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

ко от одного сердечника. При считывании с сердечника 1 на обмотке считывания наводится сигнал вследствие из­ менения магнитного состояния сердечника на противо­ положное. При считывании 0 возникает значительно меньший сигнал, обусловленный неидеальностью петли гистерезиса. Временная диаграмма работы ЗУ типа 2D представлена на рис. 4-9. Сигналы с обмоток считыва­ ния поступают на усилители считывания, где произво­ дится выделение сигналов 1 и сигналов 0. С выходов этих усилителей информация в виде сформированных логических сигналов 1 и 0 передается в регистр сло­ ва ЗУ.

Так как производится «чтение с разрушением инфор­ мации», то после чтения все сердечники оказываются в магнитных состояниях 0. Для того чтобы ранее запи­ санная информация не потерялась, в цикл чтения обыч­ но вводят ее регенерацию. С этой целью в выбранную линию слова посылается импульс частичного тока запи­ си + /р, имеющий полярность, противоположную поляр­ ности тока чтения, который создает поле + Я г> < Я с. Кро­ ме того, возбуждаются токами + / р те шины разрядов, с сердечников которых в выбранном слове были счита­ ны 1. Шины разрядов, которые хранили 0, возбуждения не получают. В результате совпадения токов записи сло­ ва и разряда сердечники, с которых была считана 1, получают полное возбуждение полем ЯТО> Я Си возвра­ щаются в состояние 1. Сердечники же, хранившие ранее 0, остаются в своих «нулевых» состояниях, так как по­ лучают только частичное возбуждение током записи сло­ ва. Таким образом осуществляется регенерация стертой после считывания информации.

Структура 2D позволяет увеличивать ток чтения без какого-либо разрушения магнитных состояний невыбранных сердечников. Это открывает возможность повыше­ ния быстродействия ЗУ за счет форсированного считы­ вания токами, значительно превышающими Яс, а также путем применения метода частичного переключения. Этот метод предполагает переключение магнитного по­ тока не во всем материале сердечника, а лишь в его ча­ сти, непосредственно примыкающей к внутреннему от­ верстию. При этом переключающийся материал можно рассматривать как сердечник с тонкими стенками, а весь

остальной материал — как механическое крепление внут­ ренней части.

258

Режим частичного переключения достигается путем ограничения длительности возбуждающего импульса то­ ка величиной, меньшей длительности, необходимой для полного переключения сердечника при данной амплиту­ де импульса тока. Пользуясь этим методом, можно при уменьшении внутреннего отверстия магнитного элемен­ та ОЗУ достичь высокого быстродействия при малой мощности возбуждения и получить достаточно большую амплитуду выходных сигналов. Частичное переключение обычно предполагает контроль не только амплитуд то­ ковых импульсов, но и их длительностей. Способ частич­ ного переключения нашел применение в ЗУ типа 2D, которые предъявляют пониженные требования к иден­ тичности параметров возбуждающих импульсов и маг­ нитных свойств сердечников.

Запись новой информации состоит из двух этапов. Вначале производится очистка выбранной ячейки от старой информации. Для этого по линии слова, соответ­

Затем в линии слова возбуждается импульс тока запи­

ной из процессора в регистр слова ЗУ новой информаци­ ей возбуждаются током записи— І р разрядные обмотки записи, если в триггере данного разряда регистра слова находится 1. В результате этого сердечники в тех разря­

магниченности, соответствующей записи 1. Сердечники, получившие частичное возбуждение по линии слова, ос­ таются в состоянии 0. Тем самым осуществляется за­ пись в сердечнике новой информации.

Следует отметить, что управление запоминающими элементами в ЗУ типа 2D принципиально возможно с помощью всего лишь двух проводов. В этом случае по одному проводу подаются импульсы тока чтения и запи­ си слова, по другому — разрядному снимается выходной сигнал во время импульса чтения и подается импульс разрядной записи одновременно с импульсом записи слова. При этом, однако, усложняются цепи считывания выходных сигналов.

Рассмотрение процессов в ЗУ типа 2D при считыва­ нии и записи информации показывает, что сердечники подвергаются полувозбуждению только во время запи­ си. При этом в обмотке считывания наводятся значи­ тельные сигналы помех от полувозбуждения, характер­ ные для ЗУ, использующего принцип совпадения токов в сердечниках. В то же время в обмотке считывания воз­ никают сигналы от частично или полностью переключа­ ющегося в данном разряде сердечника при записи 0 или 1 соответственно. Кроме того, в обмотке считывания на­ водятся помехи от индуктивной и емкостной связи этой обмотки с обмотками возбуждения в моменты подачи токов. При подаче тока чтения во время записи новой информации в сердечниках возникают сигналы, которые являются сигналами стирания старой информации и по­ этому не должны восприниматься.

