Файл: Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие.pdf

шениях Im и Ip, зависящих от типа памяти и требований к ОЗУ, для которого испытуемые сердечники предназна­ чаются. Если в ОЗУ с совпадающими токами использу­ ются сердечники с номинальным током /„, то сердечни­

При этом величина тока /в принимается равной значе­ нию частичного тока записи Іѵ при выбранном значении полного тока Іт, когда на совмещенных осциллограммах иѴ1 и dVz (рис. 4-5) максимуму сигнала иѴі соответству­ ет сигнал dVz, составляющий 2% от максимума иѴ\. По­ следнее условие связано с тем, что всегда предпочтитель­ нее считывать максимальный полезный и минимальный паразитный сигналы. Очевидно, что при максимальном разрушении информации полезный сигнал иѴ\ и пара­ зитный сигнал dVz имеют такие значения для данного Іт в момент tp. Тогда / в определяет максимально допусти­ мую величину тока частичного возбуждения.

Контроль параметров ферритовых сердечников про­ водится на специальных автоматах. При этом реализа­ ция описанного весьма эффективного способа контроля позволяет при минимальном количестве проверок в кон­ трольных испытаниях с односторонними допусками сор­ тировать сердечники по двум наиболее важным для ОЗУ параметрам иѴ\ и dVz.

Возросшие требования к быстродействующим ОЗУ привели к необходимости уменьшения геометрических размеров сердечников. Если вначале применялись сер­

251

0,25 мксек при токе /m = 700-f-800 ма и выходных сиг­ налах иѴі = 35 мв, dV2m b мв. Увеличение скоростей пе­ реключения и возможность в связи с этим саморазогрева сердечников при высокой частоте обращения потребо­ вали повышения термостабильности сердечников. Боль­ шие работы в этом направлении привели к снижению ТКНс с 0,5%/°С до 0,1 %/°С, благодаря чему ферриты способны работать в широком температурном диапазоне без применения мер для термокомпенсации, термостатирования или охлаждения.

4-3. С И С Т Е М Ы О Р Г А Н И З А Ц И И О ЗУ

В современных ОЗУ на ферритовых сердечниках в той или иной форме используется принцип совпадения токов при выборе сердечников по заданному адресу. Этот принцип пояснен на рис. 4-7.

Для того чтобы мог производиться выбор сердечни­ ков по совпадению токов, характеристика намагничива­ ния материала должна иметь прямоугольную петлю ги­ стерезиса (рис. 4-7,а). Сердечник при такой характери-

Рис. 4-7. Принцип выбора сердечника по методу совпадения токов. Характеристика ферритового сердечника (а) и матрица запоминающих сердечников ( 6) .

252

стике устойчиво сохраняет сообщенное ему состояние намагниченности 0 или 1. Перевод сердечника из одного устойчивого состояния намагниченности в другое осуще­ ствляется подачей в управляющую обмотку импульсов тока Іт чередующейся полярности, которые создают по­ ле Нт, превышающее # с. Поле Нт может быть получе­ но несколькими совпадающими по времени токами Ір, создающими каждый в отдельности поле Н Р<_НС. Если ноля Нр направлены таким образом, что они складыва­ ются, то сердечник в результате получает возбуждение Нт> Н с, вызывающее его переключение из одного ус­ тойчивого состояния намагниченности в другое.

Обычно число совпадающих токов стремятся сделать возможно меньшим с тем, чтобы уменьшить количество размещаемых в сердечниках управляющих обмоток и сократить затраты электронного оборудования. Поэто­ му наиболее широко используются устройства с двумя совпадающими токами, подаваемыми в сердечники по двум независимым обмоткам.

На рис. 4-7,6 представлен пример запоминающего устройства в виде плоской матрицы, образованной сет­ кой из вертикальных и горизонтальных проволочных шин, образующих соответственно координатные обмотки У и X. В точках пересечения шин расположены торои­ дальные ферритовые сердечники, причем через каждый сердечник проходят одна вертикальная и одна горизон­ тальная шины. Для чтения записанной информации все сердечники матрицы пронизываются общей обмоткой считывания, с которой снимаются выходные сигналы. Управление магнитным состоянием сердечников произ­ водится с помощью двух равных совпадающих токов, подаваемых в координатные обмотки.

Выборка нужного сердечника и запись в него 1 про­ изводятся путем подачи в шины, на пересечении которых находится сердечник, импульсов токов + / р, совпадаю­ щих по времени. Величину тока I Р устанавливают такой,

поля + Я Р создают при сложении результирующее поле + # т , которое переводит сердечник в состояние 1, если перед этим он находится в состоянии 0. Если же сердеч­ ник уже был в состоянии 1, то при воздействии поля -\-Нт его состояние не меняется. Состояния всех других сердечников, через которые проходят выбранные коор­

253

динатные обмотки, сохраняются, поскольку величина по­ ля Я р недостаточна для изменения намагниченности сер­ дечников. Запись 0 производится двумя совпадающими импульсами тока противоположной полярности— /р, воз­ буждающими соответствующие координатные обмотки.

Чтение записанной в сердечники информации осуще­ ствляется при подаче в координатные обмотки выбранно­ го сердечника импульсов тока — / р, имеющих полярность, противоположную токам записи 1. Если в выбранном сердечнике была записана 1, то токи чтения пере­ ключат сердечник в противоположное состояние намаг­ ниченности и при этом на выходной обмотке считывания наведется импульс напряжения. Если в выбранном сер­ дечнике был записан 0, то изменения намагниченности не произойдет и на выходной обмотке сигнал не появит­ ся. Необходимо отметить, что после считывания инфор­ мации с сердечника он всегда оказывается в состоянии 0. Для того чтобы записанная в данный сердечник 1 не терялась, после чтения сразу же выполняется запись 1, т. е. производится «регенерация информации».

