Foto müəllifin kolleksiyasından
1. Tarixi
Bubble yaddaş və ya silindrik maqnit domen yaddaşı, 1967-ci ildə Bell Labs-da Andrew Bobeck tərəfindən hazırlanmış qeyri-uçucu yaddaşdır. Tədqiqatlar göstərmişdir ki, kifayət qədər güclü maqnit sahəsi plyonkanın səthinə perpendikulyar yönəldildikdə ferrit və qranatlardan ibarət tək kristal nazik plyonkalarda kiçik silindrik maqnit domenləri əmələ gəlir. Maqnit sahəsini dəyişdirərək, bu qabarcıqları hərəkət etdirmək olar. Bu cür xüsusiyyətlər maqnit baloncuklarını ardıcıl bit anbarı yaratmaq üçün ideal hala gətirir, məsələn, sürüşmə registri, burada qabarcığın müəyyən bir mövqedə olması və ya olmaması sıfır və ya bir bit dəyərini göstərir. Baloncuğun diametri mikron ondadır və bir çip minlərlə bit məlumat saxlaya bilər. Beləliklə, məsələn, 1977-ci ilin yazında Texas Instruments ilk dəfə bazara 92304 bit tutumlu çip təqdim etdi. Bu yaddaş uçucu deyil, bu da onu maqnit lentinə və ya diskinə bənzədir, lakin bərk vəziyyətdə olduğu və hərəkət edən hissələri olmadığı üçün lent və ya diskdən daha etibarlıdır, heç bir texniki xidmət tələb etmir, daha kiçik və daha yüngüldür. , və portativ cihazlarda istifadə edilə bilər.
Əvvəlcə qabarcıq yaddaşın ixtiraçısı Endryu Bobek, ətrafında nazik ferromaqnit materialının zolağının sarıldığı sap şəklində yaddaşın "bir ölçülü" versiyasını təklif etdi. Belə bir yaddaş "twistor" yaddaş adlanırdı və hətta kütləvi istehsal edildi, lakin tezliklə "iki ölçülü" versiya ilə əvəz olundu.
Bubble yaddaşın yaranma tarixi haqqında [1-3]-də oxuya bilərsiniz.
2. İş prinsipi
Burada məni bağışlamağınızı xahiş edirəm, mən fizik deyiləm, ona görə də təqdimat çox təxmini olacaq.
Bəzi materiallar (məsələn, gadolinium qallium qranat) yalnız bir istiqamətdə maqnitlənmə xüsusiyyətinə malikdir və bu ox boyunca sabit bir maqnit sahəsi tətbiq edilərsə, maqnitlənmiş bölgələr aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi qabarcıqlar kimi bir şey meydana gətirəcəkdir. Hər bir qabarcığın diametri cəmi bir neçə mikrondur.
Fərz edək ki, şüşə, substrat kimi qeyri-maqnit üzərində yerləşdirilən belə bir materialın 0,001 düymlük nazik kristal təbəqəsi var.
Bütün bunlar sehrli baloncuklar haqqındadır. Soldakı şəkil - maqnit sahəsi yoxdur, sağdakı şəkil - maqnit sahəsi film səthinə perpendikulyar yönəldilmişdir.
Belə bir materialın bir filminin səthində bir maqnit materialından, məsələn, permalloydan, dəmir-nikel ərintisindən bir naxış yaranarsa, baloncuklar bu nümunənin elementlərinə maqnitləşəcəkdir. Tipik olaraq, T şəkilli və ya V formalı elementlər şəklində naxışlar istifadə olunur.
Tək bir qabarcıq maqnit plyonkasına perpendikulyar tətbiq olunan və daimi maqnit tərəfindən yaradılan 100-200 oersted maqnit sahəsi ilə əmələ gələ bilər və XY istiqamətlərində iki sarım tərəfindən əmələ gələn fırlanan maqnit sahəsi hərəkət etməyə imkan verir. şəkildə göstərildiyi kimi bir maqnit "adasından" digərinə qabarcıq domenləri. Maqnit sahəsinin istiqamətində dördqat dəyişiklikdən sonra domen bir adadan digərinə keçəcək.
Bütün bunlar bizə CMD cihazını növbəli registr kimi nəzərdən keçirməyə imkan verir. Əgər registrin bir ucunda qabarcıqlar əmələ gətirsək və digər ucunda aşkar etsək, o zaman müəyyən vaxtlarda baloncukların müəyyən nümunəsini üfürüb sistemdən yaddaş cihazı kimi istifadə edə, bitləri oxuyub yaza bilərik.
