Kuva kirjailijan kokoelmasta
1. Tarina
Bubble memory tai sylinterimäinen magneettinen verkkomuisti on haihtumaton muisti, jonka Andrew Bobeck kehitti Bell Labsissa vuonna 1967. Tutkimukset ovat osoittaneet, että ferriittien ja granaattien yksikiteisiin ohuisiin kalvoihin muodostuu pieniä sylinterimäisiä magneettialueita, kun riittävän voimakas magneettikenttä suunnataan kohtisuoraan kalvon pintaan nähden. Muuttamalla magneettikenttää näitä kuplia voidaan siirtää. Tällaiset ominaisuudet tekevät magneettikupista ihanteellisia peräkkäisen bittivaraston, kuten siirtorekisterin, rakentamiseen, jossa kuplan läsnäolo tai puuttuminen tietyssä kohdassa osoittaa nolla- tai yhden bitin arvon. Kupla on halkaisijaltaan mikronin kymmenesosia, ja yksi siru voi tallentaa tuhansia bittejä tietoa. Joten esimerkiksi keväällä 1977 Texas Instruments toi ensimmäisen kerran markkinoille sirun, jonka kapasiteetti on 92304 bittiä. Tämä muisti on haihtumaton, mikä tekee siitä samanlaisen kuin magneettinauha tai levy, mutta koska se on solid-state eikä sisällä liikkuvia osia, se on luotettavampi kuin nauha tai levy, ei vaadi huoltoa ja on paljon pienempi ja kevyempi. , ja sitä voidaan käyttää kannettavissa laitteissa.
Aluksi kuplamuistin keksijä Andrew Bobek ehdotti muistin "yksiulotteista" versiota langan muodossa, jonka ympärille kääritään ohut ferromagneettisen materiaalin kaistale. Tällaista muistia kutsuttiin "twistor"-muistiksi, ja sitä valmistettiin jopa massa, mutta se korvattiin pian "kaksiulotteisella" versiolla.
Voit lukea kuplamuistin syntyhistoriasta [1-3].
2. Toimintaperiaate
Tässä pyydän teitä antamaan minulle anteeksi, en ole fyysikko, joten esitys on hyvin likimääräinen.
Joillakin materiaaleilla (kuten gadoliniumgalliumgranaatti) on ominaisuus magnetoitua vain yhteen suuntaan, ja jos tätä akselia pitkin kohdistetaan jatkuva magneettikenttä, magnetoidut alueet muodostavat kuplia, kuten alla olevassa kuvassa näkyy. Jokainen kupla on halkaisijaltaan vain muutama mikronia.
Oletetaan, että meillä on ohut, luokkaa 0,001 tuumaa oleva kiteinen kalvo tällaisesta materiaalista kerrostettuna ei-magneettiselle alustalle, kuten lasille.
Kyse on taikakupista. Kuva vasemmalla - ei ole magneettikenttää, kuva oikealla - magneettikenttä on suunnattu kohtisuoraan elokuvan pintaan.
Jos tällaisen materiaalin kalvon pinnalle muodostetaan kuvio magneettisesta materiaalista, esimerkiksi permalloysta, rauta-nikkeliseoksesta, niin kuplat magnetoituvat tämän kuvion elementteihin. Tyypillisesti käytetään kuvioita T- tai V-muotoisten elementtien muodossa.
Yksi kupla voidaan muodostaa 100-200 oerstedin magneettikentällä, joka kohdistetaan kohtisuoraan magneettikalvoa vastaan ja joka syntyy kestomagneetilla, ja pyörivä magneettikenttä, joka muodostuu kahdesta XY-suunnassa olevasta kelasta, mahdollistaa liikkumisen. kupla-alueet magneettiselta "saarelta" toiselle, kuten kuvassa näkyy. Magneettikentän suunnan nelinkertaisen muutoksen jälkeen alue siirtyy saarelta toiselle.
Kaiken tämän ansiosta voimme pitää CMD-laitetta siirtorekisterinä. Jos muodostamme kuplia rekisterin toiseen päähän ja havaitsemme ne toisessa, voimme puhaltaa tietyn kuplakuvion ympärille ja käyttää järjestelmää muistilaitteena, joka lukee ja kirjoittaa bittejä tiettyinä aikoina.
