Llun o gasgliad yr awdur
1. Y stori
Mae cof swigen, neu gof parth magnetig silindrog, yn gof anweddol a ddatblygwyd yn Bell Labs ym 1967 gan Andrew Bobeck. Mae astudiaethau wedi dangos bod parthau magnetig silindrog bach yn cael eu ffurfio mewn ffilmiau tenau un-grisial o ferrites a garnets pan gyfeirir maes magnetig digon cryf yn berpendicwlar i wyneb y ffilm. Trwy newid y maes magnetig, gellir symud y swigod hyn. Mae eiddo o'r fath yn gwneud swigod magnetig yn ddelfrydol ar gyfer adeiladu storfa didau dilyniannol, fel cofrestr sifftiau, lle mae presenoldeb neu absenoldeb swigen mewn safle penodol yn dynodi gwerth sero neu un did. Mae'r swigen yn ddegfed ran o ficron mewn diamedr, a gall un sglodyn storio miloedd o ddarnau o ddata. Felly, er enghraifft, yng ngwanwyn 1977, cyflwynodd Texas Instruments sglodyn gyda chynhwysedd o 92304 o ddarnau i'r farchnad gyntaf. Nid yw'r cof hwn yn anweddol, sy'n ei gwneud yn debyg i dâp magnetig neu ddisg, ond oherwydd ei fod yn gyflwr solet ac nad yw'n cynnwys unrhyw rannau symudol, mae'n fwy dibynadwy na thâp neu ddisg, nid oes angen unrhyw waith cynnal a chadw arno, ac mae'n llawer llai ac yn ysgafnach. , a gellir ei ddefnyddio mewn dyfeisiau cludadwy.
I ddechrau, cynigiodd dyfeisiwr cof swigen, Andrew Bobek, fersiwn "un-dimensiwn" o gof, ar ffurf edau y mae stribed tenau o ddeunydd ferromagnetig yn cael ei ddirwyn o'i amgylch. Gelwir cof o'r fath yn gof "twistor", a chafodd ei fasgynhyrchu hyd yn oed, ond yn fuan fe'i disodlwyd gan y fersiwn "dau-ddimensiwn".
Gallwch ddarllen am hanes creu cof swigod yn [1-3].
2. Egwyddor gweithredu
Yma gofynnaf ichi faddau i mi, nid wyf yn ffisegydd, felly bydd y cyflwyniad yn fras iawn.
Mae gan rai deunyddiau (fel gadolinium gallium garnet) yr eiddo o gael eu magneteiddio mewn un cyfeiriad yn unig, ac os cymhwysir maes magnetig cyson ar hyd yr echel hon, bydd y rhanbarthau magnetedig yn ffurfio rhywbeth fel swigod, fel y dangosir yn y ffigur isod. Dim ond ychydig o ficronau mewn diamedr yw pob swigen.
Tybiwch fod gennym ffilm denau, ar y drefn o 0,001 modfedd, grisialaidd o ddeunydd o'r fath a adneuwyd ar anfagnetig, fel gwydr, swbstrad.
Mae'r cyfan am y swigod hud. Y llun ar y chwith - nid oes maes magnetig, y llun ar y dde - mae'r maes magnetig yn cael ei gyfeirio'n berpendicwlar i wyneb y ffilm.
Os ar wyneb ffilm o ddeunydd o'r fath mae patrwm yn cael ei ffurfio o ddeunydd magnetig, er enghraifft, permalloi, aloi haearn-nicel, yna bydd y swigod yn cael eu magneti i elfennau'r patrwm hwn. Yn nodweddiadol, defnyddir patrymau ar ffurf elfennau siâp T neu siâp V.
Gellir ffurfio swigen sengl gan faes magnetig o 100-200 oersteds, sy'n cael ei gymhwyso'n berpendicwlar i'r ffilm magnetig ac yn cael ei greu gan fagnet parhaol, ac mae maes magnetig cylchdroi a ffurfiwyd gan ddau coil yn y cyfarwyddiadau XY, yn caniatáu ichi symud y parthau swigen o un "ynys" magnetig i'r llall, fel hyn a ddangosir yn y ffigur. Ar ôl newid pedwarplyg i gyfeiriad y maes magnetig, bydd y parth yn symud o un ynys i'r llall.
