese veld te verander, kan hierdie borrels beweeg word. Sulke eienskappe maak magnetiese borrels ideaal vir die bou van 'n opeenvolgende bis-stoor, soos 'n skuifregister, waarin die teenwoordigheid of afwesigheid van 'n borrel op 'n sekere posisie 'n nul- of een biswaarde aandui. Die borrel is tiendes van 'n mikron in deursnee, en 'n enkele skyfie kan duisende stukkies data stoor. So, byvoorbeeld, in die lente van 1977 het Texas Instruments die eerste keer 'n skyfie met 'n kapasiteit van 92304 bisse aan die mark bekendgestel. Hierdie geheue is nie-vlugtig, wat dit soortgelyk maak aan magnetiese band of skyf, maar omdat dit vaste toestand is en geen bewegende dele bevat nie, is dit meer betroubaar as band of skyf, vereis geen onderhoud nie en is dit baie kleiner en ligter. , en kan in draagbare toestelle gebruik word.
Aanvanklik het die uitvinder van borrelgeheue, Andrew Bobek, 'n "eendimensionele" weergawe van geheue voorgestel, in die vorm van 'n draad waarom 'n dun strook ferromagnetiese materiaal gewikkel is. So 'n geheue is "twistor" geheue genoem, en is selfs massavervaardig, maar is gou vervang deur die "tweedimensionele" weergawe.
Jy kan lees oor die geskiedenis van die skepping van borrelgeheue in [1-3].
2. Bedryfsbeginsel
Hier vra ek jou om my te vergewe, ek is nie 'n fisikus nie, so die aanbieding sal baie benaderd wees.
Sommige materiale (soos gadolinium gallium granaat) het die eienskap om in slegs een rigting gemagnetiseer te word, en as 'n konstante magnetiese veld langs hierdie as toegepas word, sal die gemagnetiseerde streke iets soos borrels vorm, soos in die figuur hieronder getoon. Elke borrel is slegs 'n paar mikron in deursnee.
Gestel ons het 'n dun, in die orde van 0,001 duim, kristallyne film van so 'n materiaal wat op 'n nie-magnetiese, soos glas, substraat neergelê is.
Dit gaan alles oor die towerborrels. Die prentjie aan die linkerkant - daar is geen magnetiese veld nie, die prentjie aan die regterkant - die magnetiese veld is loodreg op die filmoppervlak gerig.
As op die oppervlak van 'n film van so 'n materiaal 'n patroon gevorm word uit 'n magnetiese materiaal, byvoorbeeld permalloy, 'n yster-nikkellegering, dan sal die borrels gemagnetiseer word na die elemente van hierdie patroon. Tipies word patrone in die vorm van T-vormige of V-vormige elemente gebruik.
'n Enkele borrel kan gevorm word deur 'n magnetiese veld van 100-200 oersteds, wat loodreg op die magnetiese film aangebring word en deur 'n permanente magneet geskep word, en 'n roterende magneetveld wat deur twee spoele in die XY-rigtings gevorm word, laat jou toe om te beweeg die borrel-domeine van een magnetiese "eiland" na 'n ander, soos dit in die figuur getoon word. Na 'n viervoudige verandering in die rigting van die magneetveld, sal die domein van een eiland na die volgende beweeg.
Dit alles laat ons toe om die CMD-toestel as 'n skuifregister te beskou. As ons borrels aan die een kant van die register vorm en dit aan die ander kant bespeur, dan kan ons 'n sekere patroon van borrels rondblaas en die stelsel as 'n geheue toestel gebruik, lees en skryf stukkies op sekere tye.
Van hier af volg die voordele en nadele van CMD-geheue: die voordeel is energie-onafhanklikheid (solank 'n loodregte veld wat deur permanente magnete geskep word, toegepas word, sal die borrels nêrens verdwyn nie en sal nie van hul posisies beweeg nie), en die nadeel is 'n lang toegang tyd, want om toegang tot 'n arbitrêre bietjie te verkry, moet jy die hele skuifregister na die verlangde posisie blaai, en hoe langer dit is, hoe meer siklusse sal dit vereis.
