Fotó a szerző gyűjteményéből
1. A történet
A buborékmemória vagy hengeres mágneses tartomány memória egy nem felejtő memória, amelyet 1967-ben a Bell Labs-ban fejlesztett ki Andrew Bobeck. Tanulmányok kimutatták, hogy kis hengeres mágneses domének képződnek egykristályos vékony ferrit- és gránátrétegekben, ha kellően erős mágneses teret irányítanak a film felületére merőlegesen. A mágneses tér megváltoztatásával ezek a buborékok mozgathatók. Ezek a tulajdonságok ideálissá teszik a mágneses buborékokat egy szekvenciális bittároló felépítéséhez, például egy eltolási regiszterhez, amelyben a buborék jelenléte vagy hiánya egy adott helyen nulla vagy egy bites értéket jelez. A buborék átmérője tized mikron, egyetlen chip pedig több ezer bit adat tárolására képes. Így például 1977 tavaszán a Texas Instruments először mutatott be egy 92304 bit kapacitású chipet a piacon. Ez a memória nem illékony, ami hasonlóvá teszi a mágnesszalaghoz vagy lemezhez, de mivel szilárdtest, és nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, megbízhatóbb, mint a szalag vagy a lemez, nem igényel karbantartást, és sokkal kisebb és könnyebb. , és hordozható eszközökben is használható.
Kezdetben a buborékmemória feltalálója, Andrew Bobek a memória "egydimenziós" változatát javasolta, egy szál formájában, amely köré egy vékony ferromágneses anyagcsíkot tekercseltek. Egy ilyen memóriát "twistor" memóriának neveztek, sőt tömeggyártásban is készült, de hamarosan felváltotta a "kétdimenziós" változat.
A buborékmemória létrehozásának történetével az [1-3]-ban ismerkedhet meg.
2. Működési elv
Itt azt kérem, hogy bocsáss meg, nem vagyok fizikus, ezért az előadás nagyon hozzávetőleges lesz.
Egyes anyagok (például a gadolínium-gallium gránát) azzal a tulajdonsággal rendelkeznek, hogy csak egy irányban mágneseződnek, és ha állandó mágneses mezőt alkalmazunk ezen a tengelyen, akkor a mágnesezett régiók buborékszerűek, amint az az alábbi ábrán látható. Minden buborék csak néhány mikron átmérőjű.
Tegyük fel, hogy van egy vékony, 0,001 hüvelyk nagyságrendű, kristályos film ilyen anyagból, amelyet nem mágneses hordozóra, például üvegre helyezünk.
Minden a varázsbuborékokról szól. A bal oldali kép - nincs mágneses tér, a jobb oldali kép - a mágneses tér merőleges a film felületére.
Ha egy ilyen anyagú film felületén mágneses anyagból, például permalloyból, vas-nikkel ötvözetből mintát képeznek, akkor a buborékok ennek a mintának az elemeire mágneseződnek. Általában T-alakú vagy V-alakú elemek formájú mintákat használnak.
A mágneses filmre merőlegesen felvitt 100-200 oersted mágneses térrel egyetlen buborék képződhet, amelyet állandó mágnes hoz létre, és a két tekercs által XY irányú forgó mágneses tér lehetővé teszi a mozgást. a buborék-tartományok egyik mágneses "szigetről" a másikra, ahogy az az ábrán látható. A mágneses tér irányának négyszeres megváltoztatása után a tartomány egyik szigetről a másikra kerül.
Mindez lehetővé teszi, hogy a CMD eszközt eltolási regiszternek tekintsük. Ha a regiszter egyik végén buborékokat képezünk, és a másikon észleljük, akkor egy bizonyos mintázatú buborékot fújhatunk körül, és memóriaeszközként használhatjuk a rendszert, bizonyos időpontokban biteket olvasva és írva.
