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

P z Ах /

PzAxO

числовую и третьи разрядные шины всех разрядов проходят им­ пульсы токов 1Х и / у, амплитуда которых равна 0 , 5 / (направле­ ние токов показано стрелками). Если в избранном сердечнике хра­ нился код 1, под действием магнитного поля, создаваемого тока­ ми 1Х и /у, он перемагничивается в нулевое положение, и в вы­ ходной обмотке (на рис. 6.5 она не показана), которая проходит через все сердечники одного разряда, наводится э. д. с. считыва­ ния. Если в избранном сердечнике хранился код 0, его магнитное состояние не изменяется, и в идеальном случае в выходной об­ мотке э. д. с. считывания отсутствует. Для уменьшения помех от полуизбранных сердечников, подвергающихся действию тока 1Х или /у, выходная обмотка, как и в трехмерном МОЗУ, пронизывает все сердечники одного разряда матрицы в диагональном направ­ лении. Считанное число подается в регистр числа, а оттуда■— в другие устройства ЦВМ.

При записи или регенерации числа в выделенную ячейку па­ мяти дешифрация адреса осуществляется так же, как и при счи­ тывании, однако направление токов 1Х и /у изменяется на проти­ воположное. Следовательно, все формирователи и ключи должны быть биполярными. Если в данном разряде ячейки памяти необ­ ходимо записать (восстановить) код 1, соответствующий сердечник ячейки подвергается действию токов /.* и / у. При записи или вос­ становлении кода 0 в t-м разряде ток /у не посылается. Для этого сигналом с триггера i-ro разряда регистра числа закрываются соответствующие ключи Kv, поэтому сердечник i-го разряда ячейки памяти, подвергающийся действию только тока /*, остается в ну­ левом положении.

Надежная работа МОЗУ обеспечивается при выполнении сле­

Выполнение условия (6.28) обеспечивает надежное перемагничивание сердечника избранной ячейки памяти при записи или счи­ тывании кода 1, а выполнение условия (6.29)— надежное сохра­ нение состояния полуизбранных сердечников или избранного сер­ дечника при записи в него кода 0.

Обозначим допустимые относительные отклонения токов 1Х и 1У от их номинальных значений через 8* и 8V, причем

210

Совместное решение уравнений (6.32) — (6.34) с учетом обо-

которое определяет взаимную зависимость допусков Ьх и ov на токи 1Х, 1У при различных значениях параметра а, характеризую­ щего материал сердечников, используемых в МОЗУ.

Для типичного значения а = 1,6 в2у-мерном МОЗУ относи­ тельные допуски на отклонение амплитуд токов 1Х и 1Усоставляют

тверждается, что 2 у-мериые МОЗУ занимают промежуточное по­

ложение по сравнению с двух- и трехмерными МОЗУ по критично­ сти к колебаниям амплитуды импульсов возбуждения.

По сравнению с трех- и двухмерными МОЗУ 2 у-мерная па­

мять имеет следующие преимущества:

—меньшее количество шин, проходящих через запоминающие сердечники, по сравнению с трехмерными МОЗУ;

—более простые и экономичные схемы, обеспечивающие запись, считывание и регенерацию информации, по сравнению с двухмерными МОЗУ той же емкости;

—меньшее число сердечников, прошитых одной выходной ши­

ной, по сравнению с .числом сердечников, прошитых разрядной (выходной) шиной в МОЗУ типа ЗД или разрядной шиной считы­ вания (записи) в МОЗУ типа 2Д;

— отсутствие разрядного тока запрета (необходимого в трех­ мерных МОЗУ при записи или восстановлении кода 0 в данном разряде записываемого числа) и соответственно проблемы успо­ коения выходных разрядных линий после подачи импульса тока запрета.

Основные недостатки 2 у -мерных МОЗУ:

—невозможность форсированного перемагничивания сердеч­

ников;

—использование принципа совпадения полутонов в такте счи­ тывания и необходимость в сложной (например, диагональной)

прошивке сердечников выходной шиной с целью уменьшения по­ мех от полувозбужденных сердечников, а также необходимость применения ряда мер для снижения некомпеисируемых помех.

Из рассмотренных устройств оперативной памяти на феррито­ вых сердечниках 3- и 2у-мерные МОЗУ — наиболее близки как по

своим техническим характеристикам, так и по используемым в них электронным схемам, типам сердечников и принципам конструи­ рования. Оценка МОЗУ различных типов [22] по приведенной стои­

мости (по затратам на 1 бит емкости) показывает, что при емко­ сти, равной или меньшей 8192 64-разрядным словам, и частоте обращения 1 Мгц в настоящее время наиболее выгодной является

трехмерное МОЗУ. МОЗУ типа 2-^-Д с экономической точки зре­

ния лучше всего подходит для емкости более 8192 слов с циклом обращения менее 3 мксек. С увеличением требований к быстродей­ ствию, когда приходится использовать сердечники очень малых размеров, наиболее практичными оказываются МОЗУ с более про­

стой прошивкой (типов 2Д, 2-^- Д),

Поскольку ферритовые сердечники с ППГ остаются основными запоминающими элементами оперативной памяти ЦВМ, продол­ жаются поиски все новых и новых способов повышения быстродей­ ствия МОЗУ.

§ 6.5. Постоянные запоминающие устройства

Постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ) называют­ ся устройства, предназначенные для хранения постоянной, не из­ меняющейся в процессе вычислений информации, и многократной выдачи ее в другие устройства машины. К постоянной информации относятся тестовые программы, стандартные подпрограммы для вычисления часто встречающихся функций, основные неизменные программы специализированных ЦВМ, некоторые часто исполь­ зуемые математические и физические константы, табличные дан­ ные и пр.

