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

парами сердечников, т. е. компенсируются помехи всех полуизбранных сердечников, кроме двух.

Взаимная компенсация помех получается неполной вследствие неидентичностн параметров сердечников и неодинаковоеги их оста­ точных магнитных состояний (часть полуизбранных сердечников хранит код 1 и находится в состоянии + В Г, а другая часть хранит код О и находится в состоянии —В г). Под действием полутона счи­ тывания изменение магнитной индукции ДВ\ в сердечнике, в ко­ тором записана 1, всегда больше изменения индукции ДВ0 в сер­ дечнике, в котором записан 0. Помеха, обусловленная разностью ABi— ДВ2, очень мала, но в наиболее неблагоприятном случае, когда в каждой соседней паре полуизбранных сердечников запи­ саны различные коды, она умножается на коэффициент порядка т и становится соизмеримой с полезным сигналом. В связи с этим возникает необходимость снижения влияния некомпенсируемых помех.

Для уменьшения некомпенсируемых помех применяются раз­ личные способы:

1. Подбор сердечников с коэффициентом прямоугольности петли гистерезиса, близким к единице. Эта мера, хотя она и является наиболее радикальной, не может обеспечить уменьшение помехи до нуля, так как реальная петля гистерезиса не может точно сов­ падать с идеальной.

2. Стробирование считываемого сигнала. Это один из наиболее эффективных и экономичных способов, поэтому он часто приме­ няется в трехмерных МОЗУ. Здесь используется то обстоятельство, что импульс э. д. с. помех, обусловленный процессами, связанными с незначительными изменениями магнитного потока в сердечниках, заканчивается гораздо раньше полезного сигнала, который обус­ ловлен полным перемагничиванием избранного сердечника (при считывании кода 1). Если стробирующий импульс по времени бу­ дет соответствовать второй части кодового сигнала 1 в разрядной шине, когда амплитуда суммарной э. д. с. помех значительно мень­ ше максимальной ее величины, то выделение этого сигнала ока­ зывается возможным даже при очень больших значениях э. д. с. помех.

3. Разделение разрядной шины матрицы на секции и объеди­ нение выходов секций с помощью элемента ИЛИ. Здесь суммарная э. д. с. помех уменьшается, поскольку она обусловлена процессами, происходящими в полуизбранных сердечниках, связанных не со всей разрядной шиной, а только с одной ее секцией.

4. Повышение коэффициента селекции Кс, представляющего собой отношение амплитуды импульса напряженности поля, прило­ женного к избранному сердечнику, к амплитуде импульса напря­ женности поля, приложенного к полуизбранному сердечнику. В рас­ смотренной матрице Кс = 2. Очевидно, что путем увеличения Кс за счет уменьшения амплитуды импульсов, действующих на полуизбранные сердечники, можно добиться значительного снижения э. д. с. помех в разрядной шине матрицы. Один из наиболее про­

192

стых способов увеличения Л'0 базируется на использовании прин­ ципа динамического смещения [16].

Указанные способы могут применяться в различных сочета­ ниях. Однако все они, обеспечивая уменьшение помех, создавае­ мых полуизбранными сердечниками, не предохраняют от помех, наводимых в разрядной шине в результате непосредственного элек­ тромагнитного влияния возбужденных адресных шин. Эти помехи значительно уменьшаются, если использовать не простейший спо­ соб диагональной прошивки сердечников матрицы, а более слож­ ный. Например, разрядную шину разбить на две секции, соединен­ ные последовательно и ориентированные перпендикулярно одна другой [16, 31].

Усредненное значение суммарной э. д. с., наводимой в разряд­ ной шине при считывании кода 1 с любого сердечника матрицы,

магничивания избранного сердечника, т. е. это э. д. с. полезного сигнала, представляющего код 1;

еп — э. д. с. помехи от одного полуизбранного сердечника; т — число сердечников в строке (или столбце) квадратной ма­

трицы.

Последний член выражения (6.9) представляет собой сумму разностей э. д. с. помех, создаваемых сердечниками взаимно ком­ пенсирующихся пар. Он определяет величину нескомпенсированной помехи. При фиксированном значении т удельный вес этого чле­ на будет тем меньше, чем больше коэффициент прямоугольности петли гистерезиса сердечников и чем меньше разброс их пара­ метров. Отсюда вытекают повышенные требования, которые предъ­ являются к сердечникам, применяемым в трехмерных МОЗУ.

