Fotografia e autorit
1. Historia
Memoria me tullë, ose memoria në domene magnetike cilindrike është një memory e pavarur nga energjia, e zhvilluar në Bell Labs në vitin 1967 nga Andrew Bobeck. Studimet treguan se domene të vogla magnetike cilindrike formohen në filma të hollë monokristalorë të feriteve dhe garnetëve, kur një fushë magnetike mjaft e fortë është drejtuar përpendicularisht me sipërfaqen e filmit. Duke ndryshuar fushën magnetike, është e mundur të zhvendosim këto bubble. Kjo veçori i bën bubble magnetike mjete ideale për ndërtimin e një ruajtjeje sekondare të bitëve, të ngjashme me regjistrin e zhvendosjes, në të cilin prania ose mungesa e një bubble në një pozicion të caktuar do të thotë vlerën zero ose një të bitit. Diametri i bubble është disa të dhjeta të mikro, një çip mund të ruajë mijëra bitë të dhënash. P.sh., në pranverën e vitit 1977, Texas Instruments paraqiti për herë të parë një çip me kapacitet prej 92304 bitësh. Kjo memorie është e pavarur nga energjia, në mënyrë që të ngjashme me kaseta magnetike ose disqet, por duke qenë se është solid dhe nuk përmban pjesë në lëvizje, ajo ka besueshmëri më të madhe se kasetat ose disqet dhe nuk ka nevojë për mirëmbajtje, dhe gjithashtu ka përmasa dhe peshë shumë më të vogla, dhe mund të përdoret në pajisje portative.
Fillimisht shpikësi i memorie së bubble, Andrew Bobeck, propozoi një variant "një-dimensionale" të memorie, në formën e një tamburi, në të cilin është e rrethuar një shirit i hollë material ferromagnetik. Kjo memorie u quajt "twistor", dhe madje u prodhua në masë, por shpejt u zëvendësua nga varianti "dy-dimensional".
Mund të njihemi me historinë e krijimit të memorie bubble në [1-3].
2. Princi i veprimit
Këtu lutem për falje, nuk jam fizikant, prandaj paraqitja do të jetë shumë e përafërt.
Disa materiale (p.sh., granati i gadolinium-galiumit) kanĂ« pronĂ«n e magnetizimit nĂ« vetĂ«m njĂ« drejtim, dhe nĂ«se nĂ« kĂ«tĂ« bosht vendosim njĂ« fushĂ« magnetike konstante, atĂ«herĂ« zonat e magnetizuara do tĂ« formojnĂ« gjĂ«ra si bubble, siç ilustrohet nĂ« figurĂ«n mĂ« poshtĂ«. Ădo bubble ka vetĂ«m disa mikron nĂ« diametĂ«r.
Le të kemi një film të hollë, rreth 0.001 inç, të kristaltë nga ky material, të aplikuar mbi një nënshtrues jo-magnetik, për shembull, xham.
E gjithĂ« puna Ă«shtĂ« nĂ« flluskat magjike. Pamja nĂ« tĂ« majtĂ« â fusha magnetike nuk ekziston, pamja nĂ« tĂ« djathtĂ« â fusha magnetike Ă«shtĂ« e orientuar perpendicularisht ndaj sipĂ«rfaqes sĂ« filmit.
Nëse mbi sipërfaqen e filmit nga ky material formohet një dizajn nga materiali magnetik, për shembull, permalloy, një aleat hekur-nikel, atëherë flluskat do të magnetizohen ndaj elementeve të këtij dizajni. Zakonisht përdoren dizajne në formën e elementeve në formë T ose V.
Një flluskë e vetme mund të formohet nga fusha magnetike 100-200 eerstedi, e cila është aplikuar perpendicularisht ndaj filmit magnetik dhe krijohet nga një magnet permanent, ndërsa një fushë magnetike e rrotullueshme, e formuar nga dy spirale në drejtimet XY, lejon të lëvizin flluskat-domen nga një "ishull" magnetik në tjetrin, siç tregohet në pamje. Pas katër ndryshimeve të drejtimit të fushës magnetike, domeni do të zhvendoset nga një ishull në fqinjin e tij.
