Foto no autora kolekcijas
1. VÄsture
Burbuļu atmiÅa jeb cilindriskÄ magnÄtiskÄ domÄna atmiÅa ir nemainÄ«ga atmiÅa, ko Bell Labs 1967. gadÄ izstrÄdÄja EndrjÅ« Bobeks. PÄtÄ«jumos konstatÄts, ka vienkristÄla plÄnÄs ferÄ«tu un granÄtu kÄrtiÅÄs veidojas nelieli cilindriski magnÄtiskie domÄni, ja perpendikulÄri plÄves virsmai ir vÄrsts pietiekami spÄcÄ«gs magnÄtiskais lauks. Mainot magnÄtisko lauku, Å”os burbuļus var pÄrvietot. Å Ädas Ä«paŔības padara magnÄtiskos burbuļus ideÄli piemÄrotus sÄrijveida bitu glabÄÅ”anai, piemÄram, maiÅu reÄ£istram, kurÄ burbuļa esamÄ«ba vai neesamÄ«ba noteiktÄ pozÄ«cijÄ norÄda uz nulles vai viena bita vÄrtÄ«bu. Burbuļa diametrs ir mikrona desmitdaļas, un viena mikroshÄma var uzglabÄt tÅ«kstoÅ”iem datu bitu. TÄ, piemÄram, 1977. gada pavasarÄ« Texas Instruments pirmo reizi tirgÅ« ieviesa mikroshÄmu ar 92304 bitu ietilpÄ«bu. Å Ä« atmiÅa ir nemainÄ«ga, padarot to lÄ«dzÄ«gu magnÄtiskajai lentei vai diskam, taÄu, tÄ kÄ tÄ ir cietÄ stÄvoklÄ« un tai nav kustÄ«gu daļu, tÄ ir uzticamÄka nekÄ lente vai disks, tai nav nepiecieÅ”ama apkope, un tÄ ir daudz mazÄka un vieglÄka. var izmantot portatÄ«vajÄs ierÄ«cÄs.
SÄkotnÄji burbuļu atmiÅas izgudrotÄjs EndrjÅ« Bobeks ierosinÄja "viendimensionÄlu" atmiÅas versiju vÄ«tnes veidÄ, ap kuru tiek apvÄ«ta plÄna feromagnÄtiskÄ materiÄla sloksne. Å Ädu atmiÅu sauca par "twistor" atmiÅu, un tÄ tika pat ražota masveidÄ, taÄu drÄ«z to aizstÄja "divdimensiju" versija.
Par burbuļu atmiÅas tapÅ”anas vÄsturi varat lasÄ«t [1-3].
2. Darbības princips
Å eit es lÅ«dzu jÅ«s man piedot, es neesmu fiziÄ·is, tÄpÄc prezentÄcija bÅ«s ļoti aptuvena.
Dažiem materiÄliem (piemÄram, gadolÄ«nija gallija granÄtam) piemÄ«t Ä«paŔība tikt magnetizÄtiem tikai vienÄ virzienÄ, un, ja pa Å”o asi tiek pielietots pastÄvÄ«gs magnÄtiskais lauks, magnetizÄtie apgabali veidos kaut ko lÄ«dzÄ«gu burbuļiem, kÄ parÄdÄ«ts attÄlÄ zemÄk. Katrs burbulis ir tikai dažu mikronu diametrÄ.
PieÅemsim, ka mums ir plÄna, apmÄram 0,001 collas, kristÄliska plÄve no Å”Äda materiÄla, kas uzklÄta uz nemagnÄtiska, piemÄram, stikla, substrÄta.
Tas viss ir par burvju burbuļiem. AttÄls pa kreisi - nav magnÄtiskÄ lauka, attÄls labajÄ pusÄ - magnÄtiskais lauks ir vÄrsts perpendikulÄri filmas virsmai.
Ja uz Å”Äda materiÄla plÄves virsmas tiek veidots raksts no magnÄtiska materiÄla, piemÄram, permaloy, dzelzs-niÄ·eļa sakausÄjuma, tad burbuļi tiks magnetizÄti lÄ«dz Ŕī raksta elementiem. Parasti tiek izmantoti raksti T-veida vai V-veida elementu formÄ.
Vienu burbuli var izveidot 100-200 oerstedu magnÄtiskais lauks, kas tiek uzklÄts perpendikulÄri magnÄtiskajai plÄvei un tiek izveidots ar pastÄvÄ«go magnÄtu, un rotÄjoÅ”ais magnÄtiskais lauks, ko veido divas spoles XY virzienos, ļauj pÄrvietoties. burbuļu domÄni no vienas magnÄtiskÄs "salas" uz otru, kÄ parÄdÄ«ts attÄlÄ. PÄc ÄetrkÄrtÄ«gas magnÄtiskÄ lauka virziena maiÅas domÄns pÄrvietosies no vienas salas uz nÄkamo.