Die patroon van magnetiese elemente op die CMD magnetiese film.
Die skepping van 'n magnetiese domein word in Engels "nucleation" genoem en bestaan uit die feit dat 'n stroom van 'n paar honderd milliampère op die wikkeling toegepas word vir 'n tyd van ongeveer 100 ns, en 'n magnetiese veld word geskep wat loodreg op die film en teenoor die veld van 'n permanente magneet. Dit skep 'n magnetiese "borrel" - 'n silindriese magnetiese domein in die film. Die proses is ongelukkig hoogs afhanklik van temperatuur, dit is moontlik vir 'n skryfbewerking om te misluk sonder dat 'n borrel gevorm word, of vir veelvuldige borrels om te vorm.
Verskeie tegnieke word gebruik om data uit 'n film te lees.
Een manier, nie-vernietigende lesing, is om die swak magnetiese veld van die silindriese domein op te spoor met behulp van 'n magnetoresistiewe sensor.
Die tweede manier is vernietigende lees. Die borrel word na 'n spesiale generasie/detectiebaan gerig, waar die borrel vernietig word deur voorwaartse magnetisering van die materiaal. As die materiaal omgekeerd gemagnetiseer is, d.w.s. 'n borrel was teenwoordig, sou dit meer stroom in die spoel veroorsaak en dit sou deur die elektroniese stroombaan opgespoor word. Daarna moet die borrel weer op 'n spesiale opnamesnit gegenereer word.
As die geheue egter as een aaneenlopende skikking georganiseer is, sal dit twee groot nadele hê. Eerstens sal die toegangstyd baie lank wees. Tweedens sal 'n enkele defek in die ketting lei tot die volledige onbruikbaarheid van die hele toestel. Daarom maak hulle 'n geheue georganiseer in die vorm van een hoofspoor, en baie ondergeskikte spore, soos in die figuur getoon.
Borrelgeheue met een aaneenlopende snit
Borrel geheue met meester / slaaf snitte
So 'n geheue-konfigurasie laat nie net toe om die toegangstyd aansienlik te verminder nie, maar laat ook die vervaardiging van geheuetoestelle toe wat 'n sekere aantal defekte snitte bevat. Die geheuebeheerder moet dit in ag neem en dit omseil tydens lees-/skryfbewerkings.
Die figuur hieronder toon 'n deursnee van 'n borrelgeheue "chip".
Jy kan ook lees oor die beginsel van borrelgeheue in [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - borrelgeheuemodule, MBM (magnetiese borrelgeheue) met 'n kapasiteit van 1 MB (1048576 bisse). Dit is hy wat op die KDPV uitgebeeld word. 1 megabit is die kapasiteit vir die stoor van gebruikersdata, met inagneming van oortollige spore, die totale kapasiteit is 1310720 bisse. Die toestel bevat 320 lusbane (lusse) met 'n kapasiteit van 4096 bisse elk, maar slegs 256 daarvan word vir gebruikersdata gebruik, die res is 'n reserwe vir die vervanging van "gebroke" snitte en vir die stoor van oortollige foutkorreksiekode. Die toestel het 'n groot baan-klein lus-argitektuur. Inligting oor aktiewe snitte is vervat in 'n aparte selflaaibaan (bootstrap-lus). Op die KDPV kan jy die heksadesimale kode reg op die module gedruk sien. Dit is die kaart van "gebroke" spore, 80 heksadesimale syfers verteenwoordig 320 dataspore, aktiewe word deur 'n enkele bis voorgestel, onaktiewe met nul.
Jy kan die oorspronklike dokumentasie vir die module in [7] lees.
Die toestel het 'n omhulsel met 'n dubbelry-rangskikking van penne en word sonder soldering (in 'n sok) gemonteer.