Mae hyn i gyd yn ein galluogi i ystyried y ddyfais CMD fel cofrestr sifft. Os byddwn yn ffurfio swigod ar un pen o'r gofrestr ac yn eu canfod ar y pen arall, yna gallwn chwythu patrwm penodol o swigod o gwmpas a defnyddio'r system fel dyfais cof, darllen ac ysgrifennu darnau ar adegau penodol.
O'r fan hon dilynwch fanteision ac anfanteision cof CMD: y fantais yw annibyniaeth ynni (cyn belled â bod maes perpendicwlar a grëwyd gan magnetau parhaol yn cael ei gymhwyso, ni fydd y swigod yn diflannu i unrhyw le ac ni fyddant yn symud o'u safleoedd), a'r anfantais yw amser mynediad hir, oherwydd i gael mynediad mympwyol, mae angen i chi sgrolio'r gofrestr shifft gyfan i'r safle a ddymunir, a pho hiraf ydyw, y mwyaf o gylchoedd y bydd eu hangen.
Patrwm elfennau magnetig ar y ffilm magnetig CMD.
Gelwir creu parth magnetig yn Saesneg yn "nucleation", ac mae'n cynnwys y ffaith bod cerrynt o rai cannoedd o miliampau yn cael ei roi ar y weindio am gyfnod o tua 100 ns, ac mae maes magnetig yn cael ei greu sy'n berpendicwlar i'r ffilm a gyferbyn â maes magnet parhaol. Mae hyn yn creu "swigen" magnetig - parth magnetig silindrog yn y ffilm. Mae'r broses, yn anffodus, yn ddibynnol iawn ar dymheredd, mae'n bosibl i weithred ysgrifennu fethu heb i swigen gael ei ffurfio, neu i swigod lluosog ffurfio.
Defnyddir sawl techneg i ddarllen data o ffilm.
Un ffordd, darllen annistrywiol, yw canfod maes magnetig gwan y parth silindrog gan ddefnyddio synhwyrydd magnetoresistive.
Yr ail ffordd yw darllen dinistriol. Mae'r swigen yn cael ei gludo i drac cenhedlaeth / canfod arbennig, lle mae'r swigen yn cael ei ddinistrio trwy fagneteiddio'r deunydd ymlaen. Pe bai'r deunydd yn cael ei fagneteiddio o chwith, h.y. roedd swigen yn bresennol, byddai hyn yn achosi mwy o gerrynt yn y coil a byddai hyn yn cael ei ganfod gan y cylchedwaith electronig. Ar ôl hynny, rhaid ail-greu'r swigen ar drac recordio arbennig.
Fodd bynnag, os trefnir y cof fel un arae gyffiniol, yna bydd ganddo ddau anfantais fawr. Yn gyntaf, bydd yr amser mynediad yn hir iawn. Yn ail, bydd un diffyg yn y gadwyn yn arwain at anweithrediad llwyr y ddyfais gyfan. Felly, maent yn gwneud cof wedi'i drefnu ar ffurf un prif drac, a llawer o draciau isradd, fel y dangosir yn y ffigur.
Cof swigen gydag un trac di-dor
Cof swigen gyda thraciau meistr / caethweision
Mae cyfluniad cof o'r fath yn caniatáu nid yn unig leihau'r amser mynediad yn fawr, ond hefyd yn caniatáu cynhyrchu dyfeisiau cof sy'n cynnwys nifer benodol o draciau diffygiol. Rhaid i'r rheolydd cof eu cymryd i ystyriaeth a'u hosgoi yn ystod gweithrediadau darllen / ysgrifennu.
Mae'r ffigwr isod yn dangos trawstoriad o "sglodyn" cof swigen.