Innentől következnek a CMD memória előnyei és hátrányai: előnye az energiafüggetlenség (amíg az állandó mágnesek által létrehozott merőleges mezőt alkalmazzuk, a buborékok nem tűnnek el sehol és nem mozdulnak el a helyükről), hátránya pedig az, hogy hosszú elérési idő, mert tetszőleges bit eléréséhez a teljes műszakregisztert a kívánt pozícióba kell görgetni, és minél hosszabb, annál több ciklusra lesz szükség.
A mágneses elemek mintázata a CMD mágneses filmen.
A mágneses tartomány létrehozását angolul "nucleation"-nak nevezik, és abból áll, hogy a tekercsre több száz milliamperes áramot vezetnek körülbelül 100 ns-ig, és egy mágneses mező jön létre, amely merőleges a tekercsre. film és az állandó mágnes mezőjével ellentétes. Ez létrehoz egy mágneses "buborékot" - egy hengeres mágneses tartományt a filmben. A folyamat sajnos nagymértékben függ a hőmérséklettől, előfordulhat, hogy egy írási művelet buborékképződés nélkül meghiúsul, vagy több buborék képződik.
Számos technikát alkalmaznak az adatok filmről történő olvasására.
Az egyik módszer, a roncsolásmentes leolvasás, a hengeres tartomány gyenge mágneses terének észlelése magnetorezisztív érzékelővel.
A második út a destruktív olvasás. A buborékot egy speciális generáló/észlelő sávra irányítják, ahol a buborék az anyag előre mágnesezésével megsemmisül. Ha az anyag fordítottan mágnesezett, azaz buborék van jelen, az nagyobb áramot okozna a tekercsben, és ezt az elektronikus áramkör észlelné. Ezt követően a buborékot újra kell generálni egy speciális felvételi sávon.
Ha azonban a memória egy összefüggő tömbként van szervezve, akkor annak két nagy hátránya lesz. Először is, a hozzáférési idő nagyon hosszú lesz. Másodszor, a lánc egyetlen hibája a teljes eszköz teljes működésképtelenségéhez vezet. Ezért készítenek egy memóriát egy fősáv és sok alárendelt sáv formájában, amint az az ábrán látható.
Buborék memória egyetlen folyamatos sávval
Buborék memória master/slave sávokkal
Egy ilyen memóriakonfiguráció nemcsak a hozzáférési idő jelentős csökkentését teszi lehetővé, hanem bizonyos számú hibás sávot tartalmazó memóriaeszközök előállítását is lehetővé teszi. A memóriavezérlőnek ezeket figyelembe kell vennie és ki kell hagynia az olvasási/írási műveletek során.
Az alábbi ábra egy buborék memória "chip" keresztmetszetét mutatja.
A buborékmemória működési elvéről a [4, 5]-ben is olvashat.
3. Intel 7110
Intel 7110 - buborék memória modul, MBM (mágneses buborékos memória), 1 MB (1048576 bit) kapacitással. Ő az, akit a KDPV ábrázol. 1 megabit a felhasználói adatok tárolásának kapacitása, a redundáns sávokat figyelembe véve a teljes kapacitás 1310720 bit. A készülék 320 darab hurok alakú, egyenként 4096 bit kapacitású sávot (hurkot) tartalmaz, de ebből csak 256-ot használnak fel felhasználói adatokra, a többi tartalék a „törött” sávok pótlására, illetve a redundáns hibajavító kód tárolására. Az eszköz „major track-minor loop” architektúrával rendelkezik. Az aktív sávokról szóló információk egy külön rendszerindítási ciklusban találhatók. A KDPV-n láthatja a hexadecimális kódot közvetlenül a modulra nyomtatva. Ez egy „törött” sávok térképe, 80 hexadecimális számjegy 320 adatsávot, az aktívakat egy bittel, az inaktívakat nulla bittel ábrázolja.
A modul eredeti dokumentációját a [7]-ben olvashatja el.
A készülék kétsoros tüskék elrendezésű tokkal rendelkezik, és forrasztás nélkül (aljzatba) szerelhető.
