Фото автордың жинағынан
1. Тарихы
Көпіршікті жады немесе цилиндрлік магниттік домен жады - 1967 жылы Bell Labs компаниясында Эндрю Бобек әзірлеген тұрақты жады. Зерттеулер көрсеткендей, жеткілікті күшті магнит өрісі пленка бетіне перпендикуляр бағытталған кезде ферриттер мен гранаттардың бір кристалды жұқа қабықшаларында шағын цилиндрлік магниттік домендер пайда болады. Магнит өрісін өзгерту арқылы бұл көпіршіктерді жылжытуға болады. Мұндай қасиеттер магниттік көпіршіктерді ауыспалы регистр сияқты дәйекті бит қоймасын құру үшін өте қолайлы етеді, онда белгілі бір позицияда көпіршіктің болуы немесе болмауы нөлдік немесе бір бит мәнін көрсетеді. Көпіршіктің диаметрі микронның оннан бір бөлігін құрайды және бір чип мыңдаған бит деректерді сақтай алады. Мысалы, 1977 жылдың көктемінде Texas Instruments алғаш рет нарыққа сыйымдылығы 92304 бит болатын чипті шығарды. Бұл жад тұрақты емес, оны магниттік таспаға немесе дискіге ұқсас етеді, бірақ ол қатты күйде болғандықтан және қозғалатын бөліктері жоқ болғандықтан, ол таспаға немесе дискіге қарағанда сенімдірек, техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді және әлдеқайда кішірек және жеңіл. , және портативті құрылғыларда қолдануға болады.
Бастапқыда көпіршікті жадының өнертапқышы Эндрю Бобек жадтың «бір өлшемді» нұсқасын ұсынды, оның айналасында ферромагниттік материалдың жұқа жолағы оралған жіп түріндегі. Мұндай жады «бұралмалы» жады деп аталды, тіпті жаппай шығарылды, бірақ көп ұзамай «екі өлшемді» нұсқасымен ауыстырылды.
Көпіршікті жадының жасалу тарихы туралы [1-3] оқуға болады.
2. Жұмыс принципі
Міне, мен сізден кешірім сұраймын, мен физик емеспін, сондықтан презентация өте шамамен болады.
Кейбір материалдар (мысалы, гадолиний галлий гранаты) тек бір бағытта магниттелетін қасиетке ие және егер осы ось бойымен тұрақты магнит өрісі қолданылса, магниттелген аймақтар төмендегі суретте көрсетілгендей көпіршіктер тәрізді нәрсені құрайды. Әрбір көпіршіктің диаметрі бірнеше микрон ғана.
Бізде 0,001 дюймдік жұқа кристалды қабық бар делік, мұндай материалдың магнитті емес, мысалы, шыны, субстратқа орналастырылған.
Мұның бәрі сиқырлы көпіршіктер туралы. Сол жақтағы сурет – магнит өрісі жоқ, оң жақтағы сурет – магнит өрісі пленка бетіне перпендикуляр бағытталған.
Егер мұндай материалдың қабықшасының бетінде магниттік материалдан, мысалы, пермаллойдан, темір-никель қорытпасынан өрнек түзілсе, онда көпіршіктер осы өрнектің элементтеріне магниттеледі. Әдетте T-тәрізді немесе V-тәрізді элементтер түріндегі үлгілер қолданылады.
Жалғыз көпіршікті магниттік пленкаға перпендикуляр қолданылатын және тұрақты магнит арқылы жасалған 100-200 эрст магнит өрісі құруға болады, ал XY бағыттағы екі катушкадан құралған айналмалы магнит өрісі көпіршікті домендердің қозғалуына мүмкіндік береді. бір магниттік «аралдан» екіншісіне, суретте көрсетілгендей. Магнит өрісінің бағытын төрт рет өзгерткеннен кейін домен бір аралдан көршісіне ауысады.
Мұның бәрі CMD құрылғысын ауысым регистрі ретінде қарастыруға мүмкіндік береді. Егер біз регистрдің бір ұшында көпіршіктерді қалыптастырсақ және оларды екінші жағынан анықтасақ, онда біз көпіршіктердің белгілі бір үлгісін айналаға үрлеп, жүйені жад құрылғысы ретінде пайдалана аламыз, белгілі бір уақытта биттерді оқу және жазу.