Таким образом, в обмотке считывания наряду с по­ лезными сигналами обычно возникают помехи, по ам­ плитуде часто значительно превышающие полезные сиг­ налы. Эти помехи по времени не совпадают с полезны­ ми сигналами, но, воздействуя на усилители считывания, могут вызывать ложные срабатывания усилителей или приводить к столь значительному их насыщению, что к моменту следующего считывания усилители не будут восстановлены. Поэтому применяется стробирование входных сигналов усилителей.

Импульс Строб открывает усилители считывания только на время прохождения полезных сигналов. Все остальное время усилители заперты. Импульс Строб возбуждается в момент максимума сигнала считывания 1. При этом для сигналов 0 усилители оказываются за­ пертыми, поскольку импульсы при считывании 0 окан­ чиваются раньше, чем наступает максимум сигнала 1. Однако на практике из-за разброса параметров сердеч­ ников и импульсов токов возбуждения импульсы при считывании 0 могут не оканчиваться к моменту появлеления стробирующего импульса. Поэтому в усилители считывания, предназначенные для выделения сигналов О и 1 по величине амплитуды, вводится амплитудная дис­ криминация, характеризуемая порогом срабатывания. Сигналы с обмотки считывания, не превышающие неко­ торого порогового значения, не возбуждают выходных сигналов с усилителей считывания. Этим путем удается отделить сигналы 1 от сигналов 0 и прочих помех.

260

В ЗУ типа 2D выделение сигналов 1 и 0 может быть реализовано не по количественному признаку (по ам­ плитуде импульсов), а по качественному, т. е. по поляр­ ности сигналов. Поскольку в ЗУ типа 2D отсутствуют полувозбужденные сердечники при считывании, то не требуется попарного встречного включения их по отно­ шению к обмотке считывания для компенсации помех. Отсюда следует, что обмотка считывания может быть проведена таким образом, чтобы все сердечники данного разряда были включены согласно и наводили в этой об­ мотке полезные сигналы всегда одной полярности неза­ висимо от адреса считываемого слова. Этим широко пользуются при построении ЗУ типа 2D.

Для получения разнополярных сигналов считывания О и 1 в ЗУ со структурой 2D применяют два сердечника для хранения одной двоичной цифры. В результате об­ щее количество сердечников в запоминающем массиве удваивается. При этом возможны различные схемы включения сердечников по отношению к обмоткам уп­ равления и считывания. Одна из наиболее распростра­ ненных схем представлена на рис. 4-10. В отличие от схемы рис. 4-8 каждая шина слова пронизывает в 2 ра­ за большее количество сердечников и образует петлю. Одна ее часть пронизывает п сердечников в одном на­ правлении, а другая часть петли проходит через допол­ нительный ряд п сердечников в противоположном на­ правлении. Назовем условно сердечники в верхней части петли рабочими ( P C ) , а в нижней части — дополни­ тельными (Д С ). Если оба сердечника данного разряда слова находятся в состоянии 1, то это означает, что за­ писана 1. Если же они находятся в состоянии 0, то это значит, что в данном разряде хранится 0.

Чтение информации в таком устройстве производит­ ся посылкой тока чтения с амплитудой Іт в выбранную

ниях. Поэтому если в сердечниках хранилась 1, то PC переходит в состояние 0, а ДС остается в прежнем со­ стоянии намагниченности. При этом на выходной обмот­ ке считывания возникает импульс напряжения опреде­ ленной полярности. Если же в сердечниках был записан 0, то PC не меняет своего магнитного состояния, а ДС переходит из состояния 0 в состояние 1, тем самым воз-

261

а)

/’аоряд/и/е обм от ки зи о и о и

в)

Рис. 4-10. Запоминающее устройство типа 2D.

а — принцип действия; 6 — схема хранения одного «-разрядного слова.

буждая в обмотке считывания импульс напряжения Про­ тивоположной полярности по отношению к импульсу при считывании 1. Таким образом, использование двух сер­ дечников на разряд обеспечивает разнополярные сигна­ лы при считывании 0 н 1.