A modul felépítése az ábrán látható:
A memóriatömb két "fél szakaszra" (fél szakaszra) van felosztva, amelyek mindegyike két "negyedrészre" (quad) van felosztva, minden negyedben 80 slave sáv van. A modul mágneses anyagú lemezt tartalmaz, amely két merőleges tekercsben található, amelyek forgó mágneses teret hoznak létre. Ehhez háromszög alakú, egymáshoz képest 90 fokkal eltolt áramjeleket adnak a tekercsekre. A lemez és a tekercsek szerelvénye az állandó mágnesek közé kerül, és egy mágneses árnyékolásba kerül, amely lezárja az állandó mágnesek által generált mágneses fluxust, és védi a készüléket a külső mágneses mezőktől. A lemezt 2,5 fokos lejtőn helyezik el, ami egy kis elmozdulási mezőt hoz létre a lejtő mentén. Ez a mező a tekercsek mezőjéhez képest elhanyagolható, és a készülék működése közben nem zavarja a buborékok mozgását, de a készülék kikapcsolt állapotában a buborékokat a permalloy elemekhez képest rögzített helyzetbe tolja. Az állandó mágnesek erős merőleges komponense alátámasztja a buborék mágneses domének létezését.
A modul a következő csomópontokat tartalmazza:
- Emlékezetes számok. Közvetlenül a permalloy elemek nyomai, amelyek megtartják és irányítják a buborékokat.
- Replikációs generátor. A buborék replikációját szolgálja, amely folyamatosan jelen van a keletkezés helyén.
- Bemeneti nyomvonal és csomópontok cseréje. A generált buborékok a bemeneti sáv mentén mozognak. A buborékok átkerülnek a 80 szolgasáv egyikére.
- Kimeneti pálya és replikációs csomópont. A buborékokat a rendszer levonja az adatsávokból anélkül, hogy megsemmisítené azokat. A buborék két részre oszlik, és az egyik a kimeneti sávra kerül.
- Detektor. A kimeneti sáv buborékai belépnek a magnetorezisztív detektorba.
- Boot track. A rendszerindító sáv információkat tartalmaz az aktív és inaktív adatsávokról.
Az alábbiakban részletesebben megvizsgáljuk ezeket a csomópontokat. Ezen csomópontok leírását a [6]-ban is olvashatja.
Buborékgenerálás
A buborék létrehozásához a bemeneti sáv legelején van egy kis hurokba hajlított vezető. Egy áramimpulzust táplálnak rá, amely az állandó mágnesek mezőjénél erősebb mágneses teret hoz létre egy nagyon kis területen. Az impulzus ezen a ponton egy buborékot hoz létre, amely állandó mágneses térrel támogatva tartósan megmarad, és forgó mágneses tér hatására kering a permalloy elem mentén. Ha egy egységet kell a memóriába írnunk, rövid impulzust adunk a vezető hurokra, és ennek eredményeként két buborék születik (az ábrán Bubble split seed-ként jelöltük). Az egyik buborék egy forgó mezőben rohan a permalloy pálya mentén, a második a helyén marad, és gyorsan felveszi eredeti méretét. Ezután az egyik szolgasávra lép, és helyet cserél a benne keringő buborékkal. Az viszont eléri a bemeneti sáv végét, és eltűnik.
buborékcsere
Buborékcsere akkor következik be, amikor a megfelelő vezetőre négyszögletes áramimpulzust vezetnek. Ebben az esetben a buborék nem válik két részre.
Adatok olvasása
Az adatok replikációval kerülnek a kimeneti sávra, és az olvasás után tovább keringenek a sávon. Így ez az eszköz roncsolásmentes olvasási módszert valósít meg. A replikációhoz a buborékot egy hosszúkás permalloy elem alá vezetik, amely alatt megnyúlik. A tetején van egy hurok alakú vezető is, ha áramimpulzust vezetnek a hurokra, a buborék két részre szakad. Az áramimpulzus egy rövid nagyáramú szakaszból áll, amely a buborékot két részre osztja, és egy hosszabb, alacsonyabb áramú szakaszból áll, amely a buborékot a kimeneti sávra irányítja.
