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1. A storia
A memoria di bolle, o memoria di domini magneticu cilindrica, hè una memoria non volatile sviluppata in i Bell Labs in u 1967 da Andrew Bobeck. I studii anu dimustratu chì i picculi duminii magnetichi cilindrichi sò furmati in filmi sottili monocristalli di ferrite è granati quandu un campu magneticu abbastanza forte hè direttu perpendicularmente à a superficia di a film. Cambiendu u campu magneticu, queste bolle ponu esse spustate. Tali proprietà facenu e bolle magnetiche ideali per custruisce un almacenamentu di bit seriale, cum'è un registru di shift, in quale a presenza o l'assenza di una bolla in una certa pusizione indica un valore zero o un bit. A bolla hè decimi di un micron di diametru, è un unicu chip pò almacenà millaie di bits di dati. Cusì, per esempiu, in a primavera di u 1977, Texas Instruments hà introduttu prima un chip cù una capacità di 92304 bits à u mercatu. Questa memoria ùn hè micca volatile, facendu simile à a cinta magnetica o u discu, ma perchè hè stata solida è ùn hà micca parti in muvimentu, hè più affidabile chì a cinta o u discu, ùn necessita micca mantenimentu, è hè assai più chjuca è più ligera. pò esse usatu in i dispositi portatili.
Inizialmente, l'inventore di a memoria di bolle, Andrew Bobek, hà prupostu una versione "unidimensionale" di a memoria, in a forma di un filu intornu à quale una striscia fina di materiale ferromagneticu hè ferita. Una tale memoria hè stata chjamata memoria "twistor", è hè stata ancu prodotta in massa, ma hè stata subitu sustituita da a versione "dui-dimensionale".
Pudete leghje nantu à a storia di a creazione di memoria di bolle in [1-3].
2. Principiu di funziunamentu
Quì ti dumandu di perdonami, ùn sò micca fisicu, cusì a presentazione serà assai apprussimativa.
Certi materiali (cum'è gadolinium gallium granate) anu a pruprietà di esse magnetizzati in una sola direzzione, è se un campu magneticu custanti hè appiicatu longu questu assi, e regioni magnetizzate formanu qualcosa cum'è bolle, cum'è mostra in a figura sottu. Ogni bolla hè solu uni pochi microni di diametru.
Supponi chì avemu un magre, nantu à l'ordine di 0,001 inch, film cristalinu di tali materiale dipositu nantu à un sustrato non-magneticu, cum'è vetru.
Hè tuttu nantu à e bolle magiche. A stampa à a manca - ùn ci hè micca un campu magneticu, a stampa à a diritta - u campu magneticu hè direttu perpendicularmente à a superficia di a film.
Se nantu à a superficia di una filmu di un tali materiale, un mudellu hè furmatu da un materiale magneticu, per esempiu, permalloy, una alea di ferru-nichel, allora e bolle seranu magnetizzate à l'elementi di stu mudellu. Di genere, i mudelli in forma di elementi in forma di T o V sò usati.
Una sola bolla pò esse furmata da un campu magneticu di 100-200 oersteds, chì hè appiicata perpendicularmente à a film magneticu è hè creatu da un magnetu permanente, è un campu magneticu rotativu furmatu da dui bobine in a direzzione XY, permette di spustà. i duminii di bolle da una "isula" magnetica à l'altru, cum'è questu mostra in a figura. Dopu un quadru quadru in a direzzione di u campu magneticu, u duminiu si move da una isula à l'altru.
Tuttu chistu ci permette di cunsiderà u dispusitivu CMD cum'è un registru shift. Se formamu bolle à una estremità di u registru è rilevanu à l'altru, allora pudemu sbattà un certu mudellu di bolle intornu è aduprà u sistema cum'è un dispositivu di memoria, leghje è scrive bits in certi tempi.