E gjitha kjo lejon që pajisja CMD të konsiderohet si një regjistër shndërrimi. Nëse formojmë flluska në një skaj të regjistrit dhe i zbulojmë ato në skajin tjetër, ne mund të dërgojmë një model të caktuar flluskash nëpër rreth dhe ta përdorim sistemin si një memorie, duke lexuar dhe shkruar bita në përkohësinë e caktuar.
Nga kjo pasojnë përfitimet dhe disavantazhet e memories në CMD: përfitimi është pavarësia nga energjia (pasi është aplikuar një fushë perpendicular, e krijuar nga magnetet permanente, flluskat nuk do të zhduken dhe nuk do të lëvizin nga pozitat e tyre), ndërsa disavantazhi është koha e madhe e qasjes, pasi për të arritur te çdo bit të rastësishëm duhet të rrotullojmë të gjithë regjistrin e shndërrimit deri në pozitat e nevojshme, dhe sa më i gjatë të jetë, aq më shumë cikle do të nevojiten për këtë.
Modeli i elementeve magnetike mbi filmin magnetik CMD.
Krijimi i një domene magnetike quhet në anglisht «nucleation», dhe përfshin aplikimin e një rryme prej disa qindra miliampere gjatë një periudhe prej rreth 100ns, duke krijuar një fushë magnetike, e cila është e perpendikular me filmin dhe e kundërt me fushën e magnetit të vazhdueshëm. Kjo krijon një «flluske» magnetike - një domene magnetike cilindrike në film. Procesi, fatkeqësisht, varet shumë nga temperatura, dhe mund të ketë një përfundim të dështuar të operacionit të regjistrimit, në të cilin flluska nuk formohet, ose formohet disa flluska.
Për leximin e të dhënave nga filmi përdoren disa teknika.
Një metodë, leximi jo-shkatërrues, përfshin detektimin e fushës magnetike të dobët të domeneve cilindrike me anë të një sensor magnetoresistiv.
Metoda e dytë është leximi shkatërrues. Flluska çohet në një pistë speciale të gjenerimit/detektimit, ku flluska shkatërrohet përmes magnetizimit të materialit në drejtimin e drejtpërdrejtë. Nëse materiali ishte magnetizuar në drejtimin e kundërt, dmth flluska ishte e pranishme, kjo do të shkaktonte një rrymë më të madhe në bobinë, e cila detektohet nga skema elektronike. Pas kësaj, flluska duhet të gjenerohet përsëri në një pistë të veçantë regjistrimi.
Megjithatë, nëse memoria organizohet si një masë e vetme të pandërprerë, ajo do të ketë dy disavantazhe të mëdha. E para, koha e aksesit do të jetë shumë e madhe. E dyta, një defekt i vetëm në zinxhir do të çonte në mosfunksionimin e plotë të gjithë pajisjes. Prandaj, ata krijojnë memorien të organizuar si një pistë kryesore, dhe shumë pista nënor, siç është treguar në figurë.
Memoria me flluska me një pistë të pandërprerë
Memoria me flluska me pista kryesore/nënor
Kjo konfigurim i memories lejon jo vetëm të reduktojë ndjeshëm kohën e aksesit, por gjithashtu lejon lirimin e pajisjeve të memories, që përmbajnë disa pista defektoze. Kontrolluesi i memories duhet t'i marrë parasysh ato dhe t'i anashkalojë ato gjatë operacioneve të leximit/shkrimit.
Në figurën më poshtë është treguar prereza e «çipit» të memories me flluska.
