Larawan mula sa koleksyon ng may-akda
1. Kasaysayan
Ang bubble memory, o cylindrical magnetic domain memory, ay isang non-volatile memory na binuo sa Bell Labs noong 1967 ni Andrew Bobeck. Ipinakita ng pananaliksik na ang maliliit na cylindrical magnetic domain ay nabubuo sa single-crystal thin films ng ferrites at garnets kapag ang isang sapat na malakas na magnetic field ay nakadirekta patayo sa ibabaw ng pelikula. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng magnetic field, ang mga bula na ito ay maaaring ilipat. Ang mga katangiang ito ay gumagawa ng mga magnetic bubble na perpekto para sa pagbuo ng isang sequential bit store, tulad ng isang shift register, kung saan ang presensya o kawalan ng isang bubble sa isang partikular na posisyon ay nangangahulugan na ang halaga ng bit ay zero o isa. Ang diameter ng bubble ay ikasampu ng isang micron; ang isang chip ay maaaring mag-imbak ng libu-libong piraso ng data. Halimbawa, noong tagsibol ng 1977, unang ipinakilala ng Texas Instruments ang isang chip na may kapasidad na 92304 bits sa merkado. Ang memorya na ito ay hindi pabagu-bago, ginagawa itong katulad ng magnetic tape o disk, ngunit dahil ito ay solid-state at walang mga gumagalaw na bahagi, ito ay mas maaasahan kaysa sa tape o disk, hindi nangangailangan ng pagpapanatili, at mas maliit at mas magaan. , at maaaring magamit sa mga portable na aparato.
Ang orihinal na imbentor ng bubble memory, si Andrew Bobek, ay nagmungkahi ng isang "one-dimensional" na bersyon ng memorya, sa anyo ng isang thread kung saan ang isang manipis na strip ng ferromagnetic na materyal ay nasugatan. Ang ganitong uri ng memorya ay tinawag na "twistor", at kahit na ginawa nang maramihan, ngunit sa lalong madaling panahon ay napalitan ng "two-dimensional" na bersyon.
Maaari mong gawing pamilyar ang iyong sarili sa kasaysayan ng paglikha ng bubble memory sa [1-3].
2. Prinsipyo ng pagpapatakbo
Dito hinihiling ko sa iyo na patawarin mo ako, hindi ako isang physicist, kaya ang pagtatanghal ay magiging napaka-approximate.
Ang ilang mga materyales (tulad ng gadolinium gallium garnet) ay may posibilidad na ma-magnetize sa isang direksyon lamang, at kung ang isang pare-parehong magnetic field ay inilapat sa kahabaan ng axis na iyon, ang mga magnetized na lugar ay bubuo ng isang bagay na parang mga bula, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang bawat bula ay ilang microns lamang ang diyametro.
Ipagpalagay na mayroon tayong manipis, mga 0,001 pulgada, mala-kristal na pelikula ng naturang materyal, na idineposito sa isang di-magnetic, halimbawa, salamin, substrate.
Ito ay tungkol sa mga magic bubble. Ang larawan sa kaliwa - walang magnetic field, ang larawan sa kanan - ang magnetic field ay nakadirekta patayo sa ibabaw ng pelikula.
Kung ang isang pattern ay nabuo sa ibabaw ng isang pelikula ng naturang materyal mula sa isang magnetic na materyal, halimbawa, permalloy, isang iron-nickel alloy, kung gayon ang mga bula ay ma-magnetize sa mga elemento ng pattern na ito. Kadalasan, ginagamit ang mga pattern na T-shaped o V-shaped.
Ang isang solong bula ay maaaring mabuo ng isang magnetic field na 100-200 oersted, na inilapat patayo sa magnetic film at nilikha ng isang permanenteng magnet, at isang umiikot na magnetic field na nabuo ng dalawang coils sa mga direksyon ng XY ay nagbibigay-daan sa mga bubble domain na lumipat mula sa isang magnetic "isla" patungo sa isa pa, tulad nito na ipinapakita sa figure. Matapos baguhin ang direksyon ng magnetic field ng apat na beses, lilipat ang domain mula sa isang isla patungo sa kalapit na isla.
Ang lahat ng ito ay nagpapahintulot sa amin na isaalang-alang ang DMD device bilang isang shift register. Kung bubuo tayo ng mga bula sa isang dulo ng rehistro at matukoy ang mga ito sa kabilang dulo, maaari nating paikutin ang isang tiyak na pattern ng mga bula sa paligid at gamitin ang system bilang isang storage device, pagbabasa at pagsusulat ng mga bit sa mga partikular na oras.