Gallwch hefyd ddarllen am egwyddor cof swigen yn [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - modiwl cof swigen, MBM (cof swigen-magnetig) gyda chynhwysedd o 1 MB (1048576 bits). Ef sy'n cael ei ddarlunio ar y KDPV. 1 megabit yw'r gallu i storio data defnyddwyr, gan ystyried traciau segur, cyfanswm y capasiti yw 1310720 did. Mae'r ddyfais yn cynnwys 320 o draciau dolen (dolenni) gyda chynhwysedd o 4096 did yr un, ond dim ond 256 ohonynt sy'n cael eu defnyddio ar gyfer data defnyddwyr, mae'r gweddill yn gronfa wrth gefn ar gyfer disodli traciau “toredig” ac ar gyfer storio cod cywiro gwallau diangen. Mae gan y ddyfais bensaernïaeth dolen trac-mân fawr. Mae gwybodaeth am draciau gweithredol wedi'i chynnwys mewn trac cychwyn ar wahân (dolen bootstrap). Ar y KDPV, gallwch weld y cod hecsadegol wedi'i argraffu ar y modiwl. Dyma'r map o draciau “toredig”, mae 80 digid hecsadegol yn cynrychioli 320 o draciau data, mae rhai gweithredol yn cael eu cynrychioli gan un did, rhai anactif gan sero.
Gallwch ddarllen y ddogfennaeth wreiddiol ar gyfer y modiwl yn [7].
Mae gan y ddyfais gas gyda threfniant rhes ddwbl o binnau ac mae wedi'i osod heb sodro (mewn soced).
Dangosir strwythur y modiwl yn y ffigur:
Rhennir y casgliad cof yn ddwy "hanner adran" (hanner adrannau), pob un ohonynt wedi'i rannu'n ddau "chwarter" (cwadiau), mae gan bob chwarter 80 o draciau caethweision. Mae'r modiwl yn cynnwys plât gyda deunydd magnetig wedi'i leoli y tu mewn i ddau weindiad orthogonol sy'n creu maes magnetig cylchdroi. I wneud hyn, mae signalau cerrynt o siâp trionglog, wedi'u dadleoli 90 gradd mewn perthynas â'i gilydd, yn cael eu cymhwyso i'r dirwyniadau. Mae cynulliad y plât a'r dirwyniadau yn cael eu gosod rhwng y magnetau parhaol a'u gosod mewn tarian magnetig sy'n cau'r fflwcs magnetig a gynhyrchir gan y magnetau parhaol ac yn cysgodi'r ddyfais rhag meysydd magnetig allanol. Rhoddir y plât ar lethr 2,5 gradd, sy'n creu maes dadleoli bach ar hyd y llethr. Mae'r maes hwn yn ddibwys o'i gymharu â maes y coiliau, ac nid yw'n ymyrryd â symudiad y swigod yn ystod gweithrediad y ddyfais, ond yn symud y swigod i safleoedd sefydlog o'i gymharu â'r elfennau permalloi pan fydd y ddyfais wedi'i diffodd. Mae cydran perpendicwlar cryf magnetau parhaol yn cefnogi bodolaeth parthau magnetig swigen.
Mae'r modiwl yn cynnwys y nodau canlynol:
- Traciau cof. Yn uniongyrchol y traciau hynny o elfennau permalloi sy'n dal ac yn arwain y swigod.
- generadur atgynhyrchu. Yn gwasanaethu ar gyfer atgynhyrchu'r swigen, sy'n bresennol yn gyson yn y man cynhyrchu.
- Trac mewnbwn a nodau cyfnewid. Mae'r swigod a gynhyrchir yn symud ar hyd y trac mewnbwn. Symudir swigod i un o 80 o draciau caethweision.
- Trac allbwn a nod atgynhyrchu. Mae swigod yn cael eu tynnu o draciau data heb eu dinistrio. Mae'r swigen yn rhannu'n ddwy ran, ac mae un ohonynt yn mynd i'r trac allbwn.