Запись осуществляется одновременным возбуждени­ ем линии слова током Іѵ, полярность которого противо­ положна полярности тока чтения, и разрядной обмотки записи током, полярность которого зависит от записы­ ваемой в данном разряде информации. Если требуется записать 1, то полярность разрядного тока должна быть такая, чтобы в PC токи, протекающие по шинам слова

в состоянии 0, переходит в состояние 1. Дополнительный сердечник ДС не меняет состояния 1, поскольку он по­ лучает частичное возбуждение, недостаточное для изме­ нения того состояния, в которое он был переведен перед записью полным током чтения. Запись 0 производится такой полярностью разрядного тока, при которой в PC токи, протекающие по шинам слова и разряда, вычита­ ются, а в ДС — складываются. В результате оба сердеч­ ника оказываются в одинаковых состояниях 0.

Применение двух сердечников для хранения двоич­ ной цифры помимо возможности получения разнополяр­ ных сигналов считывания придает системе 2D еще два существенных преимущества. Первое состоит в том, что поскольку совпадающие во времени токи в шинах слова и разряда создают поля, которые при записи либо скла­ дываются, либо вычитаются в сердечниках выбранногослова, то не обязательно амплитуды токов выбирать посоотношению Іт— 2ІР. В этой системе возможно приме­ нение такого соотношения токов, при котором ток записи

разряда---- —/т . ® этом случае на все сердечники, полу­ чающее частичное возбуждение, воздействует поле Нр=

и появляется возможность снижения требований к пря­ моугольное™ петли гистерезиса запоминающих сердеч­ ников.

263

Второе преимущество вытекает из того обстоятельства, что при каждом обращении к данной ячейке для записи или чтения токи записи или соответственно чте­ ния переключают из каждой пары разрядных сердечни­ ков только один (либо PC, либо ДС).

Отсюда следует, что количество переключающихся сердечников при возбуждении линии слова всегда оди­ наково и, таким образом, каждая линия слова запоми­ нающего массива со своими сердечниками представля­ ет как бы автоматически стабилизированную нагрузку для источника возбуждения линии слова. Таким свойст­ вом не обладает структура 2D с одним сердечником на разряд, так как в зависимости от кода слова токи чте­ ния или записи переключают различное количество сер­ дечников из числа находящихся на выбранной линии слова.

Стабильная нагрузка, которую представляет линия слова с двумя сердечниками на разряд, позволяет зна­ чительно снизить требования к возбудителям и упро­ стить их схемы.

Последнее обстоятельство важно тем, что основным недостатком структуры 2D, главным образом ограничи­ вающим ее широкое применение, является неэкономич­ ность ее с точки зрения затрат оборудования для адрес­ ного возбуждения линий слова. Действительно, посколь­ ку в ЗУ типа 2D емкостью в N слов имеется N линий слова, то, следовательно, для выбора любого из N слов необходимо предусмотреть возможность возбуждения любой из N линий, т. е. необходимо иметь индивидуаль­ ный ключ того или иного вида (например, диодный или магнитный) для каждой линии слова. Кроме того, боль­ шинство преимуществ ЗУ типа 2D достигается при ис­ пользовании двух сердечников на разряд, что требует удвоенного количества запоминающих сердечников. Все это вместе взятое приводит к тому, что область приме­ нения структуры 2D ограничивается, как правило, ЗУ малой емкости и высокого быстродействия.

При малой емкости ЗУ управляющие и считывающие обмотки имеют небольшую длину, пронизывают неболь­ шое число сердечников, и поэтому переходные процессы в них быстро затухают. Обычно ЗУ типа 2D строят на емкость не более 256—512 слов, в которых циклы обра­ щения не превышают 0,5—1 мксек. Такие ЗУ использу­ ют часто в качестве СОЗУ.

264

Структура 3D по своей организации выгодно отлича­ ется экономичностью от других структур ЗУ на ферри­ товых сердечниках. Эта система использует принцип совпадения токов для адресного выбора ячеек как при

0 т регистра CMoßa

записи, так и при чтении. Блок-схема ЗУ со структурой 3D представлена на рис. 4-11. Устройство состоит из за­ поминающего массива на ферритовых сердечниках, воз­ будителей линий X и У, разрядных возбудителей запре­ та и разрядных усилителей считывания. Запоминающий щассив сердечников при емкости ЗУ в N слов по п раз­

265