Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

мента и, следовательно, может быть прочитана в определенные моменты, разделенные интервалом времени, который называется циклом работы ЗУ. Периодические ЗУ могут быть как статиче­

дущих типов ЗУ время, затрачиваемое на запись или считывание информации по определенному адресу, не зависит от того, к какой именно ячейке производится обращение. Это время определяется быстродействием коммутационных схем, обеспечивающих выбор заданной ячейки. ЗУ с произвольным доступом являются наи­ более быстродействующими, они могут быть только статического типа.

При оценке и сравнении различных типов ЗУ, при решении вопроса о целесообразности применения того или иного типа в кон­ кретной ЦВМ используется ряд параметров (характеристик) ЗУ. Важнейшими из них являются емкость, быстродействие, надеж­ ность, габаритно-весовые характеристики, стоимость.

Емкость (Е) выражается максимальным количеством инфор­ мации, которая одновременно может храниться в ЗУ. В качестве единиц информации используются бит (двоичная единица или нуль), байт (один байт равен восьми битам), слово определенной разрядности.

Для сравнения различных типов ЗУ удобно использовать удель­ ную емкость у, выраженную в битах на единицу физического объе­ ма, у = £/Ц

Емкостью ЗУ в значительной степени определяются возможно­ сти ЦВМ с точки зрения широты диапазона и сложности задач, которые могут решаться на машине.

Быстродействие ЗУ определяется его временными характери­ стиками— временем обращения т0бр и временем полного цикла -щ. Время обращения, называемое также временем выборки,— это промежуток времени от момента посылки в ЗУ адреса требуемой ячейки до момента появления считанного кода на выходных кодо­ вых шинах. Время цикла представляет собой минимальное время между последовательными обращениями к ЗУ. Оно складывается из времени обращения и времени, затрачиваемого на запись (реге­ нерацию) считанного кода. Быстродействие ЗУ может характери­ зоваться частотой обращения к нему F= 1/хц.

Быстродействие внешних и буферных ЗУ на магнитных бараба­ нах, дисках, лентах удобнее оценивать количеством информации (в битах, байтах, словах), записываемой или считываемой в еди­ ницу времени, поскольку при обращении к этим видам памяти информация считывается (записывается) массивами.

Надежность ЗУ, как и любого другого устройства, оценивается вероятностью сохранения основных параметров в заданных преде­ лах в течение определенного промежутка времени при работе в заданных условиях. Она зависит от типа и количества элементов, используемых для построения ЗУ, от принципа работы ЗУ, of

187

чувствительности элементов и узлов ЗУ к изменению внешних условий.

Габаритно-весовые характеристики ЗУ ЦВМ имеют большее или меньшее значение в зависимости от назначения и условии эксплуатации машины. Если для универсальной машины, работаю­ щей в стационарных условиях, вес и габариты не играют основной роли, то для специализированной ЦВМ, работающей в нестацио­ нарных условиях и тем более находящейся на борту какого-нибудь летательного аппарата, эти характеристики очень важны. Однако во всех случаях для построения ЗУ желательно использовать ма­ логабаритные элементы, так как это не только улучшает габаритно­ весовые показатели ЗУ, но и повышает его экономичность.

Для оценки ЗУ специализированных ЦВМ, работающих в не­ стационарных условиях, большое значение имеют такие характе­ ристики, как чувствительность к изменению окружающей темпера­ туры и влажности, к вибрациям, толчкам, ударам, ускорениям, к воздействию различных физических полей и т. д.

§ 6.2. Трехмерные оперативные запоминающие устройства на ферритовых сердечниках

В современных ЦВМ оперативная память, как правило, строит­ ся на ферритовых сердечниках с прямоугольной петлей гистерези­ са. Она получила название МОЗУ — магнитное оперативное запо­ минающее устройство. Долголетие МОЗУ объясняется такими ее положительными качествами, как достаточно высокое быстродей­ ствие (время цикла для различных схем МОЗУ колеблется от не­ скольких сотен наносекунд до 10—20 мксек) и емкость (от не­ скольких десятков тысяч до нескольких миллионов бит), высокая надежность работы, возможность хранения информации неограни­ ченно долгое время без затраты энергии.

В зависимости от организации системы выборки необходимой ячейки памяти различают следующие типы МОЗУ:

— трехмерные (трехкоординатные) МОЗУ, или МОЗУ типа ЗД (от английских слов three dimensional — три измерения, три коор­ динаты); в отечественной литературе они называются также МОЗУ матричного типа, МОЗУ с записью и считыванием по принципу совпадения полутоков;

— двухмерные (двухкоординатные) МОЗУ, или МОЗУ типа 2Д, иначе называемые МОЗУ с линейной выборкой, МОЗУ типа Z; в таких устройствах запись производится по принципу совпадения полутоков, а считывание осуществляется полным током;

-2 -^ - -мерные МОЗУ, или МОЗУ типа 2 у - Д, занимающие по

своим свойствам и организации системы выборки промежуточное положение между двухмерными и трехмерными МОЗУ.

Указанные типы МОЗУ относятся к статическим ЗУ с адресным обращением и с произвольным доступом к ячейкам памяти.

188

Наибольшее распространение получили трехмерные МОЗУ. В них используется матричный способ расположения сердечников, предназначенных для хранения одноименных разрядов запоминае­ мых чисел. Рассмотрим принципы построения разрядных матриц МОЗУ типа ЗД.

Разрядные матрицы МОЗУ типа ЗД. В разрядной матрице трехмерного МОЗУ (рис. 6.1) ферритовые сердечники располага­ ются рядами по столбцам и строкам, образуя обычно квадраты. Через каждый сердечник матрицы проходят по крайней мере три

Рис. 6.1. Схема разрядной матрицы трехмерного МОЗУ

шины. Две из них — адресные (координатные) шины лу и у, — служат для выборки требуемого сердечника при обращении к ма­ трице. Третья шипа, пронизывающая все сердечники матрицы, является выходной. В ней индуктируются импульсы э. д. с. при считывании информации с сердечника. Выходная шина объединяет сердечники, принадлежащие к одному разряду запоминаемых чи­ сел, поэтому она еще называется разрядной. Кроме трех указан­ ных шин обычно используется четвертая шина, проходящая через все сердечники разрядной матрицы в одном направлении. Это шина запрета, ее назначение указывается ниже. При записи или считывании информации на одну из шин х и на одну из шин у, на пересечении которых находится нужный сердечник, подаются импульсы тока /* и /„ с амплитудой 0,5/т (/т — величина тока, необходимая для создания поля с напряженностью Нт, обеспечи­ вающего надежное перемагничивание сердечника). Ток с амплиту­ дой 0,51т принято называть полутоном, он создает поле с напря­

189

женностью 0,5 Нт, не достаточное для перемагнпчиванпя сердечни­ ка, так как 0,5Нт<Н с. Сердечник, находящийся на пересечении возбужденных шин х и у, по которым проходят полутоки, подвер­ гается действию суммарного перемагничнвающего поля, образо­ ванного этими полутонами. Такие сердечники называются избран­ ными, а сердечники, находящиеся в одной строке или в одном столбце с избранным,— полуизбранными.

Запись кода 1 в избранный сердечник (установка его в состоя­ ние + 5 Г) производится путем подачи в соответствующие адресные шины х и у импульсов 1Х и 1У положительной полярности. Если в данном разряде должен быть записан код 0, то одновременно с по­ дачей импульсов 1Х и / у положительной полярности через шину запрета пропускается отрицательный импульс тока запрета /зп с амплитудой 0,5/ т , компенсирующий половину напряженности поля, создаваемого в избранном сердечнике импульсами [х и /„. Вслед­ ствие этого избранный сердечник остается в первоначальном со­ стоянии намагниченности (—Вг), соответствующем записи в нем кода 0. Следовательно, с помощью отдельной шины запрета в такте записи осуществляется воспрещение записи кода 1 в из­ бранный сердечник, если в данном разряде необходимо запи­ сать 0.

Для считывания информации с избранного сердечника по соот­ ветствующим адресным шинам подаются полутоки отрицательной полярности. Если в сердечнике хранился код 1, то под действием суммарного поля, создаваемого считывающими полутонами, он перемагничивается в нулевое состояние и в разрядной шине ин­ дуктируется э. д. с.— сигнал кода 1. Если же в сердечнике хранил­ ся 0, в разрядной шине наводится э. д. с. помехи. Так как при считывании информация стирается, вслед за считыванием необхо­ димо осуществлять восстановление (перезапись, регенерацию) ин­ формации. Имеются схемы трехадресных МОЗУ, в которых шина запрета используется и для съема считываемых сигналов.

Таким образом, в МОЗУ типа ЗД запоминающие элементы на ферритовых сердечниках выполняют не только функции хранения информации, но и простейшие логические операции: в режиме считывания — операцию конъюнкции двух адресных полутонов, в режиме записи— операцию конъюнкции трех логических перемен­ ных (1Х, /у, / зп) • Отсюда 'и возникает необходимость прошивки каж­ дого сердечника разрядной матрицы по меньшей мере тремя про­ водами, соответствующими трем координатам: по двум координа­ там проходят адресные шины, а по третьей идет разрядная шина. Это обусловило название такого типа МОЗУ — трехкоординатное, трехмерное.

Для обеспечения нормальной работы разрядной матрицы необ­ ходимо выдерживать следующие соотношения в ее шинах:

(6 .1)

(6.2)

(6.3)

190

нение единичного состояния неизбранных сердечников при прохо­ ждении тока /зп.

Амплитуды токов /* и 1У могут отличаться от их номинальных значений, выбранных в соответствии с (6.1) — (6.5). Поэтому не­ обходимо установить допустимые относительные отклонения этих токов от номинальных значений:

Соотношение (6.8) устанавливает взаимную зависимость до­ пусков на токи 1Х и /Зц при различных значениях а.

Рассмотрим вопрос о помехоустойчивости разрядной матрицы трехмерного МОЗУ. При считывании информации в разрядной шине вследствие неидеальной прямоугольное™ петли гистерезиса сердечников наводится э. д. с. помехи, накладывающаяся на по­ лезный сигнал и ухудшающая распознаваемость считываемых ко­ дов. Действительно, во время считывания кода 1 в квадратной ма­ трице, построенной из /п2 сердечников, избранный сердечник перемагничивается полностью, а 2 (т — 1) полуизбранных сердечников подвергаются действию полутона. Если разрядная шина проходит через все сердечники матрицы в одном и том же направлении, то суммарная э. д. с., порождаемая полуизбранными сердечниками, может достигнуть очень большой величины, в десятки раз превы­ шающей э. д. с. полезного сигнала. В таком случае распознавание считанной информации оказывается невозможным. Это явление устраняется прошивкой разрядного провода в диагональных на­ правлениях (рис. 6.1). Сердечники, расположенные рядом в лю­ бой строке или в любом столбце, оказываются прошитыми разряд­ ным проводом в противоположных направлениях. Этим достигает­ ся частичная взаимная компенсация помех, создаваемых (т — 2)

191