Tas viss ļauj mums uzskatÄ«t CMD ierÄ«ci par maiÅu reÄ£istru. Ja mÄs veidojam burbuļus vienÄ reÄ£istra galÄ un atklÄjam tos otrÄ, tad mÄs varam izpÅ«st noteiktu burbuļu modeli un izmantot sistÄmu kÄ atmiÅas ierÄ«ci, kas noteiktos laikos lasa un raksta bitus.
No Å”ejienes izriet CMD atmiÅas priekÅ”rocÄ«bas un trÅ«kumi: priekÅ”rocÄ«ba ir enerÄ£ÄtiskÄ neatkarÄ«ba (kamÄr tiek pielietots pastÄvÄ«go magnÄtu radÄ«ts perpendikulÄrs lauks, burbuļi nekur nepazudÄ«s un nepÄrvietosies no savÄm pozÄ«cijÄm), un trÅ«kums ir ilgs piekļuves laiks, jo lai piekļūtu patvaļīgam bitam, viss maiÅu reÄ£istrs ir jÄritina lÄ«dz vajadzÄ«gajai pozÄ«cijai, un jo ilgÄks tas ir, jo vairÄk ciklu tas prasÄ«s.
MagnÄtisko elementu raksts uz CMD magnÄtiskÄs plÄves.
MagnÄtiskÄ domÄna izveidi angliski sauc par "nucleation", un tas sastÄv no tÄ, ka tinumam apmÄram 100 ns tiek pievadÄ«ta vairÄku simtu miliamperu strÄva un tiek izveidots magnÄtiskais lauks, kas ir perpendikulÄrs tinumam. plÄvi un pretÄ« pastÄvÄ«gÄ magnÄta laukam. TÄdÄjÄdi filmÄ tiek izveidots magnÄtisks "burbulis" - cilindrisks magnÄtiskais domÄns. DiemžÄl process ir ļoti atkarÄ«gs no temperatÅ«ras, iespÄjams, ka rakstÄ«Å”anas darbÄ«ba neizdodas, neveidojot burbuli, vai var veidoties vairÄki burbuļi.
Datu nolasÄ«Å”anai no filmas tiek izmantotas vairÄkas metodes.
Viens no veidiem, nesagraujoÅ”Ä nolasÄ«Å”ana, ir cilindriskÄ domÄna vÄjÄ magnÄtiskÄ lauka noteikÅ”ana, izmantojot magnetorezistÄ«vo sensoru.
Otrs veids ir destruktÄ«va lasÄ«Å”ana. Burbulis tiek novirzÄ«ts uz Ä«paÅ”u Ä£enerÄÅ”anas/atklÄÅ”anas trasi, kur burbulis tiek iznÄ«cinÄts, materiÄla magnetizÄjot uz priekÅ”u. Ja materiÄls bÅ«tu apgriezts magnetizÄts, t.i., tajÄ bÅ«tu burbulis, tas izraisÄ«tu lielÄku strÄvu spolÄ, un to noteiktu elektroniskÄ shÄma. PÄc tam burbulis ir jÄÄ£enerÄ no jauna Ä«paÅ”Ä ierakstÄ«Å”anas celiÅÄ.
TomÄr, ja atmiÅa ir sakÄrtota kÄ viens blakus esoÅ”ais masÄ«vs, tai bÅ«s divi lieli trÅ«kumi. PirmkÄrt, piekļuves laiks bÅ«s ļoti garÅ”. OtrkÄrt, viens Ä·Ädes defekts novedÄ«s pie visas ierÄ«ces pilnÄ«gas nedarboÅ”anÄs. TÄpÄc tie veido atmiÅu, kas sakÄrtota viena galvenÄ celiÅa un daudzu pakÄrtoto celiÅu veidÄ, kÄ parÄdÄ«ts attÄlÄ.
Burbuļu atmiÅa ar vienu nepÄrtrauktu celiÅu
Burbuļu atmiÅa ar master/slave celiÅiem
Å Äda atmiÅas konfigurÄcija ļauj ne tikai ievÄrojami samazinÄt piekļuves laiku, bet arÄ« ļauj ražot atmiÅas ierÄ«ces, kas satur noteiktu skaitu bojÄtu celiÅu. AtmiÅas kontrollerim tie jÄÅem vÄrÄ un jÄapiet lasÄ«Å”anas/rakstÄ«Å”anas darbÄ«bu laikÄ.
