Foto dari koleksi penulis
1. Sejarah
Memori gelembung, atau memori domain magnetik silinder, adalah memori non-volatile yang dikembangkan di Bell Labs pada tahun 1967 oleh Andrew Bobeck. Penelitian telah menunjukkan bahwa domain magnet silinder kecil terbentuk dalam film tipis ferit dan garnet kristal tunggal ketika medan magnet yang cukup kuat diarahkan tegak lurus ke permukaan film. Dengan mengubah medan magnet, gelembung-gelembung ini dapat dipindahkan. Properti seperti itu membuat gelembung magnetik ideal untuk membangun penyimpanan bit berurutan, seperti register geser, di mana ada atau tidak adanya gelembung pada posisi tertentu menunjukkan nilai nol atau satu bit. Gelembung tersebut berdiameter sepersepuluh mikron, dan satu chip dapat menyimpan ribuan bit data. Jadi, misalnya, pada musim semi tahun 1977, Texas Instruments pertama kali memperkenalkan chip berkapasitas 92304 bit ke pasar. Memori ini bersifat non-volatile, membuatnya mirip dengan pita magnetik atau disk, tetapi karena solid state dan tidak mengandung bagian yang bergerak, maka lebih dapat diandalkan daripada tape atau disk, tidak memerlukan perawatan, dan jauh lebih kecil dan ringan. , dan dapat digunakan dalam perangkat portabel.
Awalnya, penemu memori gelembung, Andrew Bobek, mengusulkan versi memori "satu dimensi", dalam bentuk benang yang dililitkan oleh strip tipis bahan feromagnetik. Memori semacam itu disebut memori "twistor", dan bahkan diproduksi secara massal, tetapi segera digantikan oleh versi "dua dimensi".
Anda dapat membaca tentang sejarah pembuatan bubble memory di [1-3].
2. Prinsip operasi
Di sini saya meminta Anda untuk memaafkan saya, saya bukan seorang fisikawan, jadi presentasinya akan sangat mendekati.
Beberapa bahan (seperti gadolinium gallium garnet) memiliki sifat magnet hanya dalam satu arah, dan jika medan magnet konstan diterapkan sepanjang sumbu ini, daerah magnet akan membentuk sesuatu seperti gelembung, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Setiap gelembung hanya berdiameter beberapa mikron.
Misalkan kita memiliki tipis, pada urutan 0,001 inci, film kristal dari bahan tersebut disimpan pada non-magnetik, seperti kaca, substrat.
Ini semua tentang gelembung ajaib. Gambar di sebelah kiri - tidak ada medan magnet, gambar di sebelah kanan - medan magnet diarahkan tegak lurus ke permukaan film.
Jika pada permukaan film dari bahan semacam itu terbentuk pola dari bahan magnet, misalnya permalloy, paduan besi-nikel, maka gelembung akan dimagnetisasi ke elemen pola ini. Biasanya, pola dalam bentuk elemen berbentuk T atau berbentuk V digunakan.
Gelembung tunggal dapat dibentuk oleh medan magnet 100-200 oersted, yang diterapkan tegak lurus terhadap film magnetik dan dibuat oleh magnet permanen, dan medan magnet berputar yang dibentuk oleh dua kumparan dalam arah XY, memungkinkan Anda untuk bergerak domain-gelembung dari satu "pulau" magnetik ke "pulau" lainnya, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Setelah empat kali lipat perubahan arah medan magnet, domain akan berpindah dari satu pulau ke pulau berikutnya.
Semua ini memungkinkan kami untuk mempertimbangkan perangkat CMD sebagai register geser. Jika kita membentuk gelembung di salah satu ujung register dan mendeteksinya di ujung lainnya, maka kita dapat meledakkan pola gelembung tertentu dan menggunakan sistem sebagai perangkat memori, membaca dan menulis bit pada waktu tertentu.