Tästä seuraa CMD-muistin edut ja haitat: etuna on energiariippumattomuus (niin kauan kuin kestomagneettien luoma kohtisuora kenttä on käytössä, kuplat eivät katoa mihinkään eivätkä liiku paikoistaan), ja haittana on pitkä käyttöaika, koska päästäksesi mielivaltaiseen bittiin, sinun on vieritettävä koko siirtorekisteri haluttuun kohtaan, ja mitä pidempi se on, sitä enemmän jaksoja tämä vaatii.
Magneettisten elementtien kuvio CMD-magneettikalvolla.
Magneettisen alueen luomista kutsutaan englanniksi "nucleation", ja se koostuu siitä, että käämiin kohdistetaan useiden satojen milliampeerien virta noin 100 ns ajan ja luodaan magneettikenttä, joka on kohtisuorassa kalvo ja vastapäätä kestomagneetin kenttää. Tämä luo magneettisen "kuplan" - lieriömäisen magneettisen alueen kalvoon. Prosessi on valitettavasti erittäin riippuvainen lämpötilasta, on mahdollista, että kirjoitustoiminto epäonnistuu ilman kuplan muodostumista tai useiden kuplien muodostuminen.
Tietojen lukemiseen elokuvasta käytetään useita tekniikoita.
Yksi tapa, hajoamaton lukema, on havaita lieriömäisen alueen heikko magneettikenttä magnetoresistiivisen anturin avulla.
Toinen tapa on tuhoisa lukeminen. Kupla ohjataan erityiselle generointi-/tunnistusratalle, jossa kupla tuhoutuu materiaalin eteenpäinmagnetoinnilla. Jos materiaali olisi käänteismagnetoitu, eli kupla olisi läsnä, tämä aiheuttaisi enemmän virtaa kelassa ja elektroniikkapiirit havaitsevat tämän. Tämän jälkeen kupla on luotava uudelleen erityisellä tallennusraidalla.
Kuitenkin, jos muisti on järjestetty yhdeksi vierekkäiseksi taulukoksi, sillä on kaksi suurta haittaa. Ensinnäkin pääsyaika tulee olemaan erittäin pitkä. Toiseksi yksittäinen vika ketjussa johtaa koko laitteen täydelliseen toimintakyvyttömyyteen. Siksi ne muodostavat muistin, joka on järjestetty yhden pääraidan ja useiden alaraitojen muotoon, kuten kuvassa näkyy.
Kuplamuisti yhdellä jatkuvalla raidalla
Bubble-muisti master/slave-raidoilla
Tällainen muistikonfiguraatio mahdollistaa pääsyajan lyhentämisen huomattavasti, mutta mahdollistaa myös sellaisten muistilaitteiden tuotannon, jotka sisältävät tietyn määrän viallisia raitoja. Muistiohjaimen on otettava ne huomioon ja ohitettava ne luku-/kirjoitustoimintojen aikana.
Alla oleva kuva esittää poikkileikkauksen kuplamuistin "sirusta".
Voit myös lukea kuplamuistin periaatteesta kohdasta [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - kuplamuistimoduuli, MBM (magneettikuplamuisti), jonka kapasiteetti on 1 Mt (1048576 bittiä). Hän on kuvattu KDPV:ssä. 1 megabitti on kapasiteetti käyttäjätietojen tallentamiseen, kun otetaan huomioon redundantit raidat, kokonaiskapasiteetti on 1310720 bittiä. Laite sisältää 320 silmukoitua raitaa (silmukkaa), joiden kunkin kapasiteetti on 4096 bittiä, mutta niistä vain 256 käytetään käyttäjätiedoille, loput ovat varauksia "rikkoutuneiden" raitojen korvaamiseen ja redundantin virheenkorjauskoodin tallentamiseen. Laitteessa on merkittävä track-minor loop -arkkitehtuuri. Tietoa aktiivisista kappaleista on erillisessä käynnistysraidassa (bootstrap-silmukka). KDPV:ssä näet heksadesimaalikoodin tulostettuna suoraan moduuliin. Tämä on "rikkinäisten" raitojen kartta, 80 heksadesimaalinumeroa edustaa 320 dataraitaa, aktiiviset on esitetty yhdellä bitillä, ei-aktiiviset nolla.
Voit lukea moduulin alkuperäisen dokumentaation kohdasta [7].
Laitteessa on kotelo, jossa on kaksirivinen nastajärjestely ja se asennetaan ilman juottamista (pistorasiaan).