Da quì seguitate i vantaghji è i svantaghji di a memoria CMD: u vantaghju hè l'indipendenza energetica (sempre chì un campu perpendiculare creatu da magneti permanenti hè appiicatu, e bolle ùn spariranu micca in ogni locu è ùn si moveranu micca da e so pusizioni), è u svantaghju hè un tempu d'accessu longu, perchè per accede à un pocu arbitrariu, avete bisognu di scrollà tuttu u registru di shift à a pusizione desiderata, è più longu hè, più ciculi hè bisognu.
U mudellu di elementi magnetichi nantu à a film magneticu CMD.
A creazione di un duminiu magneticu hè chjamatu in inglese "nucleation", è cunsiste in u fattu chì un currente di parechji centu milliamps hè appiicatu à l'avvolgimentu per un tempu di circa 100 ns, è hè creatu un campu magneticu chì hè perpendiculare à u film è oppostu à u campu di un magnetu permanente. Questu crea una "bubble" magnetica - un duminiu magneticu cilindricu in a film. U prucessu, sfurtunatamenti, hè assai dipendente da a temperatura, hè pussibule per una operazione di scrittura per fallu senza una bolla chì hè furmatu, o per parechje bolle per furmari.
Diversi tecnichi sò usati per leghje dati da un film.
Una manera, a lettura non distruttiva, hè di detectà u campu magneticu debule di u duminiu cilindrico utilizendu un sensor magnetoresistivu.
A seconda manera hè a lettura distruttiva. A bolla hè purtata à una pista di generazione / rilevazione speciale, induve a bolla hè distrutta da magnetizazione in avanti di u materiale. Se u materiale era magnetizatu inversu, vale à dì chì una bolla era presente, questu pruvucarà più corrente in a bobina è questu seria rilevatu da i circuiti elettronichi. Dopu questu, a bolla deve esse rigenerata nantu à una pista di registrazione speciale.
In ogni casu, se a memoria hè urganizata cum'è un array contiguu, allora avarà dui grandi inconvenienti. Prima, u tempu d'accessu serà assai longu. Siconda, un solu difettu in a catena portarà à l'inoperabilità cumpleta di tuttu u dispusitivu. Per quessa, facenu una memoria urganizata in a forma di una pista principale, è parechje piste subordinate, cum'è mostra in a figura.
Memoria di bolle cù una traccia cuntinua
Memoria di bolle cù tracce master / slave
Una tale cunfigurazione di memoria permette micca solu di riduce assai u tempu d'accessu, ma ancu permette a produzzione di dispositivi di memoria chì cuntenenu un certu nùmeru di piste difettu. U controller di memoria li deve piglià in contu è ignorali durante l'operazione di lettura / scrittura.
A figura sottu mostra una sezione trasversale di un "chip" di memoria di bolle.
Pudete ancu leghje nantu à u principiu di a memoria di bolle in [4, 5].
3 Intel 7110
Intel 7110 - modulo di memoria di bolle, MBM (memoria di bolle magnetiche) cù una capacità di 1 MB (1048576 bit). Hè quellu chì hè raffiguratu nantu à u KDPV. 1 megabit hè a capacità per almacenà e dati di l'utilizatori, tenendu in contu e tracce redundante, a capacità tutale hè 1310720 bits. U dispusitivu cuntene 320 looped tracks (loops) cù una capacità di 4096 bits ognunu, ma solu 256 di elli sò usati per i dati di l'utilizatori, u restu hè una riserva per rimpiazzà e piste "rottu" è per almacenà u codice di correzione di errore redundante. U dispusitivu hà una grande architettura di loop di traccia minore. L'infurmazioni nantu à e piste attive sò cuntenute in una pista di boot separata (bootstrap loop). Nantu à u KDPV, pudete vede u codice hexadecimal stampatu ghjustu nantu à u modulu. Questa hè a mappa di piste "rottu", 80 cifre esadecimali rapprisentanu 320 tracce di dati, attivi sò rapprisintati da un solu bit, inattivi da zero.
Pudete leghje a documentazione originale per u modulu in [7].
U dispusitivu hà un casu cù una doppia fila di pins è hè muntatu senza soldering (in un socket).
