Egilearen bildumako argazkia
1. Historia
Bubble memoria edo domeinu magnetiko zilindrikoa memoria, Bell Labs-en 1967an Andrew Bobeck-ek garatu zuen memoria ez-hegazkorra da. Ikerketek frogatu dute domeinu magnetiko zilindriko txikiak sortzen direla ferrita eta granate kristal bakarreko film meheetan eremu magnetiko nahiko indartsua filmaren gainazaletik perpendikularki zuzentzen denean. Eremu magnetikoa aldatuz, burbuila hauek mugitu daitezke. Propietate horiei esker, burbuila magnetikoak aproposak dira bit-biltegi sekuentzial bat eraikitzeko, desplazamendu-erregistro bat bezala, zeinetan posizio jakin batean burbuila bat egoteak edo ez egoteak zero edo bit-balioa adierazten baitu. Burbuilak mikra hamarreneko diametroa du, eta txip bakar batek milaka datu gorde ditzake. Beraz, adibidez, 1977ko udaberrian, Texas Instrumentsek 92304 biteko ahalmena zuen txip bat aurkeztu zuen merkatuan. Memoria hau ez-hegazkorra da, eta horrek zinta edo disko magnetikoaren antzekoa da, baina egoera solidoa denez eta zati mugikorrik ez duenez, zinta edo diskoa baino fidagarriagoa da, ez du mantentze-lanak behar eta askoz txikiagoa eta arinagoa da. , eta gailu eramangarrietan erabil daiteke.
Hasiera batean, Andrew Bobek burbuilen memoriaren asmatzaileak memoriaren "dimentsio bakarreko" bertsio bat proposatu zuen, hari baten moduan, zeinaren inguruan material ferromagnetikozko zerrenda mehe bat inguratzen den. Memoria horri "twistor" memoria deitzen zitzaion, eta masiboki ere ekoitzi zen, baina laster "bi dimentsioko" bertsioak ordezkatu zuen.
Burbuilen memoriaren sorreraren historiari buruz irakur dezakezu [1-3].
2. Funtzionamendu-printzipioa
Hemen barka nazazula eskatzen dizut, ez naiz fisikaria, beraz aurkezpena oso gutxi gorabeherakoa izango da.
Material batzuek (adibidez, gadolinio galio granatea) norabide bakarrean magnetizatzeko propietatea dute, eta ardatz horretan eremu magnetiko konstantea aplikatzen bada, magnetizatutako eskualdeek burbuilen antzeko zerbait osatuko dute, beheko irudian ikusten den bezala. Burbuila bakoitzak mikra gutxiko diametroa du.
Demagun, 0,001 hazbeteko ordena, halako material baten film kristalino mehe bat dugula magnetiko ez den substratu batean, hala nola beira, metatuta.
Burbuila magikoei buruzkoa da. Ezkerreko irudia - ez dago eremu magnetikorik, eskuineko argazkia - eremu magnetikoa filmaren gainazaletik perpendikularki zuzentzen da.
Material horren film baten gainazalean material magnetiko batetik eredu bat sortzen bada, adibidez, permalloy, burdina-nikel aleazio bat, orduan burbuilak eredu honetako elementuekin magnetizatuko dira. Normalean, T formako edo V formako elementuen ereduak erabiltzen dira.
Burbuila bakar bat sor daiteke 100-200 oerstedseko eremu magnetiko batek, film magnetikoaren perpendikularra aplikatzen dena eta iman iraunkor batek sortzen duena, eta XY norabideetan bi bobinak osatutako eremu magnetiko birakari batek mugitzeko aukera ematen du. burbuila-domeinuak "irla" magnetiko batetik bestera, irudian erakusten den bezala. Eremu magnetikoaren norabidean lau aldiz aldatu ondoren, domeinua irla batetik bestera mugituko da.
Horrek guztiak aukera ematen digu CMD gailua desplazamendu-erregistro gisa kontsideratzeko. Erregistroaren mutur batean burbuilak eratzen baditugu eta bestean detektatzen baditugu, orduan burbuila eredu jakin bat lehertu dezakegu eta sistema memoria-gailu gisa erabil dezakegu, bitak irakurtzen eta idazten une jakin batzuetan.