Введем обозначения:

где ens — э. д. с. суммарной помехи в разрядной шине, причем

(6.10)

С учетом принятых обозначений выражение (6.10) можно за­ писать в виде

(6. 11)

193

относительный разброс сердечников по вы­

ходным импульсам э. д. с.

Если еПк не превышает некоторой величины X, то для случая максимальной помехи уравнение (6.11) принимает вид [31]

ч = ± -р-х О - 2 ) ~ 2 Т *

Отсюда

( 6. 12)

По соотношению (6.12) определяется допустимый разброс сер­ дечников X по выходным импульсам э. д. с., если известны или заданы величины (3, rj, in. Из этого соотношения видно, что с уве­ личением т, т. е. с увеличением емкости МОЗУ, требования к иден­ тичности параметров сердечников возрастают (значения X умень­ шаются) .

Помимо высоких требований к коэффициенту прямоугольности петли гистерезиса и разбросу параметров сердечники матрицы должны обладать большими остаточной намагниченностью Вг и коэрцитивной силой Нс. При прочих равных условиях, чем боль­ ше Вг, тем больше ес. С увеличением Нс возрастает допустимый разброс амплитуд адресных токов 1Х, 1Уи тока запрета /зп.

Необходимо отметить, что при диагональной прошивке разряд­ ного провода матрицы считываемый кодовый сигнал 1 на ее вы­ ходе представляется импульсом э. д. с. либо положительной, либо отрицательной полярности в зависимости от того, в каком на­ правлении проходит этот провод через избранный сердечник. Так как машина оперирует кодами, в которых единица представляется сигналом определенной полярности, а нуль — сигналом противо­ положной полярности или отсутствием сигнала, на выходе матри­ цы необходимо включать усилительно-формирующие цепи. Эти цепи должны реагировать на сигналы обеих полярностей, а выда­ вать кодовые сигналы 1 только одной полярности.

Схема трехмерного МОЗУ. Принцип построения и работу трех­ мерного МОЗУ для 3-разрядных чисел рассмотрим по структур­ ной схеме и временной диаграмме (рис. 6.2). Разрядные матрицы, пронумерованные от Ml до М3, собираются в общий блок, назы­ ваемый накопителем или кубом памяти. Количество матриц в кубе определяется разрядностью запоминаемых чисел, так как каждая из них служит для хранения одного разряда всех чисел. Количе­ ство сердечников в каждой матрице равно Е — емкости МОЗУ.

Запись чисел в куб памяти и считывание осуществляются в па­ раллельном коде, для чего соответствующие адресные шины по координатам х и у соединяются последовательно. Поэтому для всех матриц куба адресные шины по каждой из этих координат явля­ ются общими. Разрядные (выходные) шины и шины запрета — от­ дельные для каждой матрицы. Сердечники, одинаково ориентиро-

194

-05/mL-\---1----Lu 11

B r h - r - f c t

-I— i-

zsd^zbei-

^8ЫГ,

Рис. 6.2. Схема трехмерного МОЗУ (а) и временная диаграмма его работы (б)

ванные в матрицах, т. е. имеющие одинаковые координаты х и г/, образуют ячейку памяти. На рис. 6.2, а выделена (сердечники зачернены) одна ячейка памяти, которая составлена из сер­ дечников, находящихся на пересечении последовательно соеди­ ненных адресных шин абвгде по координате х н а'б'в'г'д'е' по координате у.

Кроме куба памяти в трехмерном МОЗУ можно выделить сле­ дующие схемы:

—схему адресной части МОЗУ, включающую регистр адреса РгА (регистр РгА состоит из двух частей: регистра адреса РгХ по координате х и регистра адреса РгУ по координате у), два деши­ фратора ДшХ и ДшУ, вентили В* и Ву, формирователи токов по координатам х и у\ выходы формирователей связаны с адресными шинами;

—схему числовой части МОЗУ, включающую усилители счи­ тывания УI, У2, Уз, вентили запрета Вь В2, В3, формирователи тока запрета Фзп1, Фзп2, ФзпЗ, регистр числа РгЧ, вентили выдачи числа Вв 1, Вв2, ВвЗ, вентили записи числа Вз1, Вз2, ВзЗ, вентили

стробирования считываемых сигналов Вс 1, Вс2, ВсЗ;

— блок местного управления БМУ МОЗУ.