Принцип совпадения токов для управления намагни­ ченностью сердечника и выбора его по заданному адре­ су из некоторого множества был рассмотрен в предполо­ жении, что все сердечники запоминающей матрицы име­ ют идеальную прямоугольную петлю гистерезиса. Однако, как отмечалось в § 4-2, петля гистерезиса в ряде случа­ ев существенно отличается от идеальной. Это приводит к следующим явлениям. Во-первых, при чтении сигнала 0 вследствие некоторого изменения магнитного состоя­ ния выбранного сердечника, возбужденного совпадаю­ щими токами, на обмотке считывания появляется сиг­ нал 0, амплитуда которого значительно меньше ампли­ туды сигнала при считывании 1. Отличие амплитуд сигналов и позволяет распознавать считываемую инфор­ мацию. Во-вторых, невыбранные сердечники, располо­ женные на координатных шинах с током Ір и находя­ щиеся в полувозбужденном состоянии, частично меняют свою намагниченность и при этом генерируют сигналы в обмотке считывания. Происходит так называемое ча­ стичное разрушение информации от полувозбуждения. Каждый сердечник при этом создает сигнал, по ампли­ туде соизмеримый с сигналом 0 выбранного сердечника. Однако поскольку полувозбужденных сердечников ока­ зывается очень много то их сигналы при сложении мо­

254

гут создать в обмотке считывания результирующий сиг­ нал, значительно превышающий по амплитуде даже самый большой сигнал, снимаемый с выбранного сердеч­ ника— сигнал 1. Сигналы с полувозбужденных сердеч­ ников, как и сигналы 0, получили название помех, по­ скольку они препятствуют надежному выделению полез­ ных сигналов.

Одним из главных методов борьбы с помехой от полувозбуждения является прокладка обмотки считывания таким образом, чтобы помехи от каждой пары сердеч­ ников взаимно компенсировались. При этом эффектив­ ность компенсации тем выше, чем более идентичны ха­ рактеристики сердечников. Возможно большая идентич­ ность характеристик необходима также для облегчения условий различения сигналов 1 от сигналов 0 с тем, что­ бы у всех сердечников сигналы 1 были не менее, а сиг­ налы 0 не более определенных величин.

Величина помех от полувозбуждения зависит также от хранимой в сердечниках информации и магнитной предыстории ее частичных разрушений в процессе много­ кратных обращений к ЗУ по различным или одинаковым случайным образом задаваемым адресам (см. § 4-2). Поскольку для борьбы с помехами такого рода исполь­ зование компенсирующих свойств обмотки считывания недостаточно, были разработаны другие методы, опреде­ лившие в основном большое количество типов ЗУ.

В настоящее время применяют три структуры ОЗУ,

минающее устройство со структурой 3D обычно называ­ ют ЗУ с совпадающими токами (иногда их называют матричными).

Каждая из этих структур обладает своими достоин­ ствами и недостатками, и целесообразность применений той или иной из них определяется конкретными требо­ ваниями к проектируемому ЗУ. Так, для построения ЗУ малого объема и высокого быстродействия обычно ис­ пользуют структуру 2D, для ЗУ высокого быстродейст­ вия и средней емкости или среднего быстродействия и большой емкости — структуру 2,5D. При этом необходи­ мо также учитывать экономические соображения, по-

I

255

скольку при одной и той же емкости ЗУ эти структуры требуют различного количества электронного оборудо­ вания для управления массивом запоминающих сердеч­ ников. Структура 3D — наиболее экономична, структура 2D — наименее, а структура 2,5D занимает промежуточ­ ное положение между ними.

Запоминающие устройства со структурой 2D пред­ ставляют собой двумерные устройства, в сердечниках которых по одной оси X располагаются слова, а по дру­ гой оси у — разряды этих слов. Блок-схема ЗУ типа 2D представлена на рис. 4-8. Устройство состоит из запоми­ нающего массива, возбудителей шин слова, возбудите­ лей записи разрядов и усилителей считывания. Сердеч-

д/л регистра слада

Рис, 4-8. Блок-схема запоминающего устройст­ ва типа 2 D .

256

ники всех разрядов данного слова располагаются на ши­ не слова X в местах пересечения ее с разрядными шинами записи У, каждая из которых пронизывает сердеч­ ники одного разряда всех слов. Таким образом, в запо­ минающем массиве из N п-разрядных слов имеется N

Рис. 4-9. Временная диаграмма работы ОЗУ типа 2 D .

проводов (шин) слов и п проводов разрядов слов. На каждом проводе слова располагаются п сердечников, а на каждом проводе разряда — N сердечников. Кроме то­ го, все N сердечников в каждом разряде пронизываются обмоткой считывания в направлении оси У.

Чтение записанной по данному адресу информации производится путем подачи в выбранную шину (линию)

полное возбуждение, а остальные сердечники запомина­ ющего массива не подвергаются в это время воздейст­ виям токов возбуждения. Тем самым проявляется основ­ ное преимущество структуры 2D, заключающееся в том, что при считывании в ЗУ нет других возбужденных сер­ дечников, кроме выбранных. Таким образом, в каждой разрядной обмотке считывания возникают сигналы толь-