Hemendik aurrera jarraitu CMD memoriaren abantailak eta desabantailak: abantaila energia-independentzia da (betiere iman iraunkorrek sortutako eremu perpendikularra aplikatuta, burbuilak ez dira inon desagertuko eta ez dira haien posizioetatik mugituko), eta desabantaila bat da. sarbide denbora luzea, zeren bit arbitrario batean sartzeko, desplazamendu-erregistro osoa nahi duzun posiziora eraman behar duzu, eta zenbat eta luzeagoa izan, orduan eta ziklo gehiago beharko ditu horrek.
CMD film magnetikoaren elementu magnetikoen eredua.
Domeinu magnetiko bat sortzeari ingelesez "nukleazioa" deitzen zaio eta haizeari ehunka miliampereko korrontea aplikatzen zaiola 100 ns inguruko denboran, eta eremu magnetiko bat sortzen da, perpendikularra. filma eta iman iraunkor baten eremuaren kontrakoa. Honek "burbuila" magnetiko bat sortzen du - domeinu magnetiko zilindriko bat filmean. Prozesua, zoritxarrez, tenperaturaren oso menpe dago, baliteke idazketa-eragiketa batek huts egitea burbuilarik sortu gabe, edo hainbat burbuila sortzea.
Film bateko datuak irakurtzeko hainbat teknika erabiltzen dira.
Modu bat, irakurketa ez-suntsitzailea, domeinu zilindrikoaren eremu magnetiko ahula detektatzea da sentsore magnetoresistibo bat erabiliz.
Bigarren modua irakurketa suntsitzailea da. Burbuila belaunaldi/detektatzeko pista berezi batera eramaten da, non burbuila materialaren magnetizazioaren bidez suntsitzen den. Materiala alderantziz magnetizatuta egongo balitz, hau da, burbuila bat egongo balitz, horrek korronte gehiago eragingo luke bobinan eta zirkuitu elektronikoak detektatuko luke. Horren ondoren, burbuila berriro sortu behar da grabazio-pista berezi batean.
Hala ere, memoria ondoko array gisa antolatzen bada, orduan bi eragozpen handi izango ditu. Lehenik eta behin, sarbide-denbora oso luzea izango da. Bigarrenik, katearen akats bakar batek gailu osoaren funtzionamendu ezina ekarriko du. Hori dela eta, pista nagusi baten moduan antolatutako memoria bat egiten dute, eta azpiko pista asko, irudian ageri den moduan.
Burbuila-memoria etengabeko pista batekin
Burbuila-memoria maisu/esklabo-pistarekin
Memoriaren konfigurazio horrek sarbide-denbora asko murrizteaz gain, pista akastun kopuru jakin bat duten memoria-gailuak ekoiztea ahalbidetzen du. Memoria kontrolatzaileak kontuan hartu behar ditu eta saihestu egin behar ditu irakurketa/idazketa eragiketetan.
Beheko irudiak burbuila memoriaren "txip" baten ebakidura erakusten du.
Burbuilen memoriaren printzipioari buruz ere irakur dezakezu [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - burbuila memoria modulua, MBM (burbuila magnetikoko memoria) 1 MB (1048576 bit) edukiera duena. Bera da KDPVn irudikatzen dena. 1 megabit erabiltzailearen datuak gordetzeko ahalmena da, pista erredundanteak kontuan hartuta, guztizko edukiera 1310720 bit da. Gailuak 320 biteko ahalmena duten 4096 pista ditu (begizta), baina horietako 256 bakarrik erabiltzen dira erabiltzailearen datuetarako, gainerakoa "hautsitako" pistak ordezkatzeko eta akatsen zuzenketa kodea erredundantea gordetzeko erreserba da. Gailuak pista txikiko begizta arkitektura handia du. Pista aktiboei buruzko informazioa abioko pista bereizi batean dago (bootstrap loop). KDPVn, kode hamaseitarra ikus dezakezu moduluan bertan inprimatuta. Hau "hautsitako" pisten mapa da, 80 zifra hamaseimalek 320 datu-pista adierazten dituzte, aktiboak bit bakar batez adierazten dira, inaktiboak zeroz.
Moduluaren jatorrizko dokumentazioa [7] irakur dezakezu.
Gailuak ilara biko pinak dituen kaxa bat du eta soldadurarik gabe muntatzen da (entxufe batean).
