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

рядов каждое разбивается на п одинаковых матриц, со­ держащих каждая N сердечников. Таким образом на од­ ной матрице могут храниться одноименные разряды всех N слов. Матрица имеет горизонтальные шины X и вер­ тикальные У для возбуждения сердечников, обмотку за­ прета записи 1 и выходную обмотку считывания. Шины X и У являются координатными обмотками. Соответст­ вующие координатные обмотки всех матриц соединяют­ ся последовательно шинами, параллельными оси Z. Таким образом образуется трехмерный куб (этим объ­ ясняется название структуры 3D), в котором сердечни­ ки, принадлежащие одному слову, располагаются па­ раллельно оси Z, а сердечники одноименных разрядов слов располагаются в плоскостях, параллельных пло­ скости XY.

Считывание информации в таком ЗУ производится в соответствии с принципом совпадения токов путем по­ дачи токов возбуждения с амплитудой —І р в одну из шин X и одну из шин У. Сердечники, находящиеся на пересечении координатных обмоток в каждой матрице, получают полное возбуждение полем Ят >/У с. На об­ мотках считывания возникают выходные сигналы 0 пли 1, отличающиеся величиной амплитуды. Сигналы 1 име­ ют большую амплитуду, поскольку сердечники изменя­ ют полностью свое магнитное состояние, а сигналы О имеют значительно меньшую амплитуду вследствие лишь частичного изменения намагниченности из-за не­ идеальности петли гистерезиса (рис. 4-12). Все осталь­ ные сердечники, расположенные на возбужденных об­ мотках X и У, получают частичное возбуждение полегл НР< Н Си создают сигналы помех от полувозбуждения.

В результате считывания информации с выбранных сердечников они оказываются в состоянии намагничен­ ности, соответствующей 0. Поэтому, чтобы считанная с них информация не была потеряна, необходимо про­

чтения. При этом, очевидно, все сердечники выбранного слова стремятся перейти в состояние намагниченности, соответствующее 1. Для того чтобы предотвратить пере­ ход в состояние 1 сердечников, в которых следует сохра­ нить цифру 0, в соответствующей разрядной матрице возбуждается обмотка запрета записи 1 токоіц с ампли-

266

регенерируется 1, будет воздействовать поле —Нт, а сердечники, в которых регенерируется 0, будут получать

Рис. 4-12. Временная диаграмма работы ОЗУ типа 3 D .

каждый и одним током запрета —ІР, создающим резуль­ тирующее поле Нр<.Нс. Таким образом, в соответству­ ющих разрядах выбранного слова регенерируется О или 1.

Запись новой информации в системе 3D производит­ ся следующим образом. В начале выполняется очистка выбранной ячейки от старой информации. Для этого ко­ ординатные обмотки согласно данному адресу возбуж­ даются токами чтения, переводящими все сердечники выбранного слова в состояние 0. Затем эти же коорди­ натные обмотки возбуждаются токами записи. С неко­ торым перекрытием во времени, чтобы гарантировать запрещение записи 1, возбуждаются также обмотки за­ прета в тех разрядных матрицах, которым соответствуют триггеры регистра слова ЗУ, установившиеся в состоя­

267

ние 0 после передачи из процессора новой информации для записи (рис. 4-12). Таким образом, в состояние на­ магниченности, соответствующее 1, перейдут сердечники тех разрядов, для которых в регистре слова записаны 1, а остальные сердечники останутся в состоянии, соответ­ ствующем 0. Тем самым осуществляется запись новой информации.

Следует заметить, что в ЗУ типа 3D принципиально

в матрице имеются только три обмотки и через каждый сердечник проходят три провода. Это значительно упро­

имеет место полувозбуждение сердечников. Оно приво­ дит к тому, что на считывающей обмотке матрицы, кро­ ме полезного сигнала, возникают помехи, обусловленные неидеальностью петли гистерезиса полувозбужденных сердечников. При этом на выходной обмотке считывания помехи возникают как во время импульсов тока чтения, так и записи. Как уже отмечалось, суммарный уровень помех, возникающих в результате частичных разруше­ ний магнитных состояний сердечников, в основном за­ висит от качества и количества сердечников, их магнит­

лезных сигналов, то задача снижения влияния помех на работоспособность ЗУ для структуры 3D приобретает большую остроту, чем для ЗУ структуры 2D. Эта зада­ ча решается путем улучшения характеристик запомина­ ющих элементов и в значительной степени с помощью схемных средств.