Dari sini ikuti kelebihan dan kekurangan memori CMD: keuntungannya adalah kemandirian energi (selama medan tegak lurus yang diciptakan oleh magnet permanen diterapkan, gelembung tidak akan hilang kemana-mana dan tidak akan berpindah dari posisinya), dan kerugiannya adalah a waktu akses yang lama, karena untuk mengakses bit sewenang-wenang, Anda perlu menggulir seluruh register geser ke posisi yang diinginkan, dan semakin lama, semakin banyak siklus yang diperlukan.
Pola elemen magnetik pada film magnetik CMD.
Penciptaan domain magnetik disebut dalam bahasa Inggris "nukleasi", dan terdiri dari fakta bahwa arus beberapa ratus miliamp diterapkan ke belitan untuk waktu sekitar 100 ns, dan medan magnet dibuat tegak lurus terhadap film dan berlawanan dengan bidang magnet permanen. Ini menciptakan "gelembung" magnetik - domain magnetik silinder dalam film. Prosesnya, sayangnya, sangat bergantung pada suhu, operasi tulis mungkin gagal tanpa gelembung terbentuk, atau beberapa gelembung terbentuk.
Beberapa teknik digunakan untuk membaca data dari sebuah film.
Salah satu cara, pembacaan non-destruktif, adalah mendeteksi medan magnet lemah domain silinder menggunakan sensor magnetoresistif.
Cara kedua adalah membaca destruktif. Gelembung diarahkan ke jalur pembangkitan/deteksi khusus, di mana gelembung dihancurkan oleh magnetisasi material ke depan. Jika material dimagnetisasi terbalik, yaitu ada gelembung, ini akan menyebabkan lebih banyak arus dalam koil dan ini akan dideteksi oleh sirkuit elektronik. Setelah itu, gelembung harus dibuat ulang di jalur rekaman khusus.
Namun, jika memori diatur sebagai satu larik yang berdekatan, maka akan ada dua kelemahan besar. Pertama, waktu akses akan sangat lama. Kedua, satu cacat pada rantai akan menyebabkan seluruh perangkat tidak dapat beroperasi sepenuhnya. Oleh karena itu, mereka membuat memori yang diorganisasikan dalam bentuk satu jalur utama, dan banyak jalur bawahan, seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Memori gelembung dengan satu trek berkelanjutan
Memori gelembung dengan track master/slave
Konfigurasi memori semacam itu memungkinkan tidak hanya untuk mengurangi waktu akses secara signifikan, tetapi juga memungkinkan produksi perangkat memori yang berisi sejumlah trek yang rusak. Pengontrol memori harus memperhitungkannya dan melewatinya selama operasi baca / tulis.
Gambar di bawah menunjukkan penampang "chip" memori gelembung.
Anda juga dapat membaca tentang prinsip bubble memory di [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - modul memori gelembung, MBM (magnetic-bubble memory) dengan kapasitas 1 MB (1048576 bit). Dialah yang digambarkan di KDPV. 1 megabit adalah kapasitas untuk menyimpan data pengguna, dengan mempertimbangkan trek yang berlebihan, kapasitas totalnya adalah 1310720 bit. Perangkat berisi 320 trek melingkar (loop) dengan kapasitas masing-masing 4096 bit, tetapi hanya 256 di antaranya yang digunakan untuk data pengguna, sisanya adalah cadangan untuk mengganti trek yang "rusak" dan untuk menyimpan kode koreksi kesalahan yang berlebihan. Perangkat ini memiliki arsitektur track-minor loop utama. Informasi tentang trek aktif terkandung dalam trek boot terpisah (bootstrap loop). Di KDPV, Anda dapat melihat kode heksadesimal yang tercetak langsung di modul. Ini adalah peta trek yang "rusak", 80 digit heksadesimal mewakili 320 trek data, yang aktif diwakili oleh satu bit, yang tidak aktif diwakili oleh nol.
Anda dapat membaca dokumentasi asli untuk modul tersebut di [7].
Perangkat memiliki kasing dengan susunan pin dua baris dan dipasang tanpa menyolder (dalam soket).