Основная особенность ПЗУ состоит в том, что информация в него закладывается лишь один раз путем создания жесткой мон­ тажной схемы или конструкции. В процессе же работы машины при обращении к ПЗУ происходит только считывание информации без ее стирания в ячейках памяти. В связи с этим ПЗУ называют также долговременным, односторонним или фиксированным ЗУ. Его можно рассматривать как преобразователь кода адреса в код считываемого числа.

По сравнению с ОЗУ постоянные запоминающие устройства ввиду ограниченности своих функций (отсутствие операций записи и регенерации чисел) отличаются более простой схемой и кон­ струкцией, имеют меньшие габариты и обходятся значительно де­ шевле. По этой же причине ПЗУ являются более быстродейст­ вующими: время считывания кода числа в совершенных схемах ПЗУ составляет доли микросекунды. Благодаря этим качествам ПЗУ находят все большее применение, освобождая оперативную память от функций хранения постоянной информации и тем самым повышая эффективность ее использования.

В современных ЦВАА. наибольшее распространение получили два конструктивных типа ПЗУ — матричные и трансформаторного типа.

212

Матричные ПЗУ. Структурная схема ПЗУ матричного тина при­ ведена на рис. 6.6, а (узлы и блоки, указанные на этой схеме, ха­ рактерны для ПЗУ любого другого типа). Адрес числа, которое необходимо считать с блока памяти, записывается в регистр адре­ са и затем расшифровывается с помощью дешифратора. Сигнал на выходе возбужденной шины дешифратора поступает в блок формирователей, где он формируется по амплитуде и длительно-

6

Рис. 6 .6 . Постоянное запоминающее устройство матричного типа?

а — структурная схема; б — матрица блока памяти

сти, после чего подается в избранную ячейку блока памяти. Кодо­ вые сигналы выбранного числа усиливаются усилителями считы­ вания и поступают на регистр числа, который не обязательно яв­ ляется принадлежностью ПЗУ: для записи выбранного числа может использоваться входной регистр арифметического устрой­ ства ЦВМ. Таким образом, с помощью дешифратора и блока па­ мяти (накопителя), выполняющего функции шифратора, осуще­ ствляется преобразование кода адреса в код считываемого числа.

Принцип построения матрицы блока памяти иллюстрируется схемой рис. 6.6, б. Матрица составлена из горизонтальных (число­ вых) и вертикальных (разрядных) шин. Количество числовых шин (ЧШ) соответствует емкости матрицы, а количество разрядных

213

сечения шин, называемых узлами матрицы, включены элементы связи (ЭС), соответствующие коду 1 в данных разрядах записан­ ных чисел. В качестве элементов связи применяются резисторные, емкостные, индуктивные и другие элементы с линейными или не­ линейными характеристиками (матричные ПЗУ могут называться также по типу используемых элементов связи, например: линей­ ные резисторные ПЗУ, линейные индуктивные ПЗУ и т. д.). Эле­ менты связи могут быть как пассивными (резисторы, конденсато­ ры, диоды и др.), так и активными (транзисторы, оптоэлектрон­ ные элементы и др.). В матричных ПЗУ в настоящее время исполь­ зуются главным образом пассивные элементы связи.

Достаточно простым по конструкции получается матричное ПЗУ, если в качестве элементов связи применяются обычные ли­ нейные резисторы. Сигнал выборки данной числовой шины, по­ ступающей с блока формирователей, проходит только в те раз­ рядные шины, которые связаны с этой числовой шиной с помощью резисторов. Чтобы ограничить распространение сигналов в неиз­ бранные числовые шины, разрядные шины обычно подключаются к усилителям считывания с низким входным сопротивлением. В этом случае матрица работает как делитель напряжения. Одна­ ко при увеличении емкости ПЗУ на таких элментах связи возра­ стает число путей паразитных переходов и уменьшается отноше­ ние амплитуды полезного сигнала (код 1) к амплитуде помехи (код 0). Другой недостаток линейных резисторных ПЗУ — значи­ тельное количество потребляемой энергии при максимальной ча­ стоте обращения и большие тепловые потери (амплитуда сигна­ лов, посылаемых в числовые шины, составляет 30—100 в, а выход­ ные сигналы в разрядных шинах имеют порядок единиц милли­ вольт). Ввиду указанных недостатков линейные резисторные ПЗУ применяются редко, хотя в последнее время в связи с развитием новых способов изготовления резисторных матриц интерес к ним снова возрос.

Среди матричных ПЗУ более широкое применение получили устройства, в которых используются нелинейные резисторные эле­ менты связи, чаще всего диоды. Благодаря односторонней прово­ димости диодов характеристики диодных ПЗУ по надежности и потребляемой энергии значительно лучше, чем у линейных рези­ сторных ПЗУ. Однако и диодные ПЗУ не свободны от помех за счет наличия паразитных переходов. Помехи сильно возрастают при больших скоростях считывания короткими импульсами, когда начинает заметно сказываться емкостная проводимость диодов, одинаковая в обоих направлениях. Применяемые в настоящее время диодные ПЗУ имеют небольшую емкость (до нескольких сот слов).

Еще большее применение получили матричные ПЗУ с индук­ тивными связями. В качестве элементов связи в них используются ферритовые стержни, ферромагнитные тороидальные элементы с

214