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

В табл. 7.1 приведены характеристики некоторых зарубежных ЗУ на магнитных лентах.

Т а б л и ц а 7.1

Для ЗУ на магнитных лентах характерны практически неогра­ ниченная емкость (при условии смены бобин с лентами), самая низкая стоимость хранения одного бита в ЗУ, компактность, устой­ чивость в работе. Недостатки таких ЗУ обусловлены наличием механического перемещения ленты (возможны обрывы и другие механические повреждения).

§ 7.3. Запоминающие устройства на магнитных барабанах

Магнитные барабаны, как и магнитные ленты, широко исполь­ зуются в устройствах внешней памяти. Кроме того, они часто применяются для построения буферных ЗУ. Магнитный барабан представляет собой цилиндр диаметром от 60 до 600 мм из немаг­ нитного материала (латуни, алюминия или его сплавов) с ферро­ магнитным покрытием.

Емкость магнитного барабана определяется площадью его бо­ ковой поверхности и плотностью записи. Повышение емкости за счет увеличения размеров барабана (диаметра и длины) лимити­ руется тем, что при изготовлении барабанов большой длины и диаметра трудно удовлетворить весьма жесткие требования к точ­ ности этих размеров и недопустимости температурных и механи­ ческих деформаций. Увеличение длины барабана связано с воз­ растанием количества аппаратуры — магнитных головок, усилите­ лей записи и считывания. Существенным является также и то, что, если в блоке магнитных головок содержится более 80—100 голо­ вок, очень трудно выдержать с требуемой точностью расстояние его от поверхности барабана, составляющее 20—30 мкм, а для плавающих головок 5—15 мкм. В процессе работы, когда магнит­ ный барабан вращается с большой скоростью (от нескольких со­

236

тен до десятков тысяч оборотов в минуту), это расстояние должно быть постоянным, так как от него зависит интенсивность намагни­ чивания носителя информации в такте записи и амплитуда ко­ довых сигналов в такте считывания. С увеличением диаметра ба­ рабана при прочих равных условиях возрастает время обращения к нему.

Емкость магнитного барабана в битах может быть оценена выражением

Вформуле (7.3) коэффициент 0,90—0,97 учитывает интервалы между группами чисел, а величина 0,5—1,0 мм представляет ми­ нимальное расстояние, которое должно выдерживаться между со­ седними дорожками, чтобы исключить их взаимовлияние.

Всоответствии с ГОСТ 14128—69 отечественной промышлен­ ностью выпускаются магнитные барабаны диаметром 60, 100, 200, 350, 450, 600 мм и емкостью менее 1- 106 бит (барабаны малой

емкости), от 1•10° до 25•10П бит (барабаны средней емкости) и более 2510б бит (барабаны большой емкости). При необходимо­ сти значительного увеличения емкости ЗУ применяют не один, а несколько (до 15—20) параллельно работающих магнитных бара­ банов.

Магнитные головки, используемые в ЗУ на магнитных бараба­ нах для записи и считывания информации, имеют ряд конструк­ тивных особенностей, обусловленных необходимостью уменьшения их размеров с целью повышения поперечной плотности записи и обеспечения сохранения неизменным расстояния между головками и поверхностью барабана. Последнее обстоятельство привело к разработке и использованию «плавающих в воздухе» головок. Наи­ большее распространение получили плавающие головки, конструк­ ция которых основана на аэродинамическом принципе. Аэродина­ мические головки удерживаются на расстоянии 5—10 мкм от по­ верхности барабана за счет подъемной силы, возникающей при попадании под плавающий башмак с головками воздуха, увлекае­ мого быстро движущимся носителем.

В соответствии с характером размещения информации на по­ верхности барабана различают ЗУ параллельного, последователь­ ного и параллельно-последовательного действия. В ЗУ параллель­ ного действия все разряды одного числа размещаются по обра­ зующей барабана, поэтому запись и считывание числа осуще­ ствляются одновременно по всем его разрядам (блок магнитных головок размещается также по образующей барабана), Следова­ тельно, каждая магнитная дорожка служит для хранения цифр одного из разрядов всех запоминаемых ■чисел. В-ЗУ последова­

237

тельного действия числа записываются и считываются в последо­ вательном коде. Все разряды числа размещаются на одной маг­ нитной дорожке барабана. Емкость одной дорожки зависит от диаметра барабана и плотности записи. Наконец, применяется па­ раллельно-последовательный способ размещения информации, когда код числа разбивается на несколько групп и каждая груп­ па записывается на отдельной образующей барабана.