ZemÄk esoÅ”ajÄ attÄlÄ parÄdÄ«ts burbuļa atmiÅas "mikroshÄmas" ŔķÄrsgriezums.
Par burbuļu atmiÅas principu var lasÄ«t arÄ« [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - burbuļu atmiÅas modulis, MBM (magnÄtiskÄ burbuļa atmiÅa) ar ietilpÄ«bu 1 MB (1048576 biti). TieÅ”i viÅÅ” ir attÄlots uz KDPV. 1 megabits ir lietotÄja datu glabÄÅ”anas jauda, āāÅemot vÄrÄ liekos celiÅus, kopÄjÄ ietilpÄ«ba ir 1310720 biti. IerÄ«ce satur 320 cilpas celiÅus (cilpas) ar ietilpÄ«bu 4096 biti katrÄ, bet tikai 256 no tiem tiek izmantoti lietotÄja datiem, pÄrÄjais ir rezerve āsalauztuā celiÅu nomaiÅai un lieka kļūdu laboÅ”anas koda glabÄÅ”anai. IerÄ«cei ir liela sliežu mazo cilpu arhitektÅ«ra. InformÄcija par aktÄ«vajiem celiÅiem ir ietverta atseviÅ”Ä·Ä sÄknÄÅ”anas celiÅÄ (sÄknÄÅ”anas cilpa). KDPV var redzÄt heksadecimÄlo kodu, kas izdrukÄts tieÅ”i uz moduļa. Å Ä« ir āŔķeltoā celiÅu karte, 80 heksadecimÄlie cipari apzÄ«mÄ 320 datu celiÅus, aktÄ«vos ā ar vienu bitu, neaktÄ«vos ā ar nulli.
Moduļa oriÄ£inÄlo dokumentÄciju varat izlasÄ«t sadaÄ¼Ä [7].
IerÄ«cei ir korpuss ar divu rindu tapu izvietojumu un tiek montÄts bez lodÄÅ”anas (ligzdÄ).
Moduļa struktÅ«ra ir parÄdÄ«ta attÄlÄ:
AtmiÅas masÄ«vs ir sadalÄ«ts divÄs "pussekcijÄs" (pussekcijÄs), no kurÄm katra ir sadalÄ«ta divÄs "ceturtdaļÄs" (quads), katrÄ ceturksnÄ« ir 80 vergu celiÅi. ModulÄ« ir plÄksne ar magnÄtisku materiÄlu, kas atrodas divu ortogonÄlo tinumu iekÅ”pusÄ, kas rada rotÄjoÅ”u magnÄtisko lauku. Lai to izdarÄ«tu, uz tinumiem tiek pielietoti trÄ«sstÅ«ra formas strÄvas signÄli, kas viens pret otru pÄrvietoti par 90 grÄdiem. PlÄksnes un tinumu montÄža tiek novietota starp pastÄvÄ«gajiem magnÄtiem un ievietota magnÄtiskajÄ vairogÄ, kas aizver pastÄvÄ«go magnÄtu radÄ«to magnÄtisko plÅ«smu un pasargÄ ierÄ«ci no ÄrÄjiem magnÄtiskajiem laukiem. PlÄksne ir novietota 2,5 grÄdu slÄ«pumÄ, kas rada nelielu nobÄ«des lauku gar slÄ«pumu. Å is lauks ir niecÄ«gs, salÄ«dzinot ar spoļu lauku, un netraucÄ burbuļu kustÄ«bu ierÄ«ces darbÄ«bas laikÄ, bet pÄrvieto burbuļus fiksÄtÄs pozÄ«cijÄs attiecÄ«bÄ pret permalloy elementiem, kad ierÄ«ce ir izslÄgta. PastÄvÄ«go magnÄtu spÄcÄ«gÄ perpendikulÄrÄ sastÄvdaļa atbalsta burbuļu magnÄtisko domÄnu esamÄ«bu.
Modulis satur Å”Ädus mezglus:
- AtmiÅas ieraksti. TieÅ”i tÄs permalloy elementu sliedes, kas notur un vada burbuļus.
- replikÄcijas Ä£enerators. Kalpo burbuļa replikÄcijai, kas pastÄvÄ«gi atrodas Ä£enerÄÅ”anas vietÄ.
- Ievades ceļa un apmaiÅas mezgli. Izveidotie burbuļi pÄrvietojas pa ievades celiÅu. Burbuļi tiek pÄrvietoti uz vienu no 80 vergu celiÅiem.