Die struktuur van die module word in die figuur getoon:
Die geheue-skikking is verdeel in twee "halwe seksies" (halwe seksies), wat elk in twee "kwarte" (quads) verdeel is, elke kwart het 80 slawespore. Die module bevat 'n plaat met magnetiese materiaal wat binne twee ortogonale windings geleë is wat 'n roterende magnetiese veld skep. Om dit te doen, word stroomseine van 'n driehoekige vorm, wat met 90 grade relatief tot mekaar verplaas is, op die windings toegepas. Die samestelling van die plaat en windings word tussen die permanente magnete geplaas en in 'n magnetiese skild geplaas wat die magnetiese vloed wat deur die permanente magnete gegenereer word, toemaak en die toestel van eksterne magnetiese velde beskerm. Die plaat word teen 'n helling van 2,5 grade geplaas, wat 'n klein verplasingsveld langs die helling skep. Hierdie veld is weglaatbaar in vergelyking met die veld van die spoele, en meng nie in met die beweging van die borrels tydens die werking van die toestel nie, maar skuif die borrels na vaste posisies relatief tot die permalloy-elemente wanneer die toestel afgeskakel word. Die sterk loodregte komponent van permanente magnete ondersteun die bestaan van borrelmagnetiese domeine.
Die module bevat die volgende nodusse:
- Geheue spore. Direk daardie spore van permalloy-elemente wat die borrels vashou en lei.
- replikasie generator. Dien vir die replikasie van die borrel, wat voortdurend teenwoordig is by die plek van generasie.
- Invoerspoor en uitruilnodusse. Die gegenereerde borrels beweeg langs die invoerbaan. Borrels word na een van 80 slawespore geskuif.
- Uitsetspoor en replikasie nodus. Borrels word van dataspore afgetrek sonder om dit te vernietig. Die borrel verdeel in twee dele, en een van hulle gaan na die uitsetbaan.
- Detektor. Borrels van die uitsetspoor gaan die magnetoresistiewe detektor binne.
- Laai spoor. Die selflaaibaan bevat inligting oor aktiewe en onaktiewe dataspore.
Hieronder sal ons in meer besonderhede na hierdie nodusse kyk. Jy kan ook die beskrywing van hierdie nodusse in [6] lees.
borrel generasie
Om 'n borrel te genereer, is daar heel aan die begin van die insetspoor 'n geleier wat in die vorm van 'n klein lus gebuig is. 'n Stroompuls word daarop toegepas, wat 'n magnetiese veld in 'n baie klein area sterker as die veld van permanente magnete skep. Die impuls skep 'n borrel op hierdie punt, wat permanent onderhou word deur 'n konstante magneetveld en sirkuleer langs die permalloy-element onder die werking van 'n roterende magneetveld. As ons 'n eenheid in die geheue moet skryf, plaas ons 'n kort puls op die geleidende lus, en gevolglik word twee borrels gebore (aangedui as Bubble split saad in die figuur). Een van die borrels word deur die roterende veld langs die permalloy-baan gejaag, die tweede een bly in plek en kry vinnig sy oorspronklike grootte. Dit beweeg dan na een van die slawespore, en ruil plekke met die borrel wat daarin sirkuleer. Dit bereik op sy beurt die einde van die invoerbaan en verdwyn.
borrel ruil
Borrelwisseling vind plaas wanneer 'n reghoekige stroompuls op die ooreenstemmende geleier toegepas word. In hierdie geval verdeel die borrel nie in twee dele nie.
Lees data
Die data word deur replikasie na die uitsetbaan gestuur en gaan voort om in sy baan te sirkuleer nadat dit gelees is. Dus, hierdie toestel implementeer 'n nie-vernietigende metode van lees. Om te herhaal, word die borrel onder 'n langwerpige permalloy-element gerig, waaronder dit gestrek word. Hierbo is ook 'n geleier in die vorm van 'n lus, as 'n stroompuls op die lus toegepas word, sal die borrel in twee dele verdeel word. Die stroompuls bestaan uit 'n kort gedeelte van hoë stroom om die borrel in twee te verdeel en 'n langer gedeelte van laer stroom om die borrel na die uitgangspoor te lei.