Struktur modul ditunjukkan pada gambar:
Susunan memori dibagi menjadi dua "setengah bagian" (half section), yang masing-masing dibagi menjadi dua "kuartal" (quads), setiap kuartal memiliki 80 track slave. Modul berisi pelat dengan bahan magnet yang terletak di dalam dua belitan ortogonal yang menciptakan medan magnet berputar. Untuk melakukan ini, sinyal arus berbentuk segitiga, yang dipindahkan 90 derajat relatif satu sama lain, diterapkan ke belitan. Rakitan pelat dan belitan ditempatkan di antara magnet permanen dan ditempatkan di pelindung magnet yang menutup fluks magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen dan melindungi perangkat dari medan magnet luar. Pelat ditempatkan pada kemiringan 2,5 derajat, yang menciptakan bidang perpindahan kecil di sepanjang lereng. Bidang ini dapat diabaikan dibandingkan dengan bidang gulungan, dan tidak mengganggu pergerakan gelembung selama pengoperasian perangkat, tetapi menggeser gelembung ke posisi tetap relatif terhadap elemen permalloy saat perangkat dimatikan. Komponen tegak lurus magnet permanen yang kuat mendukung keberadaan domain magnet gelembung.
Modul ini berisi node berikut:
- Trek memori. Langsung jejak elemen permalloy yang menahan dan memandu gelembung.
- pembangkit replikasi. Berfungsi untuk replikasi gelembung, yang selalu hadir di tempat generasi.
- Jalur input dan pertukaran node. Gelembung yang dihasilkan bergerak di sepanjang jalur masukan. Gelembung dipindahkan ke salah satu dari 80 trek budak.
- Jalur keluaran dan simpul replikasi. Gelembung dikurangi dari trek data tanpa merusaknya. Gelembung terbagi menjadi dua bagian, dan salah satunya menuju ke jalur keluaran.
- Detektor. Gelembung dari jalur keluaran memasuki detektor magnetoresistive.
- Memuat jalur. Jalur boot berisi informasi tentang jalur data aktif dan tidak aktif.
Di bawah ini kita akan melihat node-node ini secara lebih rinci. Anda juga dapat membaca deskripsi node ini di [6].
generasi gelembung
Untuk menghasilkan gelembung, di awal jalur input terdapat konduktor yang ditekuk dalam bentuk lingkaran kecil. Pulsa arus diterapkan padanya, yang menciptakan medan magnet di area yang sangat kecil lebih kuat dari medan magnet permanen. Impuls menciptakan gelembung pada titik ini, yang dipertahankan secara permanen oleh medan magnet konstan dan bersirkulasi di sepanjang elemen permalloy di bawah pengaruh medan magnet yang berputar. Jika kita perlu menulis satu unit ke memori, kita menerapkan pulsa pendek ke loop konduktor, dan sebagai hasilnya, dua gelembung lahir (ditunjukkan sebagai biji pecah Gelembung pada gambar). Salah satu gelembung dilarikan oleh bidang yang berputar di sepanjang jalur permalloy, yang kedua tetap di tempatnya dan dengan cepat memperoleh ukuran aslinya. Ia kemudian berpindah ke salah satu jalur budak, dan bertukar tempat dengan gelembung yang bersirkulasi di dalamnya. Itu, pada gilirannya, mencapai ujung jalur input dan menghilang.
pertukaran gelembung
Pertukaran gelembung terjadi ketika pulsa arus persegi diterapkan ke konduktor yang sesuai. Dalam hal ini, gelembung tidak terbelah menjadi dua bagian.
Membaca data
Data dikirim ke jalur keluaran dengan replikasi, dan terus beredar di jalurnya setelah dibaca. Dengan demikian, perangkat ini menerapkan metode membaca yang tidak merusak. Untuk mereplikasi, gelembung diarahkan di bawah elemen permalloy yang memanjang, di mana ia diregangkan. Di atas juga terdapat konduktor berupa loop, jika pulsa arus diterapkan pada loop, gelembung akan terbagi menjadi dua bagian. Pulsa arus terdiri dari bagian pendek arus tinggi untuk membagi gelembung menjadi dua dan bagian yang lebih panjang dari arus rendah untuk mengarahkan gelembung ke jalur keluar.
