Mynd úr safni höfundar
1. Saga
Bubble memory, eða sívalur segulmagnaðir lénsminni, er óstöðugt minni þróað hjá Bell Labs árið 1967 af Andrew Bobeck. Rannsóknir hafa sýnt að lítil sívöl segulsvið myndast í einkristalþunnum filmum af ferrítum og granatum þegar nægilega sterkt segulsvið er beint hornrétt á yfirborð filmunnar. Með því að breyta segulsviðinu er hægt að færa þessar loftbólur. Slíkir eiginleikar gera segulmagnaðir loftbólur tilvalin til að byggja upp raðbitageymslu, eins og vaktskrá, þar sem tilvist eða fjarvera kúla á ákveðinni stöðu gefur til kynna núll eða einn bitagildi. Bólan er tíundu úr míkron í þvermál og einn flís getur geymt þúsundir gagnabita. Svo, til dæmis, vorið 1977, kynnti Texas Instruments fyrst flís með afkastagetu upp á 92304 bita á markaðinn. Þetta minni er óstöðugt, sem gerir það svipað og segulband eða diskur, en vegna þess að það er í föstu formi og inniheldur enga hreyfanlega hluta er það áreiðanlegra en segulband eða diskur, þarfnast ekkert viðhalds og er miklu minna og léttara. , og er hægt að nota í flytjanlegum tækjum.
Upphaflega lagði Andrew Bobek, sem fann upp bóluminni, fram „einvíddar“ útgáfu af minni, í formi þráðs sem þunn ræma af járnsegulefni er vafið utan um. Slík minning var kölluð „twistor“ minni, og var meira að segja fjöldaframleidd, en var fljótlega tekin af hólmi „tvívíddar“ útgáfan.
Þú getur lesið um sögu sköpunar bóluminni í [1-3].
2. Starfsregla
Hér bið ég þig að fyrirgefa mér, ég er ekki eðlisfræðingur, þannig að framsetningin verður mjög áætluð.
Sum efni (eins og gadolinium gallíum granat) hafa þann eiginleika að vera segulmagnaðir í aðeins eina átt og ef stöðugu segulsviði er beitt meðfram þessum ás munu segulmagnaðir svæðin mynda eitthvað eins og loftbólur, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Hver kúla er aðeins nokkrar míkron í þvermál.
Segjum sem svo að við séum með þunna, af stærðargráðunni 0,001 tommu, kristallaða filmu af slíku efni sem er sett á ósegulmagnað, eins og gler, undirlag.
Þetta snýst allt um töfrabólur. Myndin til vinstri - það er ekkert segulsvið, myndin til hægri - segulsviðinu er beint hornrétt á yfirborð filmunnar.
Ef á yfirborði filmu af slíku efni myndast mynstur úr segulmagnuðu efni, til dæmis permalloy, járn-nikkel málmblöndu, þá verða loftbólurnar segulmagnaðir í þætti þessa mynsturs. Venjulega eru mynstur í formi T-laga eða V-laga þátta notuð.
Ein kúla er hægt að mynda með segulsviði upp á 100-200 oersteds, sem er beitt hornrétt á segulfilmuna og er búið til með varanlegum segli, og snúnings segulsvið sem myndast af tveimur spólum í XY áttir, gerir þér kleift að hreyfa þig bólulénin frá einni segulmagnuðu „eyju“ til annarrar, eins og þetta sést á myndinni. Eftir fjórfalda stefnu segulsviðsins mun lénið færast frá einni eyju til annarrar.
Allt þetta gerir okkur kleift að líta á CMD tækið sem vaktaskrá. Ef við myndum loftbólur í öðrum enda skrárinnar og greinum þær á hinum, þá getum við blásið ákveðið mynstur af loftbólum um og notað kerfið sem minnistæki, lesið og skrifað bita á ákveðnum tímum.