Осы жерден CMD жадының артықшылықтары мен кемшіліктерін қадағалаңыз: артықшылығы - энергетикалық тәуелсіздік (тұрақты магниттер жасаған перпендикуляр өріс қолданылғанша, көпіршіктер еш жерде жоғалып кетпейді және өз орындарынан қозғалмайды), ал кемшілігі - бұл ұзақ қол жеткізу уақыты, өйткені ерікті битке қол жеткізу үшін бүкіл ауыстыру регистрін қажетті орынға айналдыру керек және ол неғұрлым ұзақ болса, соғұрлым көп цикл қажет болады.
CMD магнитті пленкадағы магниттік элементтердің үлгісі.
Магниттік доменді құру ағылшын тілінде «нуклеация» деп аталады және орамға шамамен 100 нс уақыт ішінде бірнеше жүз миллиампер ток қолданылып, магнит өрісіне перпендикуляр болатын магнит өрісі пайда болады. пленка және тұрақты магнит өрісіне қарама-қарсы. Бұл магниттік «көпіршік» - пленкадағы цилиндрлік магниттік доменді жасайды. Процесс, өкінішке орай, температураға өте тәуелді, көпіршік түзілмей жазу операциясы сәтсіз аяқталуы немесе бірнеше көпіршіктердің пайда болуы мүмкін.
Фильмдегі деректерді оқу үшін бірнеше әдістемелер қолданылады.
Бұзбайтын оқудың бір жолы - магниторезистивті сенсор арқылы цилиндрлік доменнің әлсіз магнит өрісін анықтау.
Екінші әдіс – деструктивті оқу. Көпіршік арнайы генерациялау/анықтау жолына бағытталған, онда көпіршік материалдың алға магниттелуі арқылы жойылады. Егер материал кері магниттелген болса, яғни көпіршік бар болса, бұл катушкада көбірек ток тудырады және бұл электронды схема арқылы анықталады. Осыдан кейін көпіршікті арнайы жазу жолында қайта жасау керек.
Дегенмен, егер жад бір іргелес массив ретінде ұйымдастырылса, онда оның екі үлкен кемшілігі болады. Біріншіден, кіру уақыты өте ұзақ болады. Екіншіден, тізбектегі бір ақау бүкіл құрылғының толық жұмыс істемеуіне әкеледі. Сондықтан олар суретте көрсетілгендей бір негізгі трек және көптеген бағынышты жолдар түрінде ұйымдастырылған жады жасайды.
Бір үздіксіз трекпен көпіршікті жад
Негізгі/жұмылдырық тректері бар көпіршікті жады
Жадтың мұндай конфигурациясы қол жеткізу уақытын айтарлықтай қысқартуға ғана емес, сонымен қатар ақаулы тректердің белгілі бір санын қамтитын жад құрылғыларын өндіруге мүмкіндік береді. Жад контроллері оларды ескеріп, оқу/жазу операциялары кезінде оларды айналып өтуі керек.
Төмендегі суретте көпіршікті жад «чипінің» көлденең қимасы көрсетілген.
Көпіршікті жады принципі туралы [4, 5] бөлімінен де оқуға болады.
3. Intel 7110
Intel 7110 – көпіршікті жад модулі, сыйымдылығы 1 МБ (1048576 бит) МБМ (магниттік көпіршік жады). Ол KDPV-де бейнеленген. 1 мегабит - артық тректерді ескере отырып, пайдаланушы деректерін сақтауға арналған сыйымдылық, жалпы сыйымдылығы 1310720 бит. Құрылғыда әрқайсысының сыйымдылығы 320 бит болатын 4096 ілмекті жолдар (ілмектер) бар, бірақ олардың тек 256-сы пайдаланушы деректері үшін пайдаланылады, қалғаны «үзілген» жолдарды ауыстыру және артық қателерді түзету кодын сақтау үшін резерв болып табылады. Құрылғыда «негізгі трек-кіші цикл» архитектурасы бар. Белсенді тректер туралы ақпарат бөлек жүктеу жолында (жүктеу циклі) қамтылған. KDPV-де сіз тікелей модульде басып шығарылған он алтылық кодты көре аласыз. Бұл «үзілген» тректердің картасы, 80 он алтылық сан 320 деректер жолын, белсенділері бір битпен, белсенді еместері нөлмен көрсетілген.
Модульге арналған түпнұсқа құжаттаманы [7] бөлімінен оқуға болады.
Құрылғының түйреуіштердің екі қатарлы орналасуы бар корпусы бар және дәнекерлеусіз (розеткаға) орнатылады.