- Synhwyrydd. Mae swigod o'r trac allbwn yn mynd i mewn i'r synhwyrydd magnetoresistive.
- Wrthi'n llwytho trac. Mae'r trac cychwyn yn cynnwys gwybodaeth am draciau data gweithredol ac anactif.
Isod byddwn yn edrych ar y nodau hyn yn fwy manwl. Gallwch hefyd ddarllen y disgrifiad o'r nodau hyn yn [6].
cenhedlaeth swigen
I gynhyrchu swigen, ar ddechrau'r trac mewnbwn mae dargludydd wedi'i blygu ar ffurf dolen fach. Mae pwls cyfredol yn cael ei gymhwyso iddo, sy'n creu maes magnetig mewn ardal fach iawn yn gryfach na maes magnetau parhaol. Mae'r ysgogiad yn creu swigen ar y pwynt hwn, sy'n parhau i gael ei gynnal yn barhaol gan faes magnetig cyson ac yn cylchredeg ar hyd yr elfen permalloi o dan weithred maes magnetig cylchdroi. Os oes angen i ni ysgrifennu uned ar y cof, rydyn ni'n rhoi pwls byr i'r ddolen ddargludo, ac o ganlyniad, mae dwy swigen yn cael eu geni (a nodir fel hadau hollti Swigen yn y ffigur). Mae un o'r swigod yn cael ei ruthro gan y cae cylchdroi ar hyd y trac permalloi, mae'r ail un yn parhau yn ei le ac yn caffael ei faint gwreiddiol yn gyflym. Yna mae'n symud i un o'r traciau caethweision, ac yn cyfnewid lleoedd gyda'r swigen sy'n cylchredeg ynddo. Mae, yn ei dro, yn cyrraedd diwedd y trac mewnbwn ac yn diflannu.
cyfnewid swigen
Mae cyfnewid swigod yn digwydd pan fydd pwls cerrynt hirsgwar yn cael ei roi ar y dargludydd cyfatebol. Yn yr achos hwn, nid yw'r swigen yn rhannu'n ddwy ran.
Darllen data
Anfonir y data i'r trac allbwn trwy atgynhyrchu, ac mae'n parhau i gylchredeg yn ei drac ar ôl cael ei ddarllen. Felly, mae'r ddyfais hon yn gweithredu dull annistrywiol o ddarllen. I ddyblygu, mae'r swigen yn cael ei gyfeirio o dan elfen permalloi hir, y mae'n cael ei hymestyn oddi tani. Uchod hefyd mae dargludydd ar ffurf dolen, os cymhwysir pwls cyfredol i'r ddolen, bydd y swigen yn cael ei rannu'n ddwy ran. Mae'r pwls presennol yn cynnwys rhan fer o gerrynt uchel i rannu'r swigen yn ddau a rhan hirach o gerrynt is i gyfeirio'r swigen at y trac ymadael.
Ar ddiwedd y trac allbwn mae'r Synhwyrydd Swigod, pont magnetoresistive wedi'i gwneud o elfennau permalloi sy'n ffurfio cylched hir. Pan fydd swigen magnetig yn disgyn o dan elfen permalloi, mae ei wrthwynebiad yn newid, ac mae gwahaniaeth potensial o sawl milivolt yn ymddangos ar allbwn y bont. Dewisir siâp yr elfennau permalloi fel bod y swigen yn symud ar eu hyd, ar y diwedd mae'n taro teiar “gard” arbennig ac yn diflannu.
Diswyddo
Mae'r ddyfais yn cynnwys 320 o draciau, pob un â 4096 did. O'r rhain, mae 272 yn weithredol, 48 yn sbâr, yn segur.