Ito ay humahantong sa mga pakinabang at disadvantages ng memorya sa isang digital MD: ang kalamangan ay nonvolatile (hangga't ang isang perpendicular field na nilikha ng mga permanenteng magnet ay inilapat, ang mga bula ay hindi mawawala o lumipat mula sa kanilang mga posisyon), at ang kawalan ay isang mahaba oras ng pag-access, dahil Upang ma-access ang isang di-makatwirang bit, kailangan mong i-scroll ang buong rehistro ng shift sa nais na posisyon, at kung mas mahaba ito, mas maraming mga cycle ang kakailanganin nito.
Pattern ng magnetic elements sa CD magnetic film.
Ang paglikha ng isang magnetic domain ay tinatawag na "nucleation" sa Ingles, at binubuo sa paglalapat ng isang kasalukuyang ng ilang daang milliamps sa winding para sa isang oras ng tungkol sa 100 ns, at paglikha ng isang magnetic field patayo sa pelikula at sa tapat ng field ng ang permanenteng magnet. Lumilikha ito ng magnetic "bubble" - isang cylindrical magnetic domain sa pelikula. Ang proseso, sa kasamaang-palad, ay lubos na nakadepende sa temperatura; maaaring mabigo ang operasyon ng pagsulat nang walang bula na nabubuo, o maaaring mabuo ang ilang bula.
Maraming mga pamamaraan ang ginagamit upang basahin ang data mula sa pelikula.
Ang isang paraan, hindi mapanirang pagbabasa, ay upang makita ang mahinang magnetic field ng isang cylindrical domain gamit ang isang magnetoresistive sensor.
Ang pangalawang paraan ay mapanirang pagbabasa. Ang bubble ay inililipat sa isang espesyal na henerasyon/detection track, kung saan ang bubble ay nawasak sa pamamagitan ng pag-magnetize ng materyal sa pasulong na direksyon. Kung ang materyal ay na-magnetize sa kabaligtaran na direksyon, iyon ay, isang bubble ay naroroon, ito ay magiging sanhi ng mas maraming kasalukuyang sa likid at ito ay napansin ng electronic circuit. Pagkatapos nito, dapat na mabuo muli ang bubble sa isang espesyal na track ng pag-record.
Gayunpaman, kung ang memorya ay isinaayos bilang isang tuloy-tuloy na array, magkakaroon ito ng dalawang malaking kawalan. Una, ang oras ng pag-access ay magiging napakatagal. Pangalawa, ang isang solong depekto sa chain ay hahantong sa kumpletong inoperability ng buong device. Samakatuwid, ginagawa nila ang memorya na nakaayos sa anyo ng isang pangunahing track at maraming mga track ng alipin, tulad ng ipinapakita sa figure.
Bubble memory na may isang tuluy-tuloy na track
Bubble memory na may master/slave track
Ang pagsasaayos ng memorya na ito ay nagbibigay-daan hindi lamang upang lubos na bawasan ang oras ng pag-access, ngunit ginagawang posible rin na makagawa ng mga memory device na naglalaman ng isang tiyak na bilang ng mga may sira na track. Ang memory controller ay dapat isaalang-alang ang mga ito at i-bypass ang mga ito sa panahon ng read/write operations.
Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng cross-section ng isang bubble memory na "chip".
Mababasa mo rin ang tungkol sa prinsipyo ng pagpapatakbo ng bubble memory sa [4, 5].
3. Intel 7110
Intel 7110 - bubble memory module, MBM (magnetic-bubble memory) na may kapasidad na 1 MB (1048576 bits). Siya ang inilalarawan sa KDPV. Ang 1 megabit ay ang kapasidad para sa pag-iimbak ng data ng user; isinasaalang-alang ang mga kalabisan na track, ang kabuuang kapasidad ay 1310720 bits. Ang aparato ay naglalaman ng 320 na hugis ng loop na mga track (mga loop) na may kapasidad na 4096 bit bawat isa, ngunit 256 lamang sa mga ito ang ginagamit para sa data ng user, ang natitira ay isang reserba para sa pagpapalit ng "sirang" na mga track at para sa pag-iimbak ng kalabisan na error correction code. Ang device ay may "major track-minor loop" architecture. Ang impormasyon tungkol sa mga aktibong track ay nakapaloob sa isang hiwalay na bootstrap loop. Sa KDPV makikita mo ang hexadecimal code na direktang naka-print sa module. Ito ay isang mapa ng "sirang" track, 80 hexadecimal digit ay kumakatawan sa 320 data track, ang mga aktibo ay kinakatawan ng isang bit, ang mga hindi aktibo ay kinakatawan ng isang zero bit.
Mababasa mo ang orihinal na dokumentasyon para sa module sa [7].
Ang aparato ay may pabahay na may double-row pin arrangement at naka-mount nang walang paghihinang (sa isang socket).