Moduluaren egitura irudian ageri da:
Memoria-matrizea bi "atal erdi"tan banatzen da (atal erdiak), eta horietako bakoitza bi "laurden" (quads)tan banatzen da, laurden bakoitzak 80 esklabo pista ditu. Moduluak eremu magnetiko birakaria sortzen duten bi harilkatu ortogonalen barruan kokatuta dagoen material magnetikoa duen plaka bat dauka. Horretarako, hiruki formako korronte-seinaleak, bata bestearen aldean 90 gradu desplazatuta, haizeei aplikatzen zaizkie. Plaka eta harilkatuen multzoa iman iraunkorren artean jartzen da eta iman iraunkorrek sortutako fluxu magnetikoa ixten eta gailua kanpoko eremu magnetikoetatik babesten duen ezkutu magnetiko batean jartzen da. Plaka 2,5 graduko maldan jartzen da, eta horrek desplazamendu eremu txiki bat sortzen du maldan zehar. Eremu hori arbuiagarria da bobinen eremuarekin alderatuta, eta ez du burbuilen mugimendua oztopatzen gailua funtzionatzerakoan, baina burbuilak posizio finkoetara mugitzen ditu permalloy elementuekiko gailua itzalita dagoenean. Iman iraunkorren osagai perpendikular indartsuak burbuila domeinu magnetikoen existentzia onartzen du.
Moduluak nodo hauek ditu:
- Memoria-pistak. Zuzenean burbuilak eusten eta gidatzen dituzten permalloy elementuen arrasto horiek.
- erreplikazio-sorgailua. Burbuila erreproduzitzeko balio du, sorkuntza lekuan etengabe dagoena.
- Sarrerako pista eta truke nodoak. Sortutako burbuilak sarrerako pistan zehar mugitzen dira. Burbuilak 80 esklabo bideetako batera eramaten dira.
- Irteerako pista eta erreplikazio-nodoa. Burbuilak datu-bideetatik kentzen dira, suntsitu gabe. Burbuila bi zatitan banatzen da, eta horietako bat irteerako pistara doa.
- Detektagailua. Irteerako pistatik burbuilak detektagailu magnetoresistiboan sartzen dira.
- Pista kargatzen. Abiatzeko pistak datu-pista aktiboei eta inaktiboei buruzko informazioa dauka.
Jarraian nodo hauek xehetasun gehiagorekin ikusiko ditugu. [6]-n nodo hauen deskribapena ere irakur dezakezu.
burbuila sortzea
Burbuila bat sortzeko, sarrerako pistaren hasieran eroale bat dago begizta txiki baten moduan okertuta. Korronte-pultsu bat aplikatzen zaio, iman iraunkorren eremua baino eremu oso txiki batean eremu magnetikoa sortzen duena. Bultzadak burbuila bat sortzen du puntu honetan, eremu magnetiko konstante batek etengabe mantenduta eta permalloy elementuan zehar zirkulatzen du eremu magnetiko birakari baten eraginez. Memorian unitate bat idatzi behar badugu, begizta eroaleari pultsu labur bat aplikatzen diogu eta, ondorioz, bi burbuila sortzen dira (irudian Bubble split hazia bezala adierazita). Burbuiletako bat eremu birakariak permalloy-ko pistan zehar eramaten du, bigarrenak bere lekuan jarraitzen du eta azkar bere jatorrizko tamaina hartzen du. Ondoren, esklabo bideetako batera mugitzen da, eta lekuak trukatzen ditu bertan zirkulatzen duen burbuilarekin. Era berean, sarrerako pistaren amaierara iristen da eta desagertzen da.
burbuila trukea
Burbuilen trukea gertatzen da dagokion eroaleari korronte angeluzuzen bat aplikatzen zaionean. Kasu honetan, burbuila ez da bi zatitan zatitzen.
Datuak irakurtzea
Datuak irteerako pistara bidaltzen dira erreplikaren bidez, eta bere pistan zirkulatzen jarraitzen du irakurri ondoren. Horrela, gailu honek irakurtzeko metodo ez-suntsitzailea ezartzen du. Erreplikatzeko, burbuila permalloy elementu luzanga baten azpian zuzentzen da, eta horren azpian luzatzen da. Goian ere begizta formako eroale bat dago, begiztari korronte-pultsu bat aplikatzen bazaio, burbuila bi zatitan banatuko da. Korronte-pultsuak burbuila bitan banatzeko korronte handiko atal labur batez eta korronte baxuko sekzio luze batez burbuila irteerako bidera zuzentzeko osatzen dute.