Moduulin rakenne näkyy kuvassa:
Muistiryhmä on jaettu kahteen "puoliosaan" (puoliosaan), joista kukin on jaettu kahteen "neljännesosaan" (neljänneksiin), jokaisessa neljänneksessä on 80 orjaraitaa. Moduuli sisältää levyn, jossa on magneettista materiaalia, joka sijaitsee kahden ortogonaalisen käämin sisällä, jotka luovat pyörivän magneettikentän. Tätä varten käämeille syötetään kolmion muotoisia virtasignaaleja, jotka on siirretty 90 astetta toisiinsa nähden. Levyn ja käämien kokoonpano asetetaan kestomagneettien väliin ja sijoitetaan magneettisuojaan, joka sulkee kestomagneettien synnyttämän magneettivuon ja suojaa laitetta ulkoisilta magneettikentiltä. Levy asetetaan 2,5 asteen kaltevuuteen, mikä luo pienen siirtymäkentän rinteeseen. Tämä kenttä on mitätön verrattuna kelojen kenttiin, eikä se häiritse kuplien liikettä laitteen käytön aikana, vaan siirtää kuplat kiinteisiin asentoihin suhteessa permalloyelementteihin, kun laite sammutetaan. Kestomagneettien vahva kohtisuora komponentti tukee kuplamagneettisten domeenien olemassaoloa.
Moduuli sisältää seuraavat solmut:
- Muistiraitoja. Suoraan ne permalloy-elementtien jäljet, jotka pitävät ja ohjaavat kuplia.
- replikointigeneraattori. Palvelee kuplan replikaatiota, joka on jatkuvasti läsnä syntypaikassa.
- Syötä seuranta ja vaihda solmut. Syntyneet kuplat liikkuvat syöttörataa pitkin. Kuplat siirretään johonkin 80 orjaraidasta.
- Tulosraita ja replikointisolmu. Kuplat vähennetään dataraiteista tuhoamatta niitä. Kupla jakautuu kahteen osaan, joista toinen menee ulostuloraidalle.
- Ilmaisin. Lähtöraidan kuplat tulevat magnetoresistiiviseen ilmaisimeen.
- Ladataan raitaa. Käynnistysraita sisältää tietoja aktiivisista ja ei-aktiivisista datareiteistä.
Alla tarkastelemme näitä solmuja yksityiskohtaisemmin. Voit myös lukea näiden solmujen kuvauksen kohdasta [6].
kuplan sukupolvi
Kuplan muodostamiseksi aivan tuloraidan alussa on johdin taivutettu pienen silmukan muotoon. Siihen kohdistetaan virtapulssi, joka luo magneettikentän hyvin pienelle alueelle, joka on voimakkaampi kuin kestomagneettikenttä. Impulssi muodostaa tässä kohdassa kuplan, joka pysyy jatkuvasti jatkuvassa magneettikentässä ja kiertää permalloyelementtiä pitkin pyörivän magneettikentän vaikutuksesta. Jos joudumme kirjoittamaan yksikön muistiin, syötämme lyhyen pulssin johtavaan silmukkaan, jolloin syntyy kaksi kuplaa (merkitty kuvassa Bubble split seedinä). Pyörivä kenttä syöksyy yhtä kuplia pitkin permalloy-rataa, toinen pysyy paikallaan ja saa nopeasti alkuperäisen kokonsa. Sitten se siirtyy yhdelle orjaraiteista ja vaihtaa paikkoja siinä kiertävän kuplan kanssa. Se vuorostaan saavuttaa syöttöraidan loppuun ja katoaa.
Bubble Exchange
Kuplanvaihto tapahtuu, kun vastaavaan johtimeen syötetään suorakaiteen muotoinen virtapulssi. Tässä tapauksessa kupla ei jakaannu kahteen osaan.
Tietojen lukeminen
Tiedot lähetetään tulosraidalle replikoimalla, ja ne kiertävät edelleen radallaan lukemisen jälkeen. Siten tämä laite toteuttaa tuhoamattoman lukumenetelmän. Toistaakseen kupla ohjataan pitkänomaisen permalloyelementin alle, jonka alle se venytetään. Yläpuolella on myös silmukan muotoinen johdin, jos silmukkaan syötetään virtapulssi, kupla jakautuu kahteen osaan. Virtapulssi koostuu lyhyestä osasta korkeaa virtaa, joka jakaa kuplan kahtia, ja pidemmästä pienemmän virran osasta, joka ohjaa kuplan poistumisrataan.