Ang istraktura ng module ay ipinapakita sa figure:
Ang hanay ng memorya ay nahahati sa dalawang "kalahating seksyon", bawat isa ay nahahati sa dalawang "quads", bawat quarter ay mayroong 80 na mga track ng alipin. Ang module ay naglalaman ng isang plate na may magnetic material na matatagpuan sa loob ng dalawang orthogonal windings na lumilikha ng umiikot na magnetic field. Upang gawin ito, ang mga kasalukuyang signal na hugis-triangular ay ibinibigay sa mga windings, na inilipat ng 90 degrees na may kaugnayan sa bawat isa. Ang isang pagpupulong ng plate at windings ay inilalagay sa pagitan ng mga permanenteng magnet at inilagay sa isang magnetic shield, na nagsasara ng magnetic flux na nilikha ng mga permanenteng magnet at pinoprotektahan ang aparato mula sa mga panlabas na magnetic field. Ang plato ay ikiling sa 2,5 degrees, na lumilikha ng isang maliit na field ng pag-aalis sa kahabaan ng ikiling. Ang field na ito ay bale-wala kumpara sa field ng mga coils, at hindi nakakasagabal sa paggalaw ng mga bula kapag gumagana ang device, ngunit inililipat ang mga bubble sa mga nakapirming posisyon na nauugnay sa mga elemento ng permalloy kapag naka-off ang device. Ang malakas na perpendikular na bahagi ng mga permanenteng magnet ay sumusuporta sa pagkakaroon ng mga bubble magnetic domain.
Ang module ay naglalaman ng mga sumusunod na node:
- Mga di malilimutang track. Direkta ang mga track na iyon ng mga elemento ng permalloy na humahawak at nagdidirekta sa mga bula.
- Generator ng pagtitiklop. Nagsisilbi para sa pagtitiklop ng vesicle, na patuloy na naroroon sa site ng henerasyon.
- Input track at exchange node. Ang mga nabuong bubble ay gumagalaw sa kahabaan ng input track. Ang mga bubble ay inilipat sa isa sa 80 slave track.
- Output track at replication node. Ang mga bula ay ibinabawas mula sa mga track ng data nang hindi sinisira ang mga ito. Ang bubble ay nahahati sa dalawang bahagi, at isa sa mga ito ay ipinadala sa output track.
- Detektor. Ang mga bula mula sa output track ay pumapasok sa magnetoresistive detector.
- Boot track. Ang boot track ay naglalaman ng impormasyon tungkol sa aktibo at hindi aktibong data track.
Sa ibaba ay titingnan natin ang mga node na ito nang mas detalyado. Maaari mo ring basahin ang paglalarawan ng mga node na ito sa [6].
Bubble generation
Upang makabuo ng bubble, sa pinakadulo simula ng input track mayroong isang konduktor na nakabaluktot sa isang maliit na loop. Ang isang kasalukuyang pulso ay ibinibigay dito, na lumilikha ng isang magnetic field sa isang napakaliit na lugar na mas malakas kaysa sa larangan ng mga permanenteng magnet. Ang pulso ay lumilikha ng bula sa puntong ito, na nananatiling permanente, na sinusuportahan ng isang pare-parehong magnetic field, at umiikot sa kahabaan ng elemento ng permalloy sa ilalim ng impluwensya ng isang umiikot na magnetic field. Kung kailangan naming magsulat ng isang yunit sa memorya, inilalapat namin ang isang maikling pulso sa pagsasagawa ng loop, at bilang isang resulta, dalawang bula ang ipinanganak (sa figure na ipinahiwatig bilang Bubble split seed). Ang isa sa mga bula ay nagmamadali sa isang umiikot na patlang sa kahabaan ng permalloy track, ang pangalawa ay nananatili sa lugar at mabilis na nakuha ang orihinal na sukat nito. Pagkatapos ay lumipat ito sa isa sa mga track ng alipin, at lumipat ng mga lugar na may bubble na umiikot dito. Ito naman ay umabot sa dulo ng input track at nawawala.
Pagpapalitan ng bula
Ang palitan ng bubble ay nangyayari kapag ang isang parihabang kasalukuyang pulso ay inilapat sa kaukulang konduktor. Sa kasong ito, ang bula ay hindi nahahati sa dalawang bahagi.
Pagbasa ng datos
Ipinapadala ang data sa output track sa pamamagitan ng pagkopya nito, at patuloy na umiikot sa track nito pagkatapos basahin. Kaya, ang aparatong ito ay nagpapatupad ng isang hindi mapanirang paraan ng pagbabasa. Para sa pagtitiklop, ang bubble ay ginagabayan sa ilalim ng isang pinahabang elemento ng permalloy, kung saan ito ay umaabot. Mayroon ding hugis loop na konduktor sa itaas; kung ang isang kasalukuyang pulso ay inilapat sa loop, ang bubble ay mahahati sa dalawang bahagi. Ang kasalukuyang pulso ay binubuo ng isang maikling seksyon ng mataas na kasalukuyang upang hatiin ang bubble sa dalawang bahagi, at isang mas mahabang seksyon ng mas mababang kasalukuyang upang idirekta ang bubble sa output track.