- Izvades celiÅÅ” un replikÄcijas mezgls. Burbuļi tiek atÅemti no datu celiÅiem, tos neiznÄ«cinot. Burbulis sadalÄs divÄs daļÄs, un viena no tÄm nonÄk izvades celiÅÄ.
- Detektors. Burbuļi no izejas trases nonÄk magnetorezistÄ«vajÄ detektorÄ.
- IelÄdÄ trasi. SÄknÄÅ”anas celiÅÅ” satur informÄciju par aktÄ«viem un neaktÄ«viem datu celiÅiem.
TÄlÄk mÄs aplÅ«kosim Å”os mezglus sÄ«kÄk. Å o mezglu aprakstu varat izlasÄ«t arÄ« [6].
burbuļu Ä£enerÄÅ”ana
Lai izveidotu burbuli, ievades celiÅa paÅ”Ä sÄkumÄ ir mazas cilpas formÄ saliekts vadÄ«tÄjs. Tam tiek pielikts strÄvas impulss, kas rada magnÄtisko lauku ļoti mazÄ laukumÄ, kas ir spÄcÄ«gÄks par pastÄvÄ«go magnÄtu lauku. Impulss Å”ajÄ vietÄ rada burbuli, kuru pastÄvÄ«gi uztur pastÄvÄ«gs magnÄtiskais lauks un rotÄjoÅ”a magnÄtiskÄ lauka ietekmÄ cirkulÄ gar permalloy elementu. Ja mums ir nepiecieÅ”ams ierakstÄ«t vienÄ«bu atmiÅÄ, mÄs pieliekam Ä«su impulsu vadoÅ”ajai cilpai, un rezultÄtÄ rodas divi burbuļi (attÄlÄ norÄdÄ«ts kÄ Bubble split seed). Vienu no burbuļiem rotÄjoÅ”ais lauks izspiež pa permalloy trasi, otrs paliek savÄ vietÄ un Ätri iegÅ«st sÄkotnÄjo izmÄru. PÄc tam tas pÄrvietojas uz vienu no vergu sliedÄm un apmainÄs ar vietÄm ar burbuli, kas tajÄ cirkulÄ. Tas, savukÄrt, sasniedz ievades celiÅa beigas un pazÅ«d.
burbuļu apmaiÅa
Burbuļu apmaiÅa notiek, kad atbilstoÅ”ajam vadÄ«tÄjam tiek pievadÄ«ts taisnstÅ«ra strÄvas impulss. Å ajÄ gadÄ«jumÄ burbulis nesadalÄs divÄs daļÄs.
Datu lasīŔana
Dati tiek nosÅ«tÄ«ti uz izvades celiÅu, izmantojot replikÄciju, un pÄc nolasÄ«Å”anas turpina cirkulÄt savÄ celiÅÄ. TÄdÄjÄdi Ŕī ierÄ«ce ievieÅ” nesagraujoÅ”u lasÄ«Å”anas metodi. Lai atkÄrtotu, burbulis tiek virzÄ«ts zem iegarena permalloy elementa, zem kura tas ir izstiepts. Virs ir arÄ« vadÄ«tÄjs cilpas formÄ, ja cilpai tiek pielikts strÄvas impulss, burbulis tiks sadalÄ«ts divÄs daļÄs. StrÄvas impulss sastÄv no Ä«sas lielas strÄvas posma, lai sadalÄ«tu burbuli divÄs daļÄs, un garÄkas zemÄkas strÄvas daļas, lai virzÄ«tu burbuli uz izejas trasi.
Izvades celiÅa galÄ ir burbuļu detektors, magnetorezistÄ«vs tilts, kas izgatavots no permalloy elementiem, kas veido garu Ä·Ädi. Kad magnÄtiskais burbulis nokrÄ«t zem permalloy elementa, tÄ pretestÄ«ba mainÄs, un tilta izejÄ parÄdÄs potenciÄlu starpÄ«ba vairÄku milivoltu apmÄrÄ. Permalloy elementu forma ir izvÄlÄta tÄ, lai burbulis kustÄtos pa tiem, beigÄs atsitoties pret Ä«paÅ”u āaizsargaā riepu un pazÅ«d.
AtlaiŔana
Ierīce satur 320 ierakstus, katrs ar 4096 bitiem. No tiem 272 ir aktīvi, 48 ir rezerves, neaktīvi.