Buradan CMD yaddaşının üstünlüklərini və mənfi cəhətlərini izləyin: üstünlük enerji müstəqilliyidir (daimi maqnitlərin yaratdığı perpendikulyar sahə tətbiq olunduğu müddətcə, baloncuklar heç bir yerdə yox olmayacaq və yerlərindən tərpənməyəcəklər), mənfi cəhət isə uzun giriş vaxtı, çünki ixtiyari bitə daxil olmaq üçün bütün keçid registrini istədiyiniz mövqeyə sürüşdürməlisiniz və bu, nə qədər uzun olsa, bir o qədər çox dövr tələb olunacaq.
CMD maqnit filmindəki maqnit elementlərinin nümunəsi.
Maqnit sahəsinin yaradılması ingilis dilində "nüvələşmə" adlanır və ondan ibarətdir ki, sarıma təxminən 100 ns müddətində bir neçə yüz milliamperlik cərəyan tətbiq edilir və maqnit sahəsinə perpendikulyar olan bir maqnit sahəsi yaranır. film və daimi maqnit sahəsinin əksinə. Bu, filmdə maqnit "baloncuk" - silindrik bir maqnit sahəsi yaradır. Təəssüf ki, proses temperaturdan çox asılıdır, yazma əməliyyatının qabarcıq əmələ gəlmədən uğursuzluğa düçar olması və ya çoxlu baloncukların əmələ gəlməsi mümkündür.
Filmdən məlumatları oxumaq üçün bir neçə üsuldan istifadə olunur.
Bir yol, dağıdıcı olmayan oxu, bir maqnit rezistiv sensordan istifadə edərək silindrik sahənin zəif maqnit sahəsini aşkar etməkdir.
İkinci yol dağıdıcı oxumaqdır. Baloncuk materialın irəli maqnitləşməsi ilə qabarcığın məhv edildiyi xüsusi nəsil/aşkar yoluna aparılır. Əgər material tərs maqnitlənmişsə, yəni qabarcıq mövcud olsaydı, bu, bobində daha çox cərəyana səbəb olacaq və bu, elektron dövrə tərəfindən aşkar ediləcəkdir. Bundan sonra, qabarcıq xüsusi qeyd trekində yenidən yaradılmalıdır.
Bununla belə, əgər yaddaş bir bitişik massiv kimi təşkil edilirsə, onda onun iki böyük çatışmazlığı olacaq. Birincisi, giriş vaxtı çox uzun olacaq. İkincisi, zəncirdəki tək bir qüsur bütün cihazın tam işləməməsinə səbəb olacaqdır. Buna görə də, şəkildə göstərildiyi kimi bir əsas trek və bir çox tabeli trek şəklində təşkil edilmiş bir yaddaş düzəldirlər.
Bir davamlı trek ilə bubble yaddaşı
Master/slave trekləri ilə qabarcıq yaddaş
Belə bir yaddaş konfiqurasiyası nəinki giriş vaxtını əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa imkan verir, həm də müəyyən sayda qüsurlu trekləri ehtiva edən yaddaş cihazlarının istehsalına imkan verir. Yaddaş nəzarətçisi onları nəzərə almalı və oxuma/yazma əməliyyatları zamanı yan keçməlidir.
Aşağıdakı şəkildə qabarcıq yaddaş "çipinin" kəsişməsi göstərilir.
Bubble yaddaş prinsipi haqqında [4, 5] də oxuya bilərsiniz.
3. Intel 7110
Intel 7110 - qabarcıq yaddaş modulu, 1 MB (1048576 bit) tutumlu MBM (maqnit qabarcıq yaddaş). KDPV-də təsvir olunan odur. 1 meqabit istifadəçi məlumatlarını saxlamaq üçün lazımsız treklər nəzərə alınmaqla tutumdur, ümumi tutum 1310720 bit təşkil edir. Cihazda hər birinin tutumu 320 bit olan 4096 ilmələnmiş trek (döngü) var, lakin onlardan yalnız 256-sı istifadəçi məlumatları üçün istifadə olunur, qalanları "sınıq" izləri əvəz etmək və lazımsız səhvlərin düzəliş kodunu saxlamaq üçün ehtiyatdır. Cihaz böyük bir trek-kiçik döngə arxitekturasına malikdir. Aktiv treklər haqqında məlumat ayrıca yükləmə trekində (bootstrap loop) var. KDPV-də siz modulun üzərində çap edilmiş onaltılıq kodu görə bilərsiniz. Bu, "sınıq" treklərin xəritəsidir, 80 hexadecimal rəqəm 320 məlumat yolunu, aktiv olanlar bir bitlə, qeyri-aktiv olanlar isə sıfırla təmsil olunur.
Modul üçün orijinal sənədləri [7]-də oxuya bilərsiniz.
Cihaz iki cərgəli sancaqlar düzümü ilə bir qutuya malikdir və lehimləmədən (rozetkada) quraşdırılmışdır.
