Gambar dari koleksi penulis
1. Sejarah
Memori gelembung, atau memori domain magnetik silinder, ialah memori tidak meruap yang dibangunkan di Bell Labs pada tahun 1967 oleh Andrew Bobeck. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa domain magnet silinder kecil terbentuk dalam filem nipis kristal tunggal ferit dan garnet apabila medan magnet yang cukup kuat diarahkan berserenjang dengan permukaan filem. Dengan menukar medan magnet, gelembung ini boleh dialihkan. Sifat ini menjadikan buih magnet sesuai untuk membina stor bit berjujukan, seperti daftar anjakan, di mana kehadiran atau ketiadaan gelembung pada kedudukan tertentu bermakna nilai bit adalah sifar atau satu. Diameter gelembung ialah sepersepuluh mikron; satu cip boleh menyimpan beribu-ribu bit data. Sebagai contoh, pada musim bunga tahun 1977, Texas Instruments mula-mula memperkenalkan cip dengan kapasiti 92304 bit ke pasaran. Memori ini tidak meruap, menjadikannya serupa dengan pita magnetik atau cakera, tetapi kerana ia adalah keadaan pepejal dan tidak mempunyai bahagian yang bergerak, ia lebih dipercayai daripada pita atau cakera, tidak memerlukan penyelenggaraan, dan jauh lebih kecil dan lebih ringan. , dan boleh digunakan dalam peranti mudah alih.
Pencipta asal memori gelembung, Andrew Bobek, mencadangkan versi "satu dimensi" memori, dalam bentuk benang di mana jalur nipis bahan feromagnetik dililit. Memori jenis ini dipanggil "twistor", dan bahkan dihasilkan secara besar-besaran, tetapi tidak lama kemudian digantikan oleh versi "dua dimensi".
Anda boleh membiasakan diri dengan sejarah penciptaan memori gelembung dalam [1-3].
2. Prinsip operasi
Di sini saya meminta anda untuk memaafkan saya, saya bukan ahli fizik, jadi pembentangan akan menjadi sangat anggaran.
Sesetengah bahan (seperti gadolinium gallium garnet) cenderung untuk dimagnetkan dalam satu arah sahaja, dan jika medan magnet malar digunakan di sepanjang paksi itu, kawasan bermagnet akan membentuk sesuatu seperti buih, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Setiap gelembung hanya berdiameter beberapa mikron.
Katakan kita mempunyai filem kristal nipis, kira-kira 0,001 inci, bahan sedemikian, didepositkan pada bukan magnet, contohnya, kaca, substrat.
Ini semua tentang buih ajaib. Gambar di sebelah kiri - tiada medan magnet, gambar di sebelah kanan - medan magnet diarahkan berserenjang dengan permukaan filem.
Jika corak terbentuk pada permukaan filem bahan sedemikian daripada bahan magnet, contohnya, permalloy, aloi besi-nikel, maka gelembung akan dimagnetkan kepada unsur-unsur corak ini. Biasanya, corak berbentuk T atau berbentuk V digunakan.
Buih tunggal boleh dibentuk oleh medan magnet 100-200 oersted, yang digunakan berserenjang dengan filem magnet dan dicipta oleh magnet kekal, dan medan magnet berputar yang dibentuk oleh dua gegelung dalam arah XY membolehkan domain gelembung bergerak. dari satu "pulau" magnetik yang lain, seperti ini ditunjukkan dalam rajah. Selepas menukar arah medan magnet empat kali, domain akan bergerak dari satu pulau ke pulau yang berdekatan.
Semua ini membolehkan kami menganggap peranti DMD sebagai daftar anjakan. Jika kita menjana buih pada satu hujung daftar dan mengesannya di hujung yang lain, kita boleh memutar corak gelembung tertentu di sekeliling dan menggunakan sistem sebagai peranti storan, membaca dan menulis bit pada masa tertentu.
Ini membawa kepada kelebihan dan keburukan memori pada MD digital: kelebihannya adalah tidak meruap (selagi medan serenjang yang dicipta oleh magnet kekal digunakan, gelembung tidak akan hilang atau bergerak dari kedudukannya), dan kelemahannya adalah panjang. masa akses, kerana Untuk mengakses bit sewenang-wenangnya, anda perlu menatal keseluruhan daftar anjakan ke kedudukan yang diingini, dan semakin lama ia, semakin banyak kitaran yang diperlukan.