SÄknÄÅ”anas celiÅÅ” (sÄknÄÅ”anas cilpa)
IerÄ«ce satur 320 datu celiÅus, no kuriem 256 ir paredzÄti lietotÄja datu glabÄÅ”anai, pÄrÄjie var bÅ«t bojÄti vai var kalpot kÄ rezerves, lai aizstÄtu bojÄtos. Viens papildu celiÅÅ” satur informÄciju par datu celiÅu izmantoÅ”anu, 12 biti katrÄ celiÅÄ. Kad sistÄma ir ieslÄgta, tÄ ir jÄinicializÄ. InicializÄcijas procesa laikÄ kontrollerim ir jÄnolasa sÄknÄÅ”anas celiÅÅ” un jÄieraksta informÄcija no tÄ Ä«paÅ”Ä formatÄÅ”anas mikroshÄmas / strÄvas sensora reÄ£istrÄ. Tad kontrolieris izmantos tikai aktÄ«vos ierakstus, un neaktÄ«vie tiks ignorÄti un netiks rakstÄ«ti.
Datu noliktava ā struktÅ«ra
No lietotÄja viedokļa dati tiek glabÄti 2048 lapÄs pa 512 bitiem katrÄ. KatrÄ ierÄ«ces pusÄ tiek saglabÄti 256 baiti datu, 14 biti kļūdu laboÅ”anas koda un 2 neizmantoti biti.
Kļūdu laboŔana
Kļūdu noteikÅ”anu un laboÅ”anu var veikt ar strÄvas sensora mikroshÄmu, kurÄ ir 14 bitu koda dekodÄtÄjs, kas katrÄ 5 bitu blokÄ (ieskaitot paÅ”u kodu) izlabo vienu kļūdu lÄ«dz 270 bitu garumÄ (pÄrraides kļūda). Kods tiek pievienots katra 256 bitu bloka beigÄs. Korekcijas kodu var lietot vai neizmantot, pÄc lietotÄja pieprasÄ«juma kontrolierÄ« var ieslÄgt vai izslÄgt koda pÄrbaudi. Ja kods netiek izmantots, lietotÄja datiem var izmantot visus 270 bitus.
Piekļuves laiks
MagnÄtiskais lauks griežas ar frekvenci 50 kHz. VidÄjais piekļuves laiks pirmÄs lapas pirmajam bitam ir 41 ms, kas ir puse no laika, kas nepiecieÅ”ams, lai pabeigtu visu celiÅa ciklu, kÄ arÄ« laiks, kas nepiecieÅ”ams, lai izietu cauri izvades celiÅam.
320 aktÄ«vÄs un rezerves trases ir sadalÄ«tas ÄetrÄs daļÄs pa 80 trasÄm katrÄ. Å Ä« organizÄcija samazina piekļuves laiku. CeturkÅ”Åi tiek adresÄti pa pÄriem: katrs ceturkÅ”Åu pÄris satur attiecÄ«gi vÄrda pÄra un nepÄra bitus. IerÄ«cei ir Äetri ievades celiÅi ar Äetriem sÄkotnÄjiem burbuļiem un Äetri izvades celiÅi. Izvades trasÄs tiek izmantoti divi detektori, tie ir sakÄrtoti tÄ, lai divi burbuļi no diviem celiÅiem nekad nesaskartos vienÄ detektorÄ vienlaikus. TÄdÄjÄdi Äetras burbuļu plÅ«smas tiek multipleksÄtas un pÄrveidotas divÄs bitu plÅ«smÄs un saglabÄtas paÅ”reizÄjÄ sensora mikroshÄmas reÄ£istros. Tur reÄ£istru saturs atkal tiek multipleksÄts un nosÅ«tÄ«ts uz kontrolieri, izmantojot seriÄlo interfeisu.
Raksta otrajÄ daÄ¼Ä mÄs sÄ«kÄk aplÅ«kosim burbuļa atmiÅas kontroliera shÄmu.
4. Atsauces
Autors atrada tÄ«kla tumÅ”Äkajos nostÅ«ros un saglabÄja jums daudz noderÄ«gas tehniskÄs informÄcijas par CMD atmiÅu, tÄs vÄsturi un citiem saistÄ«tiem aspektiem:
1. ā Divas atmiÅas par inženieri Bobeku
2. - Divas atmiÅas par inženieri Bobeku (2. daļa)
3. ā Burbuļu atmiÅa
4. MagnÄtiskÄ burbuļa atmiÅas pielÄgoÅ”ana standarta mikrodatora vidÄ
5. ā Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. ā AtmiÅas komponentu rokasgrÄmata. Intel 1983.
7. 7110 1 megabitu burbuļu atmiÅa
Avots: www.habr.com