Modulun quruluşu şəkildə göstərilmişdir:
Yaddaş massivi iki “yarım bölməyə” (yarım bölməyə) bölünür ki, onların hər biri iki “dörddə” (quads) bölünür, hər rübdə 80 qul xətti var. Modulda fırlanan maqnit sahəsi yaradan iki ortoqonal sarımın içərisində yerləşən maqnit materialı olan lövhə var. Bunun üçün sarımlara bir-birinə nisbətən 90 dərəcə yerdəyişən üçbucaqlı formalı cərəyan siqnalları tətbiq olunur. Plitə və sarımların montajı daimi maqnitlər arasında yerləşdirilir və daimi maqnitlər tərəfindən yaradılan maqnit axını bağlayan və cihazı xarici maqnit sahələrindən qoruyan bir maqnit qoruyucuya yerləşdirilir. Plitə 2,5 dərəcə bir yamacda yerləşdirilir ki, bu da yamac boyunca kiçik bir yerdəyişmə sahəsi yaradır. Bu sahə rulonların sahəsi ilə müqayisədə əhəmiyyətsizdir və cihazın istismarı zamanı baloncukların hərəkətinə mane olmur, lakin cihaz söndürüldükdə, baloncukları permalloy elementlərinə nisbətən sabit mövqelərə keçirir. Daimi maqnitlərin güclü perpendikulyar komponenti qabarcıq maqnit sahələrinin mövcudluğunu dəstəkləyir.
Modul aşağıdakı qovşaqları ehtiva edir:
- Yaddaş izləri. Birbaşa baloncukları saxlayan və istiqamətləndirən permalloy elementlərinin izləri.
- replikasiya generatoru. Nəsil yerində daim mövcud olan qabarcığın təkrarlanmasına xidmət edir.
- Giriş izi və mübadilə qovşaqları. Yaradılmış baloncuklar giriş yolu boyunca hərəkət edir. Bubbles 80 qul yolundan birinə köçürülür.
- Çıxış izi və replikasiya qovşağı. Bubbles onları məhv etmədən məlumat yollarından çıxarılır. Bubble iki hissəyə bölünür və onlardan biri çıxış yoluna gedir.
- Detektor. Çıxış yolundan çıxan baloncuklar maqnit müqavimətli detektora daxil olur.
- Trek yüklənir. Yükləmə treki aktiv və qeyri-aktiv məlumat yolları haqqında məlumat ehtiva edir.
Aşağıda bu qovşaqlara daha ətraflı baxacağıq. Bu qovşaqların təsvirini [6]-da oxuya bilərsiniz.
qabarcıq nəsli
Bir qabarcıq yaratmaq üçün giriş yolunun ən başında kiçik bir döngə şəklində əyilmiş bir dirijor var. Ona cərəyan impulsu tətbiq edilir ki, bu da çox kiçik bir sahədə daimi maqnit sahəsindən daha güclü bir maqnit sahəsi yaradır. İmpuls bu nöqtədə bir qabarcıq yaradır ki, bu da daimi maqnit sahəsi tərəfindən saxlanılır və fırlanan maqnit sahəsinin təsiri altında permalloy elementi boyunca dövr edir. Yaddaşa vahid yazmaq lazım gələrsə, keçirici dövrəyə qısa bir impuls vururuq və nəticədə iki qabarcıq yaranır (şəkildə Bubble split toxum kimi göstərilir). Baloncuklardan biri permalloy cığır boyunca fırlanan sahə ilə tələsir, ikincisi yerində qalır və tez orijinal ölçüsünü alır. Daha sonra o, qul yollarından birinə keçir və içərisində dövr edən qabarcıqla yerləri dəyişdirir. O, öz növbəsində, giriş trekinin sonuna çatır və yox olur.
qabarcıq mübadiləsi
Bubble mübadiləsi müvafiq keçiriciyə düzbucaqlı cərəyan nəbzi tətbiq edildikdə baş verir. Bu vəziyyətdə qabarcıq iki hissəyə bölünmür.
Məlumatların oxunması
Məlumat replikasiya yolu ilə çıxış trekinə göndərilir və oxunduqdan sonra öz trekində dövriyyəyə davam edir. Beləliklə, bu cihaz dağıdıcı olmayan oxu metodunu həyata keçirir. Təkrar etmək üçün, qabarcıq uzanan permalloy elementinin altına yönəldilir, onun altında uzanır. Yuxarıda bir döngə şəklində bir dirijor da var, əgər döngəyə cari nəbz tətbiq edilərsə, qabarcıq iki hissəyə bölünəcəkdir. Cari impuls qabarcığı ikiyə bölmək üçün yüksək cərəyanın qısa hissəsindən və qabarcığı çıxış yoluna yönəltmək üçün aşağı cərəyanın daha uzun hissəsindən ibarətdir.