A struttura di u modulu hè mostrata in a figura:
L'array di memoria hè divisu in dui "sezzioni di a mità" (a mità di sezzioni), ognunu di i quali hè divisu in dui "quarti" (quads), ogni quartu hà 80 piste slave. U modulu cuntene una piastra cù materiale magneticu situatu in dui avvolgimenti ortogonali chì creanu un campu magneticu rotativu. Per fà questu, i segnali currenti di una forma triangulare, spustati da 90 gradi relative à l'altri, sò appiicati à l'arbureti. L'assemblea di a piastra è di l'avvolgimenti si trova trà i magneti permanenti è pusatu in un scudo magneticu chì chjude u flussu magneticu generatu da i magneti permanenti è prutegge u dispusitivu da i campi magnetichi esterni. A piastra hè posta in una pendenza di 2,5 gradi, chì crea un picculu campu di spustamentu longu a pendenza. Stu campu hè insignificante paragunatu à u campu di e bobine, è ùn interferiscenu micca cù u muvimentu di e bolle durante u funziunamentu di u dispusitivu, ma cambia e bolle à pusizioni fissi relative à l'elementi permalloy quandu u dispusitivu hè spenta. U forte cumpunente perpendiculare di i magneti permanenti sustene l'esistenza di domini magnetichi di bolle.
U modulu cuntene i seguenti nodi:
- Tracce di memoria. Direttamente quelli tracce di elementi permalloy chì tenenu è guidanu e bolle.
- generatore di replicazione. Serve per a replicazione di a bolla, chì hè constantemente presente à u locu di generazione.
- Input track and exchange nodes. I bolle generati si movenu longu a pista di input. E bolle sò spustate in una di e 80 piste di schiavi.
- Traccia di output è nodu di replicazione. I bolle sò sottratti da e tracce di dati senza distruggerli. A bolla si divide in dui parti, è unu di elli va à a pista di output.
- Detector. Bolle da a pista di output entra in u detector magnetoresistivu.
- Pista di carica. A pista di boot cuntene infurmazione nantu à e tracce di dati attivi è inattivi.
Quì sottu, guardemu à sti nodi in più detail. Pudete ancu leghje a descrizzione di sti nodi in [6].
generazione di bolle
Per generà una bolla, à u principiu di a pista di input ci hè un cunduttore curvatu in forma di un picculu ciclu. Un impulsu attuale hè appiicatu à questu, chì crea un campu magneticu in una zona assai chjuca più forte di u campu di magneti permanenti. L'impulsu crea una bolla in questu puntu, chì ferma permanentemente mantinutu da un campu magneticu constantu è circula longu l'elementu permalloy sottu l'azzione di un campu magneticu rotativu. Se avemu bisognu di scrive una unità in memoria, applicà un impulsu cortu à u ciclu di cunduzzione, è in u risultatu, nascenu duie bolle (indicate cum'è Bubble split seed in a figura). Una di e bolle hè precipitata da u campu rotanti longu a pista permalloy, a seconda ferma in u locu è acquista rapidamente a so dimensione originale. Dopu si move à una di e piste slave, è scambia i posti cù a bolla chì circula in questu. Hè, à u turnu, ghjunghje à a fine di a traccia di input è sparisce.
scambiu di bolle
U scambiu di bolle si faci quandu un impulsu di corrente rectangulare hè appiicatu à u cunduttore currispundente. In questu casu, a bolla ùn si divide in dui parti.
Lettura di dati
I dati sò mandati à a pista di output per replicazione, è cuntinueghja à circulà in a so pista dopu avè lettu. Cusì, stu dispusitivu implementa un metudu non distruttivu di lettura. Per riplicà, a burbuila hè guidata sottu un elementu permalloy allungatu, sottu à quale hè stesu. Sopra ci hè ancu un cunduttore in a forma di un ciclu, se un impulsu attuale hè appiicatu à u ciclu, a bolla serà divisa in dui parti. L'impulsu attuale hè custituitu da una seccione corta cù una alta corrente per sparte a bolla in dui parti, è una sezione più longa cù menu corrente per dirige a bolla à a pista di uscita.