Di ujung jalur keluaran adalah Detektor Gelembung, jembatan magnetoresistif yang terbuat dari elemen permalloy yang membentuk sirkuit panjang. Ketika gelembung magnet jatuh di bawah elemen permalloy, hambatannya berubah, dan perbedaan potensial beberapa milivolt muncul di keluaran jembatan. Bentuk elemen permalloy dipilih sehingga gelembung bergerak di sepanjang elemen tersebut, pada akhirnya mengenai ban "pelindung" khusus dan menghilang.
Redundansi
Perangkat berisi 320 trek, masing-masing dengan 4096 bit. Dari jumlah tersebut, 272 aktif, 48 cadangan, tidak aktif.
Jalur boot (Boot Loop)
Perangkat berisi 320 trek data, 256 di antaranya dimaksudkan untuk menyimpan data pengguna, sisanya mungkin rusak atau berfungsi sebagai cadangan untuk menggantikan yang rusak. Satu track tambahan berisi informasi tentang penggunaan track data, 12 bit per track. Ketika sistem dihidupkan, itu harus diinisialisasi. Selama proses inisialisasi, pengontrol harus membaca jalur boot dan menulis informasi darinya ke register khusus chip pemformatan / sensor arus. Kemudian pengontrol hanya akan menggunakan trek aktif, dan yang tidak aktif akan diabaikan dan tidak akan ditulis.
Gudang Data - Struktur
Dari sudut pandang pengguna, data disimpan dalam 2048 halaman masing-masing 512 bit. 256 byte data, 14 bit kode koreksi kesalahan, dan 2 bit yang tidak digunakan disimpan di setiap bagian perangkat.
Koreksi kesalahan
Deteksi dan koreksi kesalahan dapat dilakukan oleh chip sensor arus, yang berisi dekoder kode 14-bit yang mengoreksi satu kesalahan hingga panjang 5 bit (kesalahan meledak) di setiap blok 270 bit (termasuk kode itu sendiri). Kode ditambahkan ke akhir setiap blok 256-bit. Kode koreksi dapat digunakan atau tidak digunakan, atas permintaan pengguna, verifikasi kode dapat dihidupkan atau dimatikan di pengontrol. Jika tidak ada kode yang digunakan, semua 270 bit dapat digunakan untuk data pengguna.
Waktu akses
Medan magnet berputar pada frekuensi 50 kHz. Waktu akses rata-rata ke bit pertama dari halaman pertama adalah 41 ms, yang merupakan setengah dari waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus penuh melalui trek ditambah waktu yang diperlukan untuk melewati trek keluaran.
320 trek aktif dan cadangan dibagi menjadi empat bagian masing-masing 80 trek. Organisasi ini mengurangi waktu akses. Kuartal dialamatkan berpasangan: setiap pasangan kuarter masing-masing berisi potongan kata genap dan ganjil. Perangkat berisi empat jalur masukan dengan empat gelembung awal, dan empat jalur keluaran. Trek keluaran menggunakan dua detektor, mereka diatur sedemikian rupa sehingga dua gelembung dari dua trek tidak pernah mengenai satu detektor pada saat yang bersamaan. Dengan demikian, empat aliran gelembung dimultipleks dan diubah menjadi dua aliran bit dan disimpan dalam register chip sensor arus. Di sana, isi register dimultipleks lagi dan dikirim ke pengontrol melalui antarmuka serial.
Di bagian kedua artikel, kita akan melihat lebih dekat sirkuit pengontrol memori gelembung.
4. Referensi
Penulis menemukan di sudut tergelap jaringan dan menyimpan untuk Anda banyak informasi teknis yang berguna tentang memori pada CMD, riwayatnya, dan aspek terkait lainnya:
1. β Dua kenangan insinyur Bobek
2. - Dua kenangan insinyur Bobek (bagian 2)
3. β Memori gelembung
4. Adaptasi Memori Gelembung Magnetik dalam Lingkungan Komputer Mikro Standar
5. β Memori Gelembung TIB 0203 Texas Instruments
6. β Buku Pegangan Komponen Memori. Intel 1983.
7. 7110 Memori Gelembung 1-Megabit
Sumber: www.habr.com