Модуль құрылымы суретте көрсетілген:
Жад массиві екі «жарты секцияға» (жарты секцияға) бөлінген, олардың әрқайсысы екі «кварталға» (квадрат) бөлінген, әр тоқсанда 80 бағынышты жол бар. Модульде айналмалы магнит өрісін жасайтын екі ортогональды орамның ішінде орналасқан магниттік материалы бар пластина бар. Ол үшін орамдарға бір-біріне қатысты 90 градусқа ығысқан үшбұрышты пішінді ток сигналдары қолданылады. Пластиналар мен орамалардың жинағы тұрақты магниттер арасында орналастырылады және тұрақты магниттер тудыратын магнит ағынын жабатын және құрылғыны сыртқы магнит өрістерінен қорғайтын магниттік қалқанға орналастырылады. Пластина 2,5 градус көлбеуде орналастырылған, бұл көлбеу бойымен шағын орын ауыстыру өрісін жасайды. Бұл өріс катушкалардың өрісімен салыстырғанда шамалы және құрылғының жұмысы кезінде көпіршіктердің қозғалысына кедергі жасамайды, бірақ құрылғы өшірілген кезде көпіршіктерді тұрақты элементтерге қатысты бекітілген позицияларға ауыстырады. Тұрақты магниттердің күшті перпендикуляр құрамдас бөлігі көпіршікті магниттік домендердің болуын қолдайды.
Модульде келесі түйіндер бар:
- Жад тректері. Тікелей көпіршіктерді ұстайтын және бағыттайтын пермаллой элементтерінің ізі.
- репликация генераторы. Ұрпақ пайда болу орнында үнемі болатын көпіршікті қайталау үшін қызмет етеді.
- Трек және алмасу түйіндерін енгізу. Жасалған көпіршіктер кіріс жолының бойымен қозғалады. Көпіршіктер 80 құлдық жолдың біріне жылжытылады.
- Шығару жолы және репликация түйіні. Көпіршіктер деректер жолынан оларды жоймай алынып тасталады. Көпіршік екі бөлікке бөлінеді және олардың біреуі шығыс жолына өтеді.
- Детектор. Шығу жолындағы көпіршіктер магнитке төзімді детекторға түседі.
- Жол жүктелуде. Жүктеу жолында белсенді және белсенді емес деректер жолдары туралы ақпарат бар.
Төменде біз бұл түйіндерді толығырақ қарастырамыз. Сондай-ақ бұл түйіндердің сипаттамасын [6] бөлімінен оқуға болады.
көпіршік генерациясы
Көпіршікті генерациялау үшін кіріс жолының ең басында кішкентай ілмек түрінде иілген өткізгіш бар. Оған ток импульсі беріледі, ол тұрақты магниттер өрісінен күштірек өте аз аймақта магнит өрісін жасайды. Импульс осы нүктеде көпіршікті жасайды, ол тұрақты магнит өрісімен тұрақты түрде сақталады және айналмалы магнит өрісінің әсерінен пермаллой элементі бойымен айналады. Жадыға бірлікті жазу керек болса, өткізгіш контурға қысқа импульс береміз, нәтижесінде екі көпіршік пайда болады (суретте Bubble split seed ретінде көрсетілген). Көпіршіктердің бірі тұрақты құйма жолының бойымен айналмалы өріспен қозғалады, екіншісі орнында қалады және тез арада бастапқы өлшеміне ие болады. Содан кейін ол құлдық жолдардың біріне ауысады және онда айналатын көпіршікпен орындарды ауыстырады. Ол, өз кезегінде, кіріс жолының соңына жетеді және жоғалады.
Көпіршікті алмасу
Көпіршікті алмасу сәйкес өткізгішке тікбұрышты ток импульсі әсер еткенде орын алады. Бұл жағдайда көпіршік екі бөлікке бөлінбейді.
Мәліметтерді оқу
Деректер репликация арқылы шығыс жолына жіберіледі және оқылғаннан кейін өз жолында айналуды жалғастырады. Осылайша, бұл құрылғы оқудың бұзылмайтын әдісін жүзеге асырады. Көшіру үшін көпіршікті ұзартылған пермаллой элементінің астына бағыттайды, оның астында ол созылады. Жоғарыда контур түріндегі өткізгіш те бар, егер контурға ток импульсі берілсе, көпіршік екі бөлікке бөлінеді. Ағымдық импульс көпіршікті екі бөлікке бөлу үшін жоғары тогы бар қысқа секциядан және көпіршікті шығу жолына бағыттау үшін аз токпен ұзағырақ секциядан тұрады.