Corak unsur magnet pada filem magnet CD.
Penciptaan domain magnetik dipanggil "nukleasi" dalam bahasa Inggeris, dan terdiri daripada menggunakan arus beberapa ratus miliamp pada penggulungan untuk masa kira-kira 100 ns, dan mencipta medan magnet berserenjang dengan filem dan bertentangan dengan medan magnet kekal. Ini mencipta "gelembung" magnetik - domain magnetik silinder dalam filem. Proses ini, malangnya, sangat bergantung pada suhu; operasi tulis mungkin gagal tanpa pembentukan gelembung, atau beberapa gelembung mungkin terbentuk.
Beberapa teknik digunakan untuk membaca data daripada filem.
Satu kaedah, bacaan tidak merosakkan, adalah untuk mengesan medan magnet lemah domain silinder menggunakan sensor magnetoresistive.
Kaedah kedua ialah bacaan yang merosakkan. Gelembung dipindahkan ke trek penjanaan/pengesan khas, di mana gelembung dimusnahkan dengan memanetkan bahan ke arah hadapan. Jika bahan itu dimagnetkan dalam arah yang bertentangan, iaitu, terdapat gelembung, ini akan menyebabkan lebih banyak arus dalam gegelung dan ini dikesan oleh litar elektronik. Selepas ini, gelembung mesti dijana semula pada trek rakaman khas.
Walau bagaimanapun, jika ingatan disusun sebagai satu tatasusunan berterusan, maka ia akan mempunyai dua kelemahan besar. Pertama, masa akses akan menjadi sangat lama. Kedua, satu kecacatan pada rantai akan membawa kepada ketidakupayaan sepenuhnya pada keseluruhan peranti. Oleh itu, mereka membuat ingatan tersusun dalam bentuk satu trek utama dan banyak trek hamba, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.
Memori gelembung dengan satu trek berterusan
Memori gelembung dengan trek tuan/hamba
Konfigurasi memori ini membolehkan bukan sahaja untuk mengurangkan masa capaian dengan banyak, tetapi juga memungkinkan untuk menghasilkan peranti memori yang mengandungi sejumlah trek yang rosak. Pengawal memori mesti mengambil kira dan memintasnya semasa operasi baca/tulis.
Gambar di bawah menunjukkan keratan rentas "cip" memori gelembung.
Anda juga boleh membaca tentang prinsip operasi memori gelembung dalam [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - modul memori gelembung, MBM (memori gelembung magnetik) dengan kapasiti 1 MB (1048576 bit). Dialah yang digambarkan dalam KDPV. 1 megabit ialah kapasiti untuk menyimpan data pengguna; dengan mengambil kira trek berlebihan, jumlah kapasiti ialah 1310720 bit. Peranti ini mengandungi 320 trek berbentuk gelung (gelung) dengan kapasiti 4096 bit setiap satu, tetapi hanya 256 daripadanya digunakan untuk data pengguna, selebihnya adalah rizab untuk menggantikan trek "pecah" dan untuk menyimpan kod pembetulan ralat berlebihan. Peranti ini mempunyai seni bina "gelung kecil trek utama". Maklumat tentang trek aktif terkandung dalam gelung bootstrap yang berasingan. Pada KDPV anda boleh melihat kod heksadesimal yang dicetak terus pada modul. Ini adalah peta trek "pecah", 80 digit heksadesimal mewakili 320 trek data, yang aktif diwakili oleh satu bit, yang tidak aktif diwakili oleh bit sifar.
Anda boleh membaca dokumentasi asal untuk modul dalam [7].
Peranti ini mempunyai perumah dengan susunan pin dua baris dan dipasang tanpa pematerian (ke dalam soket).