À a fine di a pista di output hè u Bubble Detector, un ponte magnetoresistivu fattu di elementi permalloy chì formanu un circuitu longu. Quandu una bolla magnetica cade sottu à un elementu permalloy, a so resistenza cambia, è una diferenza potenziale di parechji millivolts appare à a pruduzzioni di u ponte. A forma di l'elementi permalloy hè sceltu in modu chì a bolla si move à longu à elli, à a fine tocca un pneumaticu "guarda" speciale è sparisce.
Redundanza
U dispusitivu cuntene 320 tracce, ognunu cù 4096 bits. Di questi, 272 sò attivi, 48 sò spare, inactive.
Boot track (Boot Loop)
U dispusitivu cuntene 320 tracce di dati, di quali 256 sò destinati à almacenà e dati di l'utilizatori, u restu pò esse difettu o pò serve cum'è spare per rimpiazzà i difetti. Una traccia addiziale cuntene infurmazione nantu à l'usu di tracce di dati, 12 bit per traccia. Quandu u sistema hè alimentatu, deve esse inizializatu. Durante u prucessu d'inizializazione, u controller deve leghje a pista di boot è scrive l'infurmazioni da ellu à un registru speciale di u chip di formatting / sensor current. Allora u controller utilizerà solu piste attive, è quelli inattivi seranu ignorati è ùn saranu micca scritti.
Data Warehouse - Struttura
Da u puntu di vista di l'utilizatori, i dati sò almacenati in 2048 pagine di 512 bits ognunu. 256 bytes di dati, 14 bit di codice di correzione d'errore è 2 bit inutilizati sò almacenati in ogni mità di u dispusitivu.
Correzione di errore
A rilevazione di l'errore è a correzione pò esse realizatu da un chip di sensore attuale, chì cuntene un decodificatore di codice 14-bit chì corregge un errore unicu finu à 5 bits (errore di burst) in ogni bloccu di 270 bits (cumpresu u codice stessu). U codice hè appiccicatu à a fine di ogni bloccu 256-bit. U codice di correzione pò esse usatu o micca utilizatu, à a dumanda di l'utilizatore, a verificazione di codice pò esse attivata o disattivata in u controller. Se ùn hè micca utilizatu codice, tutti i 270 bits ponu esse utilizati per i dati di l'utilizatori.
Tempu di accessu
U campu magneticu gira à una freccia di 50 kHz. U tempu d'accessu mediu à u primu bit di a prima pagina hè 41 ms, chì hè a mità di u tempu chì ci vole à compie un ciclu sanu attraversu a pista più u tempu chì ci vole à passà per a pista di output.
I 320 tracce attivi è spare sò spartuti in quattru parti di 80 tracce ognunu. Questa urganizazione reduce u tempu d'accessu. I quarti sò indirizzati in coppie: ogni paru di quarti cuntene bits pari è impari di a parolla, rispettivamente. U dispusitivu cuntene quattru piste di input cù quattru bolle iniziali, è quattru piste di output. I tracce di output utilizanu dui detectors, sò urganizati in tale manera chì duie bolle da duie piste ùn anu mai colpitu un detector à u stessu tempu. Cusì, i quattru flussi di bolle sò multiplexati è cunvertiti in dui flussi di bit è almacenati in i registri di u chip sensore attuale. Quì, u cuntenutu di i registri sò torna multiplexed è mandati à u controller via l'interfaccia seriale.
In a seconda parte di l'articulu, avemu da piglià un ochju più vicinu à i circuiti di u controller di memoria di bolle.
4. Referenze
L'autore hà truvatu in i cantoni più scuri di a reta è hà salvatu per voi assai infurmazioni tecniche utili nantu à a memoria nantu à u CMD, a so storia è altri aspetti cunnessi:
1. - Dui ricordi di l'ingegneru Bobek
2. - Dui ricordi di l'ingegnere Bobek (parte 2)
3. - Memoria di bolle
4. Adattamentu di a Memoria Magnetica di Bolle in un Ambiente Microcomputer Standard
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. - Manuale di cumpunenti di memoria. Intel 1983.
7. 7110 Memoria Bubble 1-Megabit
Source: www.habr.com