Trac cychwyn (Dolen Boot)
Mae'r ddyfais yn cynnwys 320 o draciau data, y mae 256 ohonynt wedi'u bwriadu ar gyfer storio data defnyddwyr, gall y gweddill fod yn ddiffygiol neu gallant wasanaethu fel darnau sbâr i gymryd lle rhai diffygiol. Mae un trac ychwanegol yn cynnwys gwybodaeth am y defnydd o draciau data, 12 did y trac. Pan fydd y system wedi'i phweru, rhaid ei chychwyn. Yn ystod y broses gychwyn, rhaid i'r rheolwr ddarllen y trac cychwyn ac ysgrifennu gwybodaeth ohono i gofrestr arbennig o'r sglodion fformatio / synhwyrydd cyfredol. Yna bydd y rheolydd yn defnyddio traciau gweithredol yn unig, a bydd rhai anactif yn cael eu hanwybyddu ac ni fyddant yn cael eu hysgrifennu.
Warws Data - Strwythur
O safbwynt y defnyddiwr, mae'r data'n cael ei storio mewn 2048 o dudalennau o 512 did yr un. Mae 256 beit o ddata, 14 did o god cywiro gwallau a 2 did nas defnyddiwyd yn cael eu storio ym mhob hanner y ddyfais.
Cywiriad Gwall
Gellir canfod a chywiro gwallau gan sglodyn synhwyrydd cyfredol, sy'n cynnwys datgodiwr cod 14-did sy'n cywiro gwall sengl hyd at 5 did o hyd (gwall byrstio) ym mhob bloc o 270 did (gan gynnwys y cod ei hun). Mae'r cod wedi'i atodi i ddiwedd pob bloc 256-bit. Gellir defnyddio neu beidio â defnyddio'r cod cywiro, ar gais y defnyddiwr, gellir troi dilysu cod ymlaen neu i ffwrdd yn y rheolydd. Os na ddefnyddir cod, gellir defnyddio pob un o'r 270 did ar gyfer data defnyddwyr.
Amser mynediad
Mae'r maes magnetig yn cylchdroi ar amledd o 50 kHz. Yr amser mynediad cyfartalog i ran gyntaf y dudalen gyntaf yw 41 ms, sef hanner yr amser mae'n ei gymryd i gwblhau cylchred lawn trwy'r trac ynghyd â'r amser mae'n ei gymryd i fynd trwy'r trac allbwn.
Rhennir y 320 o draciau gweithredol a sbâr yn bedair rhan o 80 trac yr un. Mae'r sefydliad hwn yn lleihau'r amser mynediad. Rhoddir sylw i chwarteri mewn parau: mae pob pâr o chwarteri yn cynnwys eilrifau ac odrannau o'r gair, yn y drefn honno. Mae'r ddyfais yn cynnwys pedwar trac mewnbwn gyda phedwar swigen cychwynnol, a phedwar trac allbwn. Mae'r traciau allbwn yn defnyddio dau synhwyrydd, maent wedi'u trefnu yn y fath fodd fel nad yw dwy swigen o ddau drac byth yn taro un synhwyrydd ar yr un pryd. Felly, mae'r pedair ffrwd swigen yn cael eu lluosogi a'u trosi'n ddwy ffrwd did a'u storio yng nghofrestri'r sglodion synhwyrydd cyfredol. Yno, mae cynnwys y cofrestrau eto'n cael eu amlblecsu a'u hanfon at y rheolydd trwy'r rhyngwyneb cyfresol.
Yn ail ran yr erthygl, byddwn yn edrych yn agosach ar gylchedwaith y rheolydd cof swigen.
4. Cyfeiriadau
Daeth yr awdur o hyd i gorneli tywyllaf y rhwydwaith ac arbedodd lawer o wybodaeth dechnegol ddefnyddiol i chi am y cof ar y CMD, ei hanes ac agweddau cysylltiedig eraill:
1. — Dau atgof o'r peiriannydd Bobek
2. - Dau atgof o'r peiriannydd Bobek (rhan 2)
3. - Cof swigen
4. Addasu Cof Swigen Magnetig mewn Amgylchedd Microgyfrifiadur Safonol
5. — Texas Instruments TIB 0203 Cof Swigen
6. — Llawlyfr Cydrannau Cof. Intel 1983.
7. 7110 1-Megabit Cof Swigen
Ffynhonnell: hab.com