Struktur modul ditunjukkan dalam rajah:
Tatasusunan memori dibahagikan kepada dua "separuh bahagian", setiap satu dibahagikan kepada dua "empat", setiap suku mempunyai 80 trek hamba. Modul ini mengandungi plat dengan bahan magnet yang terletak di dalam dua belitan ortogon yang mencipta medan magnet berputar. Untuk melakukan ini, isyarat arus berbentuk segi tiga dibekalkan kepada belitan, beralih 90 darjah berbanding satu sama lain. Pemasangan plat dan belitan diletakkan di antara magnet kekal dan diletakkan di dalam perisai magnet, yang menutup fluks magnet yang dicipta oleh magnet kekal dan melindungi peranti daripada medan magnet luaran. Plat dicondongkan pada 2,5 darjah, yang mewujudkan medan anjakan kecil di sepanjang kecondongan. Medan ini boleh diabaikan berbanding dengan medan gegelung, dan tidak mengganggu pergerakan buih apabila peranti beroperasi, tetapi menggerakkan buih ke kedudukan tetap berbanding unsur permalloy apabila peranti dimatikan. Komponen serenjang kuat magnet kekal menyokong kewujudan domain magnet gelembung.
Modul ini mengandungi nod berikut:
- Trek yang tidak dapat dilupakan. Teruskan jejak unsur permalloy yang memegang dan mengarahkan buih.
- Penjana replikasi. Berkhidmat untuk replikasi vesikel, yang sentiasa ada di tapak penjanaan.
- Input trek dan pertukaran nod. Gelembung yang dihasilkan bergerak di sepanjang trek input. Bubbles dialihkan ke salah satu daripada 80 trek hamba.
- Trek keluaran dan nod replikasi. Buih ditolak daripada trek data tanpa memusnahkannya. Gelembung dibahagikan kepada dua bahagian, dan satu daripadanya dihantar ke trek keluaran.
- Pengesan. Buih dari trek keluaran memasuki pengesan magnetoresistif.
- Trek but. Landasan but mengandungi maklumat tentang trek data aktif dan tidak aktif.
Di bawah ini kita akan melihat nod ini dengan lebih terperinci. Anda juga boleh membaca penerangan nod ini dalam [6].
Penjanaan gelembung
Untuk menjana gelembung, pada permulaan trek input terdapat konduktor yang dibengkokkan ke dalam gelung kecil. Nadi semasa dibekalkan kepadanya, yang mewujudkan medan magnet di kawasan yang sangat kecil lebih kuat daripada medan magnet kekal. Nadi mencipta gelembung pada ketika ini, yang kekal secara kekal, disokong oleh medan magnet malar, dan beredar di sepanjang unsur permalloy di bawah pengaruh medan magnet berputar. Jika kita perlu menulis unit ke dalam ingatan, kita menggunakan nadi pendek pada gelung pengalir, dan akibatnya, dua buih lahir (dalam rajah yang ditunjukkan sebagai benih pecahan Gelembung). Salah satu buih bergegas dalam medan berputar di sepanjang trek permalloy, yang kedua kekal di tempatnya dan dengan cepat memperoleh saiz asalnya. Ia kemudian bergerak ke salah satu trek hamba, dan menukar tempat dengan gelembung yang beredar di dalamnya. Ia, seterusnya, mencapai penghujung trek input dan hilang.
Pertukaran gelembung
Pertukaran gelembung berlaku apabila nadi arus segi empat tepat digunakan pada konduktor yang sepadan. Dalam kes ini, gelembung tidak berpecah kepada dua bahagian.
Membaca data
Data dihantar ke trek output dengan mereplikasinya, dan terus beredar dalam treknya selepas dibaca. Oleh itu, peranti ini melaksanakan kaedah bacaan yang tidak merosakkan. Untuk replikasi, gelembung dipandu di bawah unsur permalloy memanjang, di bawahnya ia terbentang. Terdapat juga konduktor berbentuk gelung di atas; jika nadi semasa digunakan pada gelung, gelembung akan berpecah kepada dua bahagian. Nadi semasa terdiri daripada bahagian pendek arus tinggi untuk membelah gelembung kepada dua bahagian, dan bahagian arus lebih rendah yang lebih panjang untuk mengarahkan gelembung ke trek keluaran.