Irteerako pistaren amaieran Burbuila detektagailua dago, zirkuitu luze bat osatzen duten aleazio permalinkezko elementuz osatutako zubi magnetoresistiboa. Burbuila magnetiko bat permalloy elementu baten azpian erortzen denean, haren erresistentzia aldatzen da, eta zenbait milivoltitako potentzial-diferentzia agertzen da zubiaren irteeran. Permalloy elementuen forma aukeratzen da, burbuila haietan zehar mugi dadin, amaieran "guardia" pneumatiko berezi bat jotzen du eta desagertzen da.
Erredundantzia
Gailuak 320 pista ditu, bakoitza 4096 biteko. Horietatik 272 aktibo daude, 48 soberan, inaktibo.
Abiarazteko pista (Boot Loop)
Gailuak 320 datu-pista ditu, eta horietatik 256 erabiltzaileen datuak gordetzeko dira, gainerakoak akastunak izan daitezke edo akatsak ordezkatzeko ordezko gisa balio dezakete. Pista gehigarri batek datu-pistak erabiltzeari buruzko informazioa dauka, pista bakoitzeko 12 bit. Sistema pizten denean, hasieratu egin behar da. Hasierako prozesuan, kontrolatzaileak abioko pista irakurri eta bertatik informazioa idatzi behar du formateatzeko txiparen / uneko sentsorearen erregistro berezi batean. Orduan kontrolatzaileak pista aktiboak soilik erabiliko ditu, eta inaktiboak ez dira aintzat hartuko eta ez dira idatziko.
Datu biltegia - Egitura
Erabiltzailearen ikuspuntutik, datuak 2048 biteko 512 orrialdetan gordetzen dira. 256 byte datu, 14 bit akatsak zuzentzeko kodea eta erabili gabeko 2 bit gordetzen dira gailuaren erdi bakoitzean.
Akatsen zuzenketa
Erroreak hautematea eta zuzentzea uneko sentsore-txip baten bidez egin daiteke, 14 biteko bloke bakoitzean (kodea barne) gehienez 5 biteko akats bakarra zuzentzen duen 270 biteko kode-deskodetzaile bat daukana (leherketa-errorea). Kodea 256 biteko bloke bakoitzaren amaieran eransten da. Zuzenketa kodea erabil daiteke edo ez erabil daiteke, erabiltzaileak hala eskatuta, kodea egiaztatzea aktibatu edo desaktibatu daiteke kontrolagailuan. Koderik erabiltzen ez bada, 270 bit guztiak erabil daitezke erabiltzailearen datuetarako.
Sartzeko denbora
Eremu magnetikoak 50 kHz-ko maiztasunean biratzen du. Lehen orrialdeko lehen biterako batez besteko sarbide-denbora 41 ms-koa da, hau da, pistan zehar ziklo oso bat burutzeko behar den denboraren erdia gehi irteerako pistatik igarotzeko behar den denbora.
320 pista aktibo eta ordezko 80 pistako lau zatitan banatuta daude. Erakunde honek sarbide-denbora murrizten du. Laurdenak binaka zuzentzen dira: laurden bikote bakoitzak hitzaren bit bikoitiak eta bakoitiak ditu, hurrenez hurren. Gailuak lau sarrera-pista ditu hasierako lau burbuilarekin, eta lau irteera-pista ditu. Irteerako pistek bi detektagailu erabiltzen dituzte, bi pistetako bi burbuilek aldi berean detektagailu bat ez jotzeko moduan antolatuta daude. Horrela, lau burbuila-korronteak multiplexatu eta bi bit-korronte bihurtzen dira eta uneko sentsore-txiparen erregistroetan gordetzen dira. Bertan, erregistroen edukiak berriro multiplexatu eta serieko interfazearen bidez kontrolagailura bidaltzen dira.
Artikuluaren bigarren zatian, burbuila memoria kontrolagailuaren zirkuituak gertutik ikusiko ditugu.
4. Erreferentziak
Egileak sareko txoko ilunenetan aurkitu zuen eta CMD-ko memoriari buruzko informazio tekniko erabilgarria gorde zuen, bere historia eta erlazionatutako beste alderdi batzuk:
1. β Bobek ingeniariaren bi oroitzapen
2. - Bobek ingeniariaren bi oroitzapen (2. zatia)
3. β Burbuila memoria
4. Burbuila magnetikoaren memoriaren egokitzapena mikroordenagailu-ingurune estandar batean
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. β Memoriaren osagaien eskuliburua. Intel 1983.
7. 7110 1 megabiteko burbuila memoria
Iturria: www.habr.com