К последним в первую очередь относится прошивка матрицы обмоткой считывания таким образом, чтобы помехи от полувозбужденных сердечников попарно ком­ пенсировались. При этом применяются как диагональ­ ная (рис. 4-13, а), так и прямоугольная (рис. 4-13,6) обмотки считывания. Предпочтение обычно отдается прямоугольной обмотке, так как она имеет меньшую

268

Длину, перпендикулярна обмотке запрета, что значи­ тельно снижает помехи при записи. Однако при считы­ вании помеха может возрасти по сравнению с диагональ­ ной прошивкой, так как координатные провода У па­ раллельны обмотке считывания. Для устранения этого

Х оорди нат нб/е /?poßâdff У

ß a # u />

6)

Рис. 4-13. Схемы разрядных матриц.

а — схема разрядной матрицы с диагональной обмоткой считывания; б — схема разрядной матрицы с прямоуголь­ ной обмоткой считывания.

269

применяют сдвиг во времени передних фронтов токов возбуждения. Вначале подают полутон в шину по оси У, вызывающий наибольшую помеху при считывании, затем после снижения помехи до приемлемого уровня подается полутон в шину по оси X, во время которого и считывается полезный сигнал (рис. 4-12). Сдвиг пе­ редних фронтов импульсов токов чтения значительно снижает также величину помехи от полувозбуждения сердечников к моменту считывания полезных сигналов, так как полувозбуждение сердечников, находящихся на обмотке У, происходит по времени раньше, и эти сигналы не суммируются с сигналами полувозбужденных сердечников на обмотке X. Уменьшение результи­ рующего сигнала помехи достигается также путем раз­ деления обмотки считывания на секции, приводящего к уменьшению количества полувозбужденных сердечни­ ков в одной секции.

Для уменьшения влияния предыстории намагничи­ вания сердечников в матрице на величину помехи при считывании и снижения ее амплитуды в цикл обраще­ ния к памяти, который включает в себя импульсы чте­ ния, записи и запрета с необходимыми задержками между ними, обычно вводится дополнительный им­ пульс так называемого послезаписного возбуждения (рис. 4-12). Ток послезаписного возбуждения, равный по величине полувозбуждающему току матричного ЗУ, посылается по обмотке запрета сразу же после импуль­ са тока записи. Его действие эквивалентно действию по­ лутока чтения. В результате все сердечники оказывают­ ся в таком состоянии разрушения информации, в каком они оказались бы при полувозбуждении в период опера­ ции чтения. Так как повторное полувозбуждение импуль­ сом тока той же полярности практически не увеличива­ ет разрушения информации, то непосредственно при считывании уровень помех значительно снижается.

Однако, несмотря на применение перечисленных выше мер в обмотке считывания, в особенности при большой емкости ЗУ, могут возникать значительные по­ мехи, затрудняющие выделение полезных сигналов и

вание усилителей. Для повышения надежности выделе­ ния 0 и 1 по количественному признаку в ЗУ этого типа, как правило, вводится амплитудная дискриминация.

270

Наиболее значительным преимуществом ЗУ со струк­ турой 3D является экономичность с точки зрения зат­ рат оборудования на систему адресного возбуждения. Действительно, если ЗУ имеет емкость запоминания N слов и по каждой координате матрицы располагается одинаковое количество сердечников (квадратная мат­ рица), то для выбора любого из N слов требуется воз­

буждать по каждой координате любую из У N линий. Общее число координатных ключей (например, диод­

ных) таким образом должно бы ть2}/Я . По сравнению со структурой 2D, требующей N ключей, структура 3D дает значительную экономию при той же емкости, при­ чем эта экономия возрастает по мере увеличения ем­ кости памяти.

Однако ЗУ со структурой 3D имеют существенные недостатки. Кроме помех от полувозбуждения и свя­ занной с этим чувствительностью ЗУ к разбросу пара­ метров сердечников и их качеству, а также к измене­ ниям параметров импульсов токов возбуждения и тем­ пературы окружающей среды имеются принципиальные ограничения по скорости работы ЗУ.

Быстродействие ЗУ типа 3D в значительной степени зависит от коэрцитивной силы сердечника Яс. Очевид­ но, что поскольку время переключения сердечника тем

большим значением Яс, так как значение Ято не может быть увеличено произвольно и всегда ограничено свер­ ху величиной 2ЯР, где НР<,НС. Но величина Яс также не может быть назначена произвольно большой при данных размерах сердечника, поскольку при этом уве­ личение Я р ограничивается возможностями электрон­ ного оборудования, вырабатывающего импульсы тока 1р. Следовательно, для увеличения быстродействия ЗУ нужно не только увеличивать Яс, но и одновременно уменьшать геометрические размеры сердечников. В свою очередь уменьшение размеров сердечников огра­ ничивается возможностями сборки матриц.

Быстродействие ЗУ со структурой 3D ограничивает­ ся также большой индуктивностью обмоток управления из-за большого количества сердечников на них. Обмот­ ки возбуждения в ряде случаев представляют собой

271