Рис. 7.6. Запоминающее устройство на магнитном барабане

Рассмотрим процесс управления считыванием и записью чисел при использовании магнитного барабана в качестве параллель­ ного устройства памяти. Для уяснения этого процесса достаточно показать (рис. 7.6) электрические цепи, обеспечивающие запись и считывание одного разряда всех запоминаемых чисел. На схеме показаны только две магнитные головки: головка Г, для записи и считывания кодовых импульсов одного разряда всех чисел и го­ ловка Г2 для считывания синхронизирующих импульсов, заранее записаных на одной из магнитных дорожек барабана. Для удоб­ ства изображения обмоток магнитные головки повернуты относи­ тельно своего действительного положения на 90°.

238 ■

нитные диполи, обеспечивающие хранение одного числа). Ячейки пронумерованы подряд в порядке естественного возрастания но­ меров. Против каждой ячейки на дорожке синхронизирующих им­ пульсов записывается один импульс. Следовательно, адрес числа определяется количеством синхронизирующих импульсов, нанесен­ ных по окружности барабана, начиная с начала отсчета и кончая ячейкой, в которой записано данное число.

Считывание числа с барабана осуществляется следующим об­ разом. Адрес числа по кодовым шинам адреса КША подается на приемный регистр адреса. В процессе вращения барабана с по­ стоянной скоростью с помощью головки Гг непрерывно считыва­ ются синхронизирующие импульсы, которые после усиления и формирования подаются на счетчик. В счетчике все время произ­ водится подсчет импульсов как в режиме считывания чисел, так и в режиме записи. Содержимое счетчика в каждый данный мо­ мент соответствует адресу той ячейки, которая в этот момент находится под блоком магнитных головок.

В блоке сравнения адресов происходит сравнение кодов чисел, записываемых в счетчике, с заданным кодом адреса в приемном регистре. При совпадении кодов блок сравнения адресов выдает импульс на схемы совпадения И| и И2. Этот импульс пропускается только логическим элементом И2, открытым по второму входу сиг­ налом «Считывание». Сигнал с выхода И2 открывает но одному из входов схему И5. Считанный головкой Гь кодовый сигнал по­ сле усиления пропускается элементом И5 и поступает в кодовую шину КШ.

Работа схемы при записи происходит аналогично. Адрес ячей­ ки, в которую необходимо записать число, также подается на при­ емный регистр и сравнивается с кодом чисел в счетчике. При сов­ падении кодов импульс с блока сравнения пропускается логиче­ ским элементом И,, на который подается сигнал «Запись». Кодо­ вый сигнал через схему совпадения Иб подается на триггер Тг1, который устанавливается в единичное положение, если записы­ вается код 1, либо остается в исходном нулевом положении, если записывается код 0. В зависимости от этого импульс с выхода И\ пропускается либо схемой И,, либо схемой И3. Следовательно, через одну из полуобмоток головки П будет протекать ток, обес­ печивающий запись ] или 0 на носителе информации.

Поскольку магнитный барабан используется для построения внешнего или буферного ЗУ, происходят запись и считывание не отдельных чисел, а групп чисел, расположенных в одной из зон барабана. Следовательно, необходимо иметь дополнительные схе­ мы для поиска номера зоны, в которой находится считываемая группа чисел или куда необходимо записать группу чисел.

Запоминающие устройства на магнитных барабанах параллель­ ного действия с записью и считыванием чисел в параллельном коде отличаются большим быстродействием по сравнению с ЗУ после­ довательного действия. Однако они менее экономичны, поэтому применяются также ЗУ параллельно-последовательного действия.

239

В таких ЗУ магнитные головки обычно разбиваются на группы, причем одновременно могут работать (записывать или считывать) головки только одной группы. Это позволяет иметь формирующие цепи только для головок одной группы. Таким образом, при одной и той лее емкости удается добиться значительной экономии по сравнению с ЗУ параллельного действия.

Преимущества ЗУ па магнитных барабанах обусловлены при­ менением в них магнитной записи, особенности которой отмеча­ лись выше. Основные недостатки таких устройств связаны с нали­ чием