Héðan fylgja kostir og gallar CMD minnis: kosturinn er orkusjálfstæði (svo lengi sem hornréttu sviði sem myndast af varanlegum seglum er beitt, hverfa loftbólurnar hvergi og hreyfast ekki úr stöðum sínum), og ókosturinn er langur aðgangstími, vegna þess til að fá aðgang að handahófskenndum bita þarftu að skruna alla vaktaskrána í þá stöðu sem óskað er eftir og því lengri sem hún er, því fleiri lotur mun þetta krefjast.
Mynstur segulþátta á CMD segulfilmunni.
Stofnun segulsviðs kallast á ensku „nucleation“ og felst í því að nokkur hundruð milliamparastraumur er lagður á vinduna í um það bil 100 ns tíma og segulsvið myndast sem er hornrétt á filmu og andstæða sviði varanlegs seguls. Við það myndast segulmagnaðir „kúla“ - sívalur segulmagnaðir lén í kvikmyndinni. Ferlið er því miður mjög háð hitastigi, það er mögulegt að skrifaðgerð mistekst án þess að kúla myndist eða margar loftbólur myndast.
Nokkrar aðferðir eru notaðar til að lesa gögn úr kvikmynd.
Ein leið, óeyðandi lestur, er að greina veikt segulsvið sívalningslaga lénsins með því að nota segulviðnámsskynjara.
Önnur leiðin er eyðileggjandi lestur. Bólan er flutt í sérstaka kynslóð/skynjunarbraut, þar sem bólan eyðileggst með fram segulvæðingu efnisins. Ef efnið væri öfugt segulmagnað, þ.e.a.s. loftbóla væri til staðar, myndi það valda meiri straumi í spólunni og það yrði greint af rafrásunum. Eftir það verður að búa til bóluna aftur á sérstöku upptökulagi.
Hins vegar, ef minnið er skipulagt sem eitt samfellt fylki, þá mun það hafa tvo stóra galla. Í fyrsta lagi verður aðgangstíminn mjög langur. Í öðru lagi mun einn galli í keðjunni leiða til algjörrar óvirkni alls tækisins. Þess vegna búa þeir til minni sem er skipulögð í formi eins aðallags og margra víkjandi laga, eins og sýnt er á myndinni.
Bubbluminni með einu samfelldu lagi
Bubbluminni með master/slave lögum
Slík minnisstilling gerir ekki aðeins kleift að draga verulega úr aðgangstímanum, heldur gerir það einnig kleift að framleiða minnistæki sem innihalda ákveðinn fjölda gallaðra laga. Minnisstýringin verður að taka tillit til þeirra og fara framhjá þeim við lestur/skrifaðgerðir.
Myndin hér að neðan sýnir þverskurð af „kúluminni“.
Þú getur líka lesið um meginregluna um bóluminni í [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - kúluminniseining, MBM (segulkúlaminni) með afkastagetu 1 MB (1048576 bitar). Það er hann sem er sýndur á KDPV. 1 megabit er getu til að geyma notendagögn, að teknu tilliti til óþarfa brauta, heildargetan er 1310720 bitar. Tækið inniheldur 320 lykkjur (lykkjur) með getu upp á 4096 bita hver, en aðeins 256 þeirra eru notuð fyrir notendagögn, afgangurinn er varasjóður til að skipta út „brotnum“ lögum og til að geyma óþarfa villuleiðréttingarkóða. Tækið er með meiriháttar lag-minni lykkjuarkitektúr. Upplýsingar um virk lög eru í sérstakri ræsibraut (bootstrap loop). Á KDPV geturðu séð sextándakóðann prentaðan rétt á einingunni. Þetta er kortið af „brotnum“ lögum, 80 sextánsstafir tákna 320 gagnaspor, virkar eru táknaðar með einum bita, óvirkar með núlli.
Þú getur lesið upprunalegu skjölin fyrir eininguna í [7].
Tækið er með hulstri með tvíraða uppröðun pinna og er fest án lóða (í fals).