Gjithashtu, mund të lexoni për principet e funksionimit të memories me flluska në [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 â modul i kujtesĂ«s me flluska, MBM (memorie me flluska magnetike) me kapacitet prej 1 Mb (1048576 bit). Ky Ă«shtĂ« paraqitur nĂ« KDPV. 1 megabit Ă«shtĂ« kapaciteti pĂ«r ruajtjen e tĂ« dhĂ«nave tĂ« pĂ«rdoruesit, duke pasur parasysh gjurmĂ«t e tepĂ«rta, kapaciteti i plotĂ« arrin 1310720 bit. NjĂ«sia pĂ«rmban 320 gjurmĂ« ciklike (loops) me kapacitet prej 4096 bit çdo njĂ«si, por pĂ«r tĂ« dhĂ«nat e pĂ«rdoruesve pĂ«rdoren vetĂ«m 256 prej tyre, pjesa tjetĂ«r Ă«shtĂ« rezervĂ« pĂ«r zĂ«vendĂ«simin e gjurmĂ«ve tĂ« âprishuraâ dhe pĂ«r ruajtjen e kodit tĂ« tepĂ«rt pĂ«r korrigjimin e gabimeve. NjĂ«sia ka njĂ« arkitekturĂ«
Mund të konsultoheni me dokumentacionin origjinal për modulin në [7].
Njësia ka një trup me dy rreshta kontakte dhe instalohet pa saldim (në socket).
Struktura e modulit është paraqitur në figurë:
Masi i kujtesës ndahet në dy "pjesë gjysmë" (half sections), të cilat ndahet në dy "katërta" (quads), çdo katërt ka 80 gjurmë të nënshtetuara. Moduli përmban një pllakë me material magnetik, e vendosur brenda dy bobinave ortogonale që krijojnë një fushë magnetike që rrotullohet. Për këtë, për bobinat dërgohen sinjale elektrike me formë trekëndëshe, të zhvendosura 90 gradë në raport me njëra-tjetrën. Montimi i pllakës dhe bobinave vendoset midis magnetëve të qëndrueshëm dhe vendoset në një ekran magnetik, i cili mbyll rrjedhën magnetike të krijuar nga magnetët e qëndrueshëm dhe e ekranohet njësinë nga fushat magnetike të jashtme. Pllaka vendoset nën një kënd prej 2.5 gradësh, duke krijuar një fushë të vogël zhvendosjeje, e drejtuar përgjatë këndit. Kjo fushë është e papërfillshme në krahasim me fushën e bobinave, dhe nuk pengon lëvizjen e flluskave gjatë punës së njësisë, por zhvendos flluskat në pozita fikse në raport me elementët permalloj, kur njësia është e fikur. Komponenti i fortë përpik (perpendicular) i magnetëve të qëndrueshëm mbështet ekzistencën e domainëve magnetikë të flluskave.
Moduli përmban ndjekësit e mëposhtëm:
- Pista të kujtesës. Ato pista nga elementet permallo që mbajnë dhe drejtojnë flluskat.
- Generatori i replikimit. Shërben për replikimin e flluskës, e cila është gjithmonë e pranishme në vendin e gjenerimit.
- Pista hyrëse dhe nyjet e shkëmbimit. Flluskat e gjeneruara lëvizin përgjatë pistës hyrëse. Flluskat lëvizin në njërën nga 80 pistat nënshtruese.
- Pista dalëse dhe nyja e replikimit. Flluskat lexohen nga pistat e të dhënave pa u shkatërruar. Flluska ndahet në dy pjesë, dhe njëra prej tyre drejtohet në pistën dalëse.
- Detektori. Flluskat nga pista dalëse hyjnë në detektor magnetorezistiv.
- Pista e ngarkimit. Pista e ngarkimit përmban informacion rreth pistave aktive dhe joaktive të të dhënave.
Më poshtë do të shqyrtojmë këto nyje më në detaje. Gjithashtu mund të njiheni me përshkrimin e këtyre nyjeve në [6].