Di hujung trek keluaran adalah pengesan gelembung, jambatan magnetoresistif yang diperbuat daripada unsur permalloy membentuk litar panjang. Apabila gelembung magnet jatuh di bawah unsur permalloy, rintangannya berubah, dan perbezaan potensi beberapa milivolt muncul pada output jambatan. Bentuk elemen permalloy dipilih supaya gelembung bergerak di sepanjang mereka, pada akhirnya ia mengenai tayar "keselamatan" khas dan hilang.
Lebihan
Peranti ini mengandungi 320 trek, setiap 4096 bit. Daripada jumlah ini, 272 adalah aktif, 48 adalah simpanan, tidak aktif.
Gelung But
Peranti ini mengandungi 320 trek data, di mana 256 daripadanya bertujuan untuk menyimpan data pengguna, selebihnya mungkin rosak atau boleh berfungsi sebagai alat ganti untuk menggantikan yang rosak. Satu runut tambahan mengandungi maklumat tentang penggunaan runut data, 12 bit setiap runut. Apabila kuasa digunakan pada sistem, ia mesti dimulakan. Semasa proses permulaan, pengawal mesti membaca trek but dan menulis maklumat daripadanya ke daftar khas cip format/sensor semasa. Kemudian pengawal akan menggunakan hanya trek yang aktif, dan yang tidak aktif akan diabaikan dan tiada rakaman akan dibuat kepada mereka.
Gudang Data - Struktur
Dari sudut pandangan pengguna, data disimpan dalam 2048 halaman dengan 512 bit setiap satu. 256 bait data, 14 bit kod pembetulan ralat dan 2 bit yang tidak digunakan disimpan dalam setiap separuh peranti.
Pembetulan kesilapan
Pengesanan dan pembetulan ralat boleh dilakukan oleh cip sensor semasa, yang mengandungi penyahkod kod 14-bit yang membetulkan ralat tunggal sehingga 5 bit panjang (ralat pecah) dalam setiap blok 270 bit (termasuk kod itu sendiri). Kod itu dilampirkan pada penghujung setiap blok 256-bit. Kod pembetulan boleh digunakan atau tidak digunakan, mengikut budi bicara pengguna, semakan kod boleh dihidupkan atau dimatikan dalam pengawal. Jika tiada kod digunakan, semua 270 bit boleh digunakan untuk data pengguna.
Masa capaian
Medan magnet berputar pada frekuensi 50 kHz. Purata masa capaian ke bit pertama halaman pertama ialah 41 ms, iaitu separuh masa yang diperlukan untuk melengkapkan gelung penuh melalui trek ditambah masa yang diperlukan untuk melengkapkan trek output.
320 trek aktif dan ganti dibahagikan kepada empat bahagian daripada 80 trek setiap satu. Organisasi ini mengurangkan masa akses. Suku dialamatkan secara berpasangan: setiap pasangan sukuan mengandungi bit genap dan ganjil perkataan, masing-masing. Peranti ini mengandungi empat trek input dengan empat buih awal dan empat trek output. Trek keluaran menggunakan dua pengesan, ia disusun sedemikian rupa sehingga satu pengesan tidak pernah menerima dua buih daripada dua trek pada masa yang sama. Oleh itu, empat aliran gelembung dimultiplekskan dan ditukar kepada dua aliran bit dan disimpan dalam daftar cip sensor semasa. Di sana, kandungan daftar sekali lagi dimultiplekskan dan dihantar kepada pengawal melalui antara muka bersiri.
Dalam bahagian kedua artikel kita akan melihat dengan lebih dekat litar pengawal memori gelembung.
4. Rujukan
Pengarang menemui di sudut paling gelap rangkaian dan menyimpan untuk anda banyak maklumat teknikal yang berguna tentang memori pada DMD, sejarahnya dan aspek lain yang berkaitan:
1. β Dua kenangan jurutera Bobek
2. β Dua kenangan jurutera Bobek (bahagian 2)
3. - Memori gelembung
4. Penyesuaian Memori Buih Magnet dalam Persekitaran Mikrokomputer Standard
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. - Buku Panduan Komponen Memori. Intel 1983.
7. 7110 1-Megabit Buih Memori
Sumber: www.habr.com