Uppbygging einingarinnar er sýnd á myndinni:
Minnisfylkingunni er skipt í tvo "hálfkafla" (hálfkafla), sem hvor um sig er skipt í tvo "fjórðunga" (fjórðunga), hver fjórðungur hefur 80 þrælalög. Einingin inniheldur plötu með segulmagnuðu efni sem staðsett er innan í tveimur hornréttum vafningum sem búa til snúnings segulsvið. Til að gera þetta eru straummerki með þríhyrningslaga lögun, færð um 90 gráður miðað við hvert annað, beitt á vafningarnar. Samsetning plötunnar og vafninganna er sett á milli varanlegu seglanna og sett í segulskjöld sem lokar segulflæðinu sem myndast af varanlegu seglunum og verndar tækið fyrir ytri segulsviðum. Platan er sett í 2,5 gráðu halla sem skapar lítið tilfærslusvið meðfram brekkunni. Þetta svið er hverfandi miðað við svið spólanna og truflar ekki hreyfingu loftbólanna meðan tækið er í notkun, heldur færir loftbólurnar í fastar stöður miðað við permalloy þættina þegar slökkt er á tækinu. Sterkur hornréttur hluti varanlegra segla styður tilvist kúla segulsviða.
Einingin inniheldur eftirfarandi hnúta:
- Minnislög. Beint þessi lög af permalloy þáttum sem halda og leiðbeina loftbólunum.
- afritunarrafall. Þjónar fyrir endurgerð bólu, sem er stöðugt til staðar á stað kynslóðarinnar.
- Inntaksbraut og skiptihnútar. Bólurnar sem myndast hreyfast eftir inntaksbrautinni. Bubbles eru fluttar á eitt af 80 þrælabrautum.
- Úttaksbraut og afritunarhnútur. Bólur eru dregnar frá gagnaslóðum án þess að eyðileggja þær. Bólan skiptist í tvo hluta og annar þeirra fer í úttaksbrautina.
- Skynjari. Bólur frá úttaksbrautinni fara inn í segulviðnámsskynjarann.
- Hleðsla lag. Stígvélabrautin inniheldur upplýsingar um virkar og óvirkar gagnabrautir.
Hér að neðan munum við skoða þessa hnúta nánar. Þú getur líka lesið lýsinguna á þessum hnútum í [6].
kúla kynslóð
Til að búa til kúla, strax í upphafi inntaksbrautarinnar er leiðari beygður í formi lítillar lykkju. Straumpúls er beitt á það sem myndar segulsvið á mjög litlu svæði sterkara en sviði varanlegra segla. Höggið myndar kúla á þessum tímapunkti, sem er varanlega viðhaldið af stöðugu segulsviði og dreifist meðfram permalloy frumefninu undir áhrifum snúnings segulsviðs. Ef við þurfum að skrifa einingu í minni, berum við stuttum púlsi á leiðslulykkjuna og fyrir vikið fæðast tvær loftbólur (gefin til kynna sem kúlaklofin fræ á myndinni). Önnur loftbólan flýtur með snúningsreitnum meðfram permalloy-brautinni, sú seinni helst á sínum stað og fær fljótt upprunalega stærð. Það færist síðan á eitt af þrælabrautunum og skiptir um stað við kúluna sem hringsólar í henni. Það, aftur á móti, nær enda á inntaksbrautinni og hverfur.
bóluskipti
Bóluskipti eiga sér stað þegar rétthyrndum straumpúlsi er beitt á samsvarandi leiðara. Í þessu tilviki skiptist kúlan ekki í tvo hluta.
Að lesa gögn
Gögnin eru send til úttaksbrautarinnar með afritun og halda áfram að dreifa í brautinni eftir að þau hafa verið lesin. Þannig útfærir þetta tæki óeyðandi lestraraðferð. Til að endurtaka er kúlan stýrð undir ílangan permalloy frumefni, þar sem hún er teygð. Fyrir ofan er líka leiðari í lykkjuformi, ef straumpúls er sett á lykkjuna þá skiptist kúlan í tvo hluta. Straumpúlsinn samanstendur af stuttum kafla með miklum straumi til að skipta loftbólunni í tvo hluta og lengri kafla með minni straumi til að beina bólunni að útgöngubrautinni.