Шығару жолының соңында көпіршік детекторы орналасқан, ұзақ тізбекті құрайтын тұрақты элементтерден жасалған магнитке төзімді көпір. Магниттік көпіршік тұрақты металл элементінің астына түскенде, оның кедергісі өзгереді және көпірдің шығысында бірнеше милливольт потенциалдар айырымы пайда болады. Пермаллой элементтерінің пішіні көпіршік олардың бойымен қозғалатындай етіп таңдалады, соңында ол арнайы «күзет» шинасына соғылып, жоғалады.
Артықшылық
Құрылғыда әрқайсысы 320 биттен 4096 трек бар. Оның 272-сі белсенді, 48-і резервтік, белсенді емес.
Жүктеу жолы (жүктеу циклі)
Құрылғыда 320 деректер жолы бар, оның 256-сы пайдаланушы деректерін сақтауға арналған, қалғандары ақаулы болуы мүмкін немесе ақаулыларды ауыстыру үшін қосалқы бөлшектер ретінде қызмет етуі мүмкін. Бір қосымша трек деректер жолдарын пайдалану туралы ақпаратты қамтиды, әр трекке 12 бит. Жүйеге қуат берілгенде, оны іске қосу керек. Баптандыру процесінде контроллер жүктеу жолын оқып, одан ақпаратты пішімдеу чипінің / ағымдағы сенсордың арнайы регистріне жазуы керек. Содан кейін контроллер тек белсенді тректерді пайдаланады, ал белсенді еместері еленбейді және жазылмайды.
Деректер қоймасы – Құрылым
Пайдаланушының көзқарасы бойынша деректер әрқайсысы 2048 биттен тұратын 512 парақта сақталады. Құрылғының әрбір жартысында 256 байт деректер, 14 бит қателерді түзету коды және пайдаланылмаған 2 бит сақталады.
Қатені түзету
Қатені анықтау және түзетуді 14 биттен тұратын әрбір блокта (кодтың өзін қоса) ұзындығы 5 битке дейінгі бір қатені түзететін 270 биттік код декодері бар ағымдық сенсорлық чип арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Код әрбір 256 биттік блоктың соңына қосылады. Түзету кодын пайдалануға немесе қолданбауға болады, пайдаланушының өтініші бойынша кодты тексеру контроллерде қосылуы немесе өшірілуі мүмкін. Егер код пайдаланылмаса, пайдаланушы деректері үшін барлық 270 бит пайдаланылуы мүмкін.
Қол жеткізу уақыты
Магнит өрісі 50 кГц жиілікте айналады. Бірінші беттің бірінші битіне кірудің орташа уақыты 41 мс, бұл трек бойынша толық циклды аяқтауға кететін уақыттың жартысы, сонымен қатар шығыс жолынан өтуге кететін уақыт.
320 белсенді және қосалқы жолдар әрқайсысы 80 жолдан төрт бөлікке бөлінген. Бұл ұйым кіру уақытын қысқартады. Ширектер жұппен айтылады: әрбір ширек жұпта сәйкесінше сөздің жұп және тақ биттері бар. Құрылғы төрт бастапқы көпіршіктері бар төрт кіріс жолын және төрт шығыс жолын қамтиды. Шығу жолдарында екі детектор қолданылады, олар екі жолдан екі көпіршік бір мезгілде бір детекторға ешқашан соқпайтындай етіп ұйымдастырылған. Осылайша, төрт көпіршік ағыны мультиплексирленеді және екі разрядтық ағынға түрленеді және ағымдағы сенсорлық чиптің регистрлерінде сақталады. Онда регистрлердің мазмұны қайтадан мультиплексирленеді және сериялық интерфейс арқылы контроллерге жіберіледі.
Мақаланың екінші бөлігінде біз көпіршікті жад контроллерінің схемасын егжей-тегжейлі қарастырамыз.
4. Әдебиеттер
Автор желінің ең қараңғы бұрыштарынан тауып, сізге CMD жады, оның тарихы және басқа да қатысты аспектілер туралы көптеген пайдалы техникалық ақпаратты сақтады:
1. — Инженер Бөбек туралы екі естелік
2. - Инженер Бөбек туралы екі естелік (2 бөлім)
3. - Көпіршікті жады
4. Стандартты микрокомпьютерлік ортада магниттік көпіршікті жадты бейімдеу
5. — Texas Instruments TIB 0203 көпіршікті жады
6. — Жад компоненттері анықтамалығы. Intel 1983 ж.
7. 7110 1 мегабиттік көпіршік жады
Ақпарат көзі: www.habr.com