Sa dulo ng output track ay isang bubble detector, isang magnetoresistive bridge na gawa sa mga elemento ng permalloy na bumubuo ng mahabang circuit. Kapag ang isang magnetic bubble ay nahulog sa ilalim ng isang permalloy na elemento, ang resistensya nito ay nagbabago, at isang potensyal na pagkakaiba ng ilang millivolts ay lilitaw sa output ng tulay. Ang hugis ng mga elemento ng permalloy ay pinili upang ang bula ay gumagalaw sa kanila, sa dulo ay tumama ito sa isang espesyal na "seguridad" na gulong at mawala.
Redundancy
Naglalaman ang device ng 320 track, bawat 4096 bits. Sa mga ito, 272 ang aktibo, 48 ang reserba, hindi aktibo.
Boot Loop
Naglalaman ang device ng 320 data track, kung saan ang 256 ay nilayon para sa pag-imbak ng data ng user, ang iba ay maaaring may sira o maaaring magsilbi bilang mga spare upang palitan ang mga may sira. Ang isang karagdagang track ay naglalaman ng impormasyon tungkol sa paggamit ng mga track ng data, 12 bits bawat track. Kapag inilapat ang kapangyarihan sa system, dapat itong masimulan. Sa panahon ng proseso ng pagsisimula, dapat basahin ng controller ang boot track at isulat ang impormasyon mula dito sa isang espesyal na rehistro ng format chip/kasalukuyang sensor. Pagkatapos ay gagamit lamang ng mga aktibong track ang controller, at ang mga hindi aktibo ay hindi papansinin at walang gagawing pagre-record sa kanila.
Data Warehouse - Istraktura
Mula sa pananaw ng user, ang data ay naka-imbak sa 2048 na pahina ng 512 bit bawat isa. 256 bytes ng data, 14 bits ng error correction code at 2 hindi nagamit na bits ay naka-imbak sa bawat kalahati ng device.
Pagwawasto ng Error
Ang pagtuklas at pagwawasto ng error ay maaaring isagawa ng kasalukuyang sensor chip, na naglalaman ng 14-bit code decoder na nagtutuwid ng isang error na hanggang 5 bits ang haba (burst error) sa bawat bloke ng 270 bits (kabilang ang mismong code). Ang code ay idinagdag sa dulo ng bawat 256-bit na bloke. Maaaring gamitin o hindi gamitin ang correction code, sa pagpapasya ng user, maaaring i-on o i-off ang pagsuri ng code sa controller. Kung walang ginamit na code, lahat ng 270 bits ay magagamit para sa data ng user.
Oras ng pagtanggap
Ang magnetic field ay umiikot sa dalas na 50 kHz. Ang average na oras ng pag-access sa unang bit ng unang pahina ay 41 ms, na kalahati ng oras na kinakailangan upang makumpleto ang isang buong loop sa track kasama ang oras na kinakailangan upang makumpleto ang output track.
320 aktibo at ekstrang track ay nahahati sa apat na bahagi ng 80 track bawat isa. Binabawasan ng organisasyong ito ang oras ng pag-access. Ang mga quarter ay tinutugunan nang pares: ang bawat pares ng quarters ay naglalaman ng pantay at kakaibang mga piraso ng salita, ayon sa pagkakabanggit. Naglalaman ang device ng apat na input track na may apat na paunang bubble, at apat na output track. Ang mga output track ay gumagamit ng dalawang detector, ang mga ito ay nakaayos sa paraang ang isang detektor ay hindi nakakatanggap ng dalawang bula mula sa dalawang track sa parehong oras. Kaya, ang apat na bubble stream ay multiplexed at na-convert sa dalawang bit stream at naka-imbak sa mga rehistro ng kasalukuyang sensor chip. Doon, ang mga nilalaman ng mga rehistro ay muling pinarami at ipinadala sa controller sa pamamagitan ng serial interface.
Sa ikalawang bahagi ng artikulo ay susuriin natin ang circuitry ng bubble memory controller.
4. Mga Sanggunian
Natagpuan ng may-akda sa pinakamadilim na sulok ng network at nag-save para sa iyo ng maraming kapaki-pakinabang na teknikal na impormasyon sa memorya sa DMD, kasaysayan nito at iba pang nauugnay na aspeto:
1. β Dalawang alaala ng engineer na si Bobek
2. β Dalawang alaala ng engineer na si Bobek (part 2)
3. β Bubble memory
4. Adaptation ng Magnetic Bubble Memory sa isang Standard Microcomputer Environment
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. - Handbook ng Mga Bahagi ng Memory. Intel 1983.
7. 7110 1-Megabit Bubble Memory
Pinagmulan: www.habr.com