A kimeneti sáv végén egy buborékdetektor, egy hosszú áramkört alkotó permalloy elemekből álló magnetorezisztív híd található. Amikor egy mágneses buborék egy permalloy elem alá esik, az ellenállása megváltozik, és több millivoltos potenciálkülönbség jelenik meg a híd kimenetén. A permalloy elemek formáját úgy választják meg, hogy a buborék végig mozogjon, a végén egy speciális „biztonsági” abroncsba ütközik és eltűnik.
Redundancia
A készülék 320 sávot tartalmaz, mindegyik 4096 bites. Ebből 272 aktív, 48 tartalék, inaktív.
Boot Loop
A készülék 320 adatsávot tartalmaz, ebből 256 felhasználói adatok tárolására szolgál, a többi hibás lehet, vagy tartalékként szolgálhat a hibások pótlására. Egy további sáv az adatsávok használatára vonatkozó információkat tartalmaz, sávonként 12 bitet. Amikor a rendszert áram alá helyezik, inicializálni kell. Az inicializálási folyamat során a vezérlőnek be kell olvasnia a rendszerindítási sávot, és információt kell írnia belőle a formázási chip / áramérzékelő speciális regiszterébe. Ekkor a vezérlő csak aktív sávokat használ, az inaktívakat figyelmen kívül hagyja, és nem ír rájuk.
Adattárház – Struktúra
A felhasználó szempontjából az adatokat 2048, egyenként 512 bites oldalon tárolják. Az eszköz mindkét felében 256 bájt adat, 14 bit hibajavító kód és 2 fel nem használt bit van tárolva.
Hibajavítás
A hibadetektálást és -javítást egy áramérzékelő chip végezheti, amely egy 14 bites kóddekódert tartalmaz, amely minden 5 bites blokkban (beleértve magát a kódot is) kijavít egy legfeljebb 270 bites hibát (burst error). A kód minden 256 bites blokk végéhez hozzá van fűzve. A korrekciós kód használható vagy nem használható, a felhasználó kérésére a kódellenőrzés be- vagy kikapcsolható a vezérlőben. Ha nem használ kódot, mind a 270 bit használható felhasználói adatokhoz.
Hozzáférési idő
A mágneses tér 50 kHz-es frekvenciával forog. Az átlagos hozzáférési idő az első oldal első bitjéhez 41 ms, ami fele annyi időnek, mint amennyi egy teljes ciklus befejezéséhez szükséges a sávon, plusz a kimeneti sávon való végighaladáshoz szükséges időnek.
A 320 aktív és tartalék pálya négy, egyenként 80 sávos részre van osztva. Ez a szervezet csökkenti a hozzáférési időt. A negyedek megszólítása párban történik: minden negyedpár tartalmazza a szó páros, illetve páratlan bitjeit. A készülék négy bemeneti sávot tartalmaz négy kezdeti buborékkal, és négy kimeneti sávot. A kimeneti sávok két detektort használnak, úgy vannak elrendezve, hogy két sávból két buborék soha ne érjen el egy detektort egyszerre. Így a négy buborékfolyamot multiplexeljük és két bitfolyammá alakítjuk, és az aktuális szenzorchip regisztereiben tároljuk. Ott a regiszterek tartalma ismét multiplexelésre kerül, és a soros interfészen keresztül a vezérlőhöz kerül.
A cikk második részében a buborékmemória-vezérlő áramkörét fogjuk közelebbről megvizsgálni.
4. Hivatkozások
A szerző a hálózat legsötétebb zugaiban talált, és sok hasznos technikai információt mentett el Önnek a CMD memóriájával, történetével és egyéb kapcsolódó vonatkozásaival kapcsolatban:
1. — Bobek mérnök két emléke
2. - Bobek mérnök két emléke (2. rész)
3. — Buborék memória
4. Mágneses buborékmemória adaptálása szabványos mikroszámítógépes környezetben
5. - Texas Instruments TIB 0203 buborékmemória
6. - Memóriakomponensek kézikönyve. Intel 1983.
7. 7110 1 megabites buborékmemória
Forrás: will.com