Çıxış yolunun sonunda uzun bir dövrə təşkil edən permalloy elementlərdən hazırlanmış maqnit müqavimətli körpü olan Bubble Detector yerləşir. Maqnit qabarcığı permalloy elementin altına düşəndə onun müqaviməti dəyişir və körpünün çıxışında bir neçə millivolt potensial fərq yaranır. Permalloy elementlərinin forması elə seçilir ki, qabarcıq onlar boyunca hərəkət etsin, sonunda xüsusi “mühafizə” təkərinə dəyib yoxa çıxsın.
Artıqlıq
Cihazda hər biri 320 bit olan 4096 trek var. Bunlardan 272-si aktiv, 48-i ehtiyat, fəaliyyətsizdir.
Yükləmə treki (Boot Loop)
Cihazda 320 məlumat yolu var, onlardan 256-sı istifadəçi məlumatlarının saxlanması üçün nəzərdə tutulub, qalanları nasaz ola bilər və ya nasaz olanları əvəz etmək üçün ehtiyat hissələri kimi xidmət edə bilər. Bir əlavə trekdə hər trek üçün 12 bit məlumat yollarının istifadəsi haqqında məlumat var. Sistem işə salındıqda, işə salınmalıdır. Başlama prosesi zamanı nəzarətçi yükləmə yolunu oxumalı və ondan məlumatı formatlaşdırma çipinin / cari sensorun xüsusi reyestrinə yazmalıdır. Sonra nəzarətçi yalnız aktiv treklərdən istifadə edəcək, qeyri-aktiv olanlar isə nəzərə alınmayacaq və onlara yazılmayacaq.
Məlumat Anbarı - Struktur
İstifadəçinin nöqteyi-nəzərindən məlumatlar hər biri 2048 bit olan 512 səhifədə saxlanılır. Cihazın hər yarısında 256 bayt məlumat, 14 bit xəta düzəliş kodu və 2 istifadə olunmamış bit saxlanılır.
Səhvlərin düzəldilməsi
Səhvlərin aşkarlanması və düzəldilməsi 14 bitlik hər blokda (kodun özü də daxil olmaqla) 5 bit uzunluğa qədər bir xətanı (burst xətası) düzəldən 270 bitlik kod dekoderini ehtiva edən cari sensor çipi ilə həyata keçirilə bilər. Kod hər 256 bitlik blokun sonuna əlavə olunur. Düzəliş kodu istifadə edilə bilər və ya istifadə olunmaya bilər, istifadəçinin istəyi ilə kod yoxlaması nəzarətçidə yandırıla və ya söndürülə bilər. Heç bir kod istifadə edilmədikdə, bütün 270 bit istifadəçi məlumatları üçün istifadə edilə bilər.
Giriş vaxtı
Maqnit sahəsi 50 kHz tezliyində fırlanır. Birinci səhifənin ilk bitinə orta giriş vaxtı 41 ms təşkil edir ki, bu da trekdə tam dövrəni tamamlamaq üçün lazım olan vaxtın yarısına bərabər, üstəgəl çıxış trekini keçmək üçün lazım olan vaxtdır.
320 aktiv və ehtiyat trek hər biri 80 trekdən ibarət dörd hissəyə bölünür. Bu təşkilat giriş vaxtını azaldır. Kvartallar cüt-cüt ünvanlanır: hər dörddəbir cütdə müvafiq olaraq sözün cüt və tək bitləri var. Cihazda dörd ilkin qabarcıqlı dörd giriş treki və dörd çıxış yolu var. Çıxış yolları iki detektordan istifadə edir, onlar elə təşkil olunub ki, iki yoldan iki baloncuk eyni anda bir detektora dəyməsin. Beləliklə, dörd qabarcıq axını multipleksləşir və iki bit axınına çevrilir və cari sensor çipinin registrlərində saxlanılır. Orada registrlərin məzmunu yenidən multipleksləşir və serial interfeys vasitəsilə nəzarətçiyə göndərilir.
Məqalənin ikinci hissəsində qabarcıq yaddaş nəzarətçisinin dövrəsini daha yaxından nəzərdən keçirəcəyik.
4. İstinadlar
Müəllif şəbəkənin ən qaranlıq guşələrində tapdı və CMD-də yaddaş, onun tarixi və digər əlaqəli aspektlər haqqında çoxlu faydalı texniki məlumatları sizin üçün saxladı:
1. — Mühəndis Bobeklə bağlı iki xatirə
2. - Mühəndis Bobekin iki xatirəsi (2-ci hissə)
3. - Bubble yaddaş
4. Standart Mikrokompüter Mühitində Maqnit Bubble Yaddaşının Uyğunlaşması
5. — Texas Instruments TIB 0203 Bubble Yaddaş
6. — Yaddaş Komponentləri Təlimatı. Intel 1983.
7. 7110 1 Meqabit Bubble Yaddaş
Mənbə: www.habr.com