Lähtöraidan päässä on Bubble Detector, magnetoresisiivinen silta, joka on valmistettu permalloy-elementeistä ja muodostaa pitkän piirin. Kun magneettikupla putoaa permalloy-elementin alle, sen resistanssi muuttuu ja sillan lähtöön ilmestyy useiden millivolttien potentiaaliero. Permalloy-elementtien muoto valitaan siten, että kupla liikkuu niitä pitkin, lopussa se osuu erityiseen "suojarenkaaseen" ja katoaa.
Redundanssi
Laite sisältää 320 raitaa, joista jokaisessa on 4096 bittiä. Näistä 272 on aktiivisia, 48 varalla, ei-aktiivisia.
Käynnistysraita (Boot Loop)
Laite sisältää 320 dataraitaa, joista 256 on tarkoitettu käyttäjätietojen tallentamiseen, loput voivat olla viallisia tai toimia varaosina viallisten tilalle. Yksi lisäraita sisältää tietoa dataraitojen käytöstä, 12 bittiä per raita. Kun järjestelmä on päällä, se on alustettava. Alustusprosessin aikana ohjaimen on luettava käynnistysraita ja kirjoitettava siitä tiedot alustussirun / virta-anturin erityiseen rekisteriin. Tällöin ohjain käyttää vain aktiivisia raitoja, ja ei-aktiiviset ohitetaan, eikä niille kirjoiteta.
Tietovarasto – rakenne
Käyttäjän näkökulmasta tiedot tallennetaan 2048 sivulle, kukin 512 bittiä. Laitteen kumpaankin puoliskoon on tallennettu 256 tavua dataa, 14 bittiä virheenkorjauskoodia ja 2 käyttämätöntä bittiä.
Virheen korjaus
Virheiden havaitseminen ja korjaaminen voidaan suorittaa nykyisellä anturisirulla, joka sisältää 14-bittisen koodidekooderin, joka korjaa yksittäisen enintään 5 bitin pituisen virheen (purskevirhe) jokaisessa 270-bittisessä lohkossa (mukaan lukien itse koodi). Koodi liitetään jokaisen 256-bittisen lohkon loppuun. Korjauskoodia voidaan käyttää tai olla käyttämättä, käyttäjän pyynnöstä koodin vahvistus voidaan kytkeä päälle tai pois ohjaimessa. Jos koodia ei käytetä, kaikkia 270 bittiä voidaan käyttää käyttäjätietoihin.
Kirjautumisaika
Magneettikenttä pyörii 50 kHz:n taajuudella. Keskimääräinen pääsyaika ensimmäisen sivun ensimmäiseen bittiin on 41 ms, mikä on puolet ajasta, joka kuluu koko syklin suorittamiseen raidan läpi plus aika, joka kuluu lähtöraidan läpikäymiseen.
320 aktiivista ja vararataa on jaettu neljään 80 kappaleen osaan. Tämä organisaatio vähentää käyttöaikaa. Neljänneksiä käsitellään pareittain: jokainen neljännespari sisältää sanan parilliset ja parittomat bitit, vastaavasti. Laitteessa on neljä tuloraitaa, joissa on neljä alkukuplaa, ja neljä lähtöraitaa. Lähtöraidoissa käytetään kahta ilmaisinta, ne on järjestetty siten, että kaksi kuplaa kahdesta raidasta ei koskaan osu yhteen tunnistimeen samanaikaisesti. Siten neljä kuplavirtaa multipleksoidaan ja muunnetaan kahdeksi bittivirraksi ja tallennetaan nykyisen anturisirun rekistereihin. Siellä rekisterien sisältö multipleksoidaan jälleen ja lähetetään ohjaimelle sarjaliitännän kautta.
Artikkelin toisessa osassa tarkastellaan lähemmin kuplamuistiohjaimen piirejä.
4. Viitteet
Kirjoittaja löysi verkon pimeimmistä nurkista ja tallensi sinulle paljon hyödyllistä teknistä tietoa CMD:n muistista, sen historiasta ja muista asiaan liittyvistä seikoista:
1. — Kaksi muistoa insinööri Bobekista
2. - Kaksi muistoa insinööri Bobekista (osa 2)
3. - Kuplamuisti
4. Magnetic Bubble -muistin mukauttaminen standardimikrotietokoneympäristöön
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. — Muistikomponenttien käsikirja. Intel 1983.
7. 7110 1 megabitin kuplamuisti
Lähde: will.com