Í lok úttaksbrautarinnar er kúlaskynjarinn, segulviðnámsbrú úr permalloy þáttum sem mynda langa hringrás. Þegar segulkúla fellur undir permalloy frumefni breytist viðnám hennar og mögulegur munur upp á nokkur millivolta birtist við úttak brúarinnar. Lögun permalloy þáttanna er valin þannig að kúlan hreyfist meðfram þeim, í lokin lendir hún á sérstöku „verndar“ dekki og hverfur.
Offramboð
Tækið inniheldur 320 lög, hvert með 4096 bitum. Þar af eru 272 virkir, 48 til vara, óvirkir.
Boot track (Boot Loop)
Tækið inniheldur 320 gagnaslóðir, þar af 256 ætlaðar til að geyma notendagögn, restin gæti verið gölluð eða gæti þjónað sem varahluti til að koma í stað gallaðra. Eitt lag til viðbótar inniheldur upplýsingar um notkun gagnalaga, 12 bita á hvert lag. Þegar kveikt er á kerfinu verður að frumstilla það. Meðan á frumstillingarferlinu stendur verður stjórnandinn að lesa ræsibrautina og skrifa upplýsingar úr henni í sérstaka skrá yfir sniðflöguna / straumskynjarann. Þá mun stjórnandinn aðeins nota virk lög og óvirk verða hunsuð og ekki verður skrifað á þær.
Gagnahús - Uppbygging
Frá sjónarhóli notandans eru gögnin geymd á 2048 síðum með 512 bita hverri. 256 bæti af gögnum, 14 bita af villuleiðréttingarkóða og 2 ónotaðir bitar eru geymdir í hvorum helmingi tækisins.
Villuleiðrétting
Villuuppgötvun og leiðrétting er hægt að framkvæma með straumskynjarakubbi, sem inniheldur 14 bita kóðaafkóðara sem leiðréttir eina villu allt að 5 bita langa (burst error) í hverri blokk með 270 bitum (þar á meðal kóðann sjálfan). Kóðanum er bætt við lok hvers 256 bita blokkar. Leiðréttingarkóðann er hægt að nota eða ekki nota, að beiðni notandans er hægt að kveikja eða slökkva á kóðastaðfestingu í stjórnandanum. Ef enginn kóði er notaður er hægt að nota alla 270 bitana fyrir notendagögn.
Aðgangstími
Segulsviðið snýst á 50 kHz tíðni. Meðalaðgangstími að fyrsta bita fyrstu síðu er 41 ms, sem er helmingur þess tíma sem það tekur að klára heila lotu í gegnum brautina auk þess tíma sem það tekur að fara í gegnum úttaksbrautina.
320 virku og varabrautirnar eru skipt í fjóra hluta með 80 brautum hvor. Þetta skipulag dregur úr aðgangstímanum. Fjórðungar eru ávarpaðir í pörum: hvert par af fjórðungum inniheldur jafna og staka bita af orðinu, í sömu röð. Tækið inniheldur fjögur inntakslög með fjórum upphafsbólum og fjögur úttakslög. Úttakslögin nota tvo skynjara, þau eru þannig skipulögð að tvær loftbólur úr tveimur brautum lenda aldrei í einum skynjara á sama tíma. Þannig eru kúlustraumarnir fjórir margfaldaðir og breyttir í tveggja bita strauma og geymdir í skrám núverandi skynjaraflís. Þar er innihald skránna aftur margfaldað og sent til stjórnandans í gegnum raðviðmótið.
Í seinni hluta greinarinnar munum við skoða nánar rafrásir kúluminnisstýringarinnar.
4. Heimildir
Höfundur fann í myrkustu hornum netkerfisins og sparaði þér mikið af gagnlegum tæknilegum upplýsingum um minni á CMD, sögu þess og aðra tengda þætti:
1. — Tvær minningar um Bobek vélstjóra
2. - Tvær minningar um Bobek verkfræðing (hluti 2)
3. — Bubblaminni
4. Aðlögun á segulbubbluminni í venjulegu örtölvuumhverfi
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. — Handbók minnishluta. Intel 1983.
7. 7110 1 megabita kúluminni
Heimild: www.habr.com