Gjenerimi i flluskës
Për të gjeneruar flluskën, në fillim të pistës hyrëse ka një qark që është e përkulur në formën e një petle të vogël. Në të dërgohet një impuls aktual, i cili krijon në një zonë shumë të vogël një fushë magnetike më të fortë se fusha e magneteve të përhershme. Impulsi krijon në këtë vend një flluskë, e cila mbetet e përhershme, duke u mbështetur nga fusha magnetike e përhershme, dhe qarkullon përgjatë elementit permallo nën ndikimin e një fushe magnetike në rrotullim. Nëse na nevojitet të regjistrojmë një njësi në memorje, ne dërgojmë një impuls të shkurtër në qarkun e udhëheqësit, dhe si rezultat krijohen dy flluska (të cilat në figurë janë të shënuara si Bubble split seed). Njëra nga flluskat shkon nëpërmjet fushës në rrotullim përgjatë pistës permallo, ndërsa tjetra mbetet në vend dhe shpejt rikthen madhësinë e saj fillestare. Pastaj ajo lëviz në njërën nga pistat nënshtruese, dhe këmbëngul me flluskën që qarkullon në të. Ajo, nga ana e saj, arrin në fund të pistës hyrëse dhe zhduket.
Shkëmbimi i flluskave
Shkëmbimi i flluskave ndodh kur në qarkun përkatës dërgohet një impuls të formës drejtkëndëshe. Në këtë rast nuk ndodh ndarja e flluskës në dy pjesë.
Leximi i të dhënave
Të dhënat dërgohen në rrugën e daljes nëpërmjet replikimit të tyre dhe vazhdojnë të qarkullojnë në rrugën e tyre pas leximit. Kështu, ky aparat implementon një metodë jo-shkatërruese të leximit. Për replikim, bolla dërgohet poshtë një elementi të zgjatur nga permalloi, nën të cilin shtrihet. Lart gjithashtu ndodhet një katës i formës loop, nëse në loop dërgohet një impuls rryme, bolla do të ndahet në dy pjesë. Impulsi i rrymës përbëhet nga një pjesë e shkurtër me një forcë të madhe rryme për të ndarë bollën në dy pjesë, dhe një pjesë më të gjatë me forcë më të vogël për ta drejtuar bollën në rrugën e daljes.
NĂ« fund tĂ« rrugĂ«s sĂ« daljes ndodhet njĂ« detektor bolle, njĂ« urĂ« magnetoresistive, e bĂ«rĂ« nga elementĂ« permalloi, qĂ« formojnĂ« njĂ« zinxhir me gjatĂ«si tĂ« madhe. Kur bolla magnetike bie poshtĂ« elementit tĂ« permalloit, rezistenca e saj ndryshon dhe nĂ« dalje tĂ« urĂ«s shfaqet njĂ« diferencĂ« potenciali disa miliVoltsh. Forma e elementeve permalloi Ă«shtĂ« pĂ«rshtatur qĂ« bolla tĂ« lĂ«vizĂ« pĂ«rgjatĂ« tyre, dhe nĂ« fund ajo bie nĂ« njĂ« âshinĂ« mbrojtĂ«seâ speciale dhe zhduket.
Shkalla e tepërt
Pajisja përmban 320 pista, secila me 4096 bit. Nga ato, 272 janë aktive, 48 janë rezervë, joaktive.
Pista e ngarkesës (Boot Loop)
Pajisja përmban 320 pista të dhënash, nga të cilat 256 janë të destinuara për ruajtjen e të dhënave përdoruesit, ndërsa të tjerat mund të jenë të prishura ose mund të shërbejnë si rezervë për zëvendësimin e të prishurave. Një pistë shtesë përmban informacion mbi përdorimin e pistave të dhënash, me nga 12 bit për çdo pistë. Kur sistemi merr energji, duhet të inicializohet. Gjatë procesit të inicializimit, kontrolluesi duhet të lexojë pistën e ngarkesës dhe të shkruajë informacionin nga ajo në një regjistrin special të çipit të formatimit/sensori i rrymës. Atëherë kontrolluesi do të përdorë vetëm pistat aktive, ndërsa ato joaktive do të injorohen dhe në to nuk do të kryhet shkrim.
Ruajtja e tĂ« dhĂ«nave â struktura
Nga këndvështrimi i përdoruesit, të dhënat ruhen në 2048 faqe me nga 512 bit secila. 256 byte të dhënash, 14 bit kodi të korrigjimit të gabimeve dhe 2 bit të papërdorur ruhen në secilën gjysmë të pajisjes.
Korrigjimi i gabimeve
Zbulimi dhe korrigjimi i gabimeve mund të realizohet nga çipa i sensorit të rrjedhës, i cili përmban një dekoder 14-bitësh, i cili korrigjon një gabim të vetme deri në 5 bit (gabim burst) në çdo bllok prej 270 bitësh (përfshirë kodin vetë). Kodi shtohet në fund të çdo blloku prej 256 bitësh. Kodi i korrigjimit mund të përdoret ose të mos përdoret, sipas dëshirës së përdoruesit, verifikimi i kodit mund të aktivizohet ose çaktivizohet në kontrollorin. Nëse kodi nuk përdoret, të gjithë 270 bitët mund të përdoren për të dhënat e përdoruesit.
Koha e aksesit
Fusha magnetike rrotullohet me frekuencë 50 kHz. Koha e mesme e aksesit në bitin e parë të faqeve të para është 41 ms, që është gjysma e kohës së nevojshme për të kryer një cikël të plotë në gjurmë plus koha e kalimit të gjurmës dalëse.
320 gjurmĂ« aktive dhe rezervĂ« janĂ« tĂ« ndara nĂ« katĂ«r pjesĂ« me nga 80 gjurmĂ« secila. Kjo organizim redukton kohĂ«n e aksesit. ĂerekĂ«t adresohen nĂ« çifte: çdo çift çerekĂ«sh pĂ«rmban bitet çift dhe tek tĂ« fjalĂ«s pĂ«rkatĂ«se. Pajisja ka katĂ«r gjurmĂ« hyrĂ«se me katĂ«r flluska fillestare, dhe katĂ«r gjurmĂ« dalĂ«se. GjurmĂ«t dalĂ«se pĂ«rdorin dy detektorĂ«, ata organizohen nĂ« njĂ« mĂ«nyrĂ« qĂ« nĂ« njĂ« detektor kurrĂ« nuk hyjnĂ« dy flluska nga dy gjurmĂ« nĂ« tĂ« njĂ«jtĂ«n kohĂ«. KĂ«shtu, katĂ«r rrjedha flluskash multipleksohen dhe konvertohen nĂ« dy rrjedha bitĂ«sh dhe ruhet nĂ« regjistrat e çipit tĂ« sensorit tĂ« rrjedhĂ«s. Atje, pĂ«rmbajtja e regjistrave pĂ«rsĂ«ri multiplekshohet dhe pĂ«rmes njĂ« ndĂ«rfaqeje sekondare kalon nĂ« kontrollor.
Në pjesën e dytë të artikullit do të shqyrtojmë më në detaje skematikun e kontrollorit të memories me flluska.
4. Lista e literaturës
Autori ka gjetur në këndet më të errëta të internetit dhe ka ruajtur për ju një sasi të madhe informacioni teknik të dobishëm në lidhje me memorien në CMM, historinë e saj dhe aspekte të tjera të lidhura:
1. â Dy memorien tĂ« inxhinierit Bobek
2. â Dy memorien tĂ« inxhinierit Bobek (pjesa 2)
3. â Memory Bubble
4. Adaptimi i Memories Magnetike Bubble në një Mjedis Standard të Mikrokompjuterëve
5. â Memory Bubble Texas Instruments TIB 0203
6. â Manuali i KomponentĂ«ve tĂ« Memories. Intel 1983.
7. 7110 1-Megabit Memory Bubble
Burimi: habr.com