Aan die einde van die uitsetbaan is die Bubble Detector, 'n magnetoresistiewe brug gemaak van permalloy-elemente wat 'n lang stroombaan vorm. Wanneer 'n magnetiese borrel onder 'n permalloy-element val, verander die weerstand daarvan, en 'n potensiaalverskil van etlike millivolts verskyn by die uitset van die brug. Die vorm van die permalloy-elemente word so gekies dat die borrel langs hulle beweeg, aan die einde tref dit 'n spesiale "wag"-band en verdwyn.
Oortolligheid
Die toestel bevat 320 snitte, elk met 4096 bisse. Hiervan is 272 aktief, 48 is spaar, onaktief.
Boot track (Boot Loop)
Die toestel bevat 320 dataspore, waarvan 256 bedoel is vir die stoor van gebruikersdata, die res kan foutief wees of kan dien as onderdele om foutiewes te vervang. Een bykomende snit bevat inligting oor die gebruik van dataspore, 12 bisse per snit. Wanneer die stelsel aangeskakel word, moet dit geïnisialiseer word. Tydens die inisialiseringsproses moet die kontroleerder die opstartbaan lees en inligting daaruit na 'n spesiale register van die formateringskyfie / huidige sensor skryf. Dan sal die beheerder slegs aktiewe spore gebruik, en onaktiewe sal geïgnoreer word en sal nie na geskryf word nie.
Datapakhuis - Struktuur
Vanuit die gebruiker se oogpunt word die data in 2048 bladsye van 512 bisse elk gestoor. 256 grepe data, 14 bisse foutkorreksiekode en 2 ongebruikte bisse word in elke helfte van die toestel gestoor.
Fout regstelling
Foutopsporing en -korreksie kan uitgevoer word deur 'n huidige sensorskyfie, wat 'n 14-bis kode-dekodeerder bevat wat 'n enkele fout tot 5 bisse lank (barsfout) in elke blok van 270 bisse (insluitend die kode self) regstel. Die kode word aan die einde van elke 256-bis-blok aangeheg. Die regstellingskode kan gebruik word of nie gebruik word nie, op versoek van die gebruiker kan kodeverifikasie in die beheerder aan- of afgeskakel word. As geen kode gebruik word nie, kan al 270 bisse vir gebruikersdata gebruik word.
Toegang tyd
Die magneetveld draai teen 'n frekwensie van 50 kHz. Die gemiddelde toegangstyd tot die eerste stukkie van die eerste bladsy is 41 ms, wat die helfte van die tyd is wat dit neem om 'n volle siklus deur die baan te voltooi plus die tyd wat dit neem om deur die uitsetbaan te gaan.
Die 320 aktiewe en ekstra bane word in vier dele van 80 bane elk verdeel. Hierdie organisasie verminder die toegangstyd. Kwarte word in pare aangespreek: elke paar kwarte bevat onderskeidelik ewe en onewe stukkies van die woord. Die toestel bevat vier invoerbane met vier aanvanklike borrels, en vier uitsetsnitte. Die uitsetspore gebruik twee detektors, hulle is so georganiseer dat twee borrels van twee spore nooit een detektor op dieselfde tyd tref nie. Dus word die vier borrelstrome vermenigvuldig en in twee bisstrome omgeskakel en in die registers van die huidige sensorskyfie gestoor. Daar word die inhoud van die registers weer vermenigvuldig en via die seriële koppelvlak na die beheerder gestuur.
In die tweede deel van die artikel sal ons die stroombaan van die borrelgeheuebeheerder van nader bekyk.
4. Verwysings
Die skrywer het in die donkerste hoeke van die netwerk gevind en vir jou baie nuttige tegniese inligting oor geheue op die CMD, sy geskiedenis en ander verwante aspekte gestoor:
1. — Twee herinneringe aan ingenieur Bobek
2. - Twee herinneringe van ingenieur Bobek (deel 2)
3. — Borrel geheue
4. Aanpassing van magnetiese borrelgeheue in 'n standaard mikrorekenaaromgewing
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. — Geheue komponente Handboek. Intel 1983.
7. 7110 1-megabit borrelgeheue
Bron: will.com