Рассмотрим работу МОЗУ при считывании и записи информа­ ции. При считывании числа, хранящегося в определенной ячейке памяти, код адреса числа по кодовым шинам адреса КША по­ дается в регистр адреса, причем в РгХ записывается адрес тре­ буемой адресной шины по координате х, а в РгУ — адрес шины по координате у. С регистров РгХ и РгУ параллельные парафаз-

и ДшУ равно числу соответственно адресных шин х и адресных шин у. По сигналу «Выдача адреса», поступающему с БМУ и от­ крывающему вентили В* и Ву, возбуждаются соответствующие формирователи Ф* и Фу, на выходе которых появляются двупо­ лярные импульсы. Эти импульсы по одной из адресных шин х и по одной из адресных шин у поступают в куб памяти. Импульсы отрицательной полярности представляют собой импульсы считыва­ ния 1Х и /у, их амплитуда равна 0,5/т . Сердечники, находящиеся на пересечении возбужденных адресных шин и, следовательно, принадлежащие ячейке памяти, к которой производится обраще­ ние, перемагничиваются, если в них был записан код 1, и в раз­ рядных шинах матриц появляются кодовые сигналы еВЫх (рис. 6.2,6) единиц (полезные сигналы) и нулей (помехи). Эти сигналы поступают на усилители считывания У], У2, У3, на выходе которых они стробируются, после чего подаются на регистр чис­ ла РгЧ. Триггеры регистра РгЧ устанавливаются в положение, соответствующее считанному коду. С регистра РгЧ код считанного числа может быть подан в любое устройство машины.

После считывания все сердечники избранной ячейки памяти устанавливаются в нулевое положение (—Вг), т. е. информация

196

стирается. Восстановление информации, поскольку она исполь­ зуется неоднократно, производится следующим образом. Импульсы положительной полярности, образованные на выходе формирова­ телей спустя некоторое время после появления импульсов считы­ вания, являются импульсами записи (регенерации) /* и 1У. Их амплитуда также равна 0,5/т . Суммарному действию импульсов записи подвергаются сердечники той ячейки, из которой перед этим было считано число. Чтобы вновь установить в положение + В Г только те сердечники, которые до считывания хранили код 1, в шину запрета матриц, где должен быть восстановлен 0, подается импульс тока запрета 1^. Импульс 73n пропускается в матрицы

Вг, В3, которые связаны с триггерами регистра числа, находящи­ мися в нулевом положении. Компенсируя действие полутонов запи­ си, импульс запрета предотвращает тем самым перемагничивание избранного сердечника матрицы в состояние кода 1. После восста­ новления информации и подачи считанного числа с регистра РгЧ в другие устройства машины регистры РгХ, РгУ, РгЧ по сигна­ лу У«0» с БМУ устанавливаются в нулевое положение, и на этом заканчивается цикл обращения к МОЗУ.

Обращение к МОЗУ для записи нового числа производится по такому же циклу (цикл обращения к ячейке МОЗУ всегда начи­ нается со считывания информации в ней независимо от того, с ка­ кой целью производится обращение — для записи нового числа или для считывания числа). По сигналу «Выдача адреса» сердеч­ ники избранной ячейки памяти сначала устанавливаются в ну­ левое положение. При этом считанное число (если оно хранилось в этой ячейке) фиксируется в регистре РгЧ, который затем сбра­ сывается в нулевое положение. После этого код нового числа подается по кодовым шинам числа КШЧ и записывается в регистр РгЧ. Далее с БМУ поступает сигнал «Запись», по которому код числа заносится в ячейку памяти, и регистры РгХ, РгУ и РгЧ устанавливаются в нулевое положение сигналом У«0».

Управление всеми процессами записи и считывания информа­ ции в МОЗУ и согласование во времени действия отдельных бло­ ков, узлов и элементов осуществляется блоком местного управле­ ния, который вырабатывает сигналы управления и синхронизации по сигналу «Запись» или «Считывание», поступающему от устрой­ ства управления машины.

Основные преимущества трехмерных МОЗУ заключаются в сле­ дующем:

— довольно высокое быстродействие при сравнительно большой емкости; для увеличения емкости трехмерные МОЗУ могут строить­ ся многокубовыми; тогда код адреса ячейки памяти состоит из трех частей, первая часть используется для выборки требуемого куба, вторая и третья части — для выборки ячейки по координа­ там х и у\ схемы адресной и числовой частей общие для всех ку­ бов; применение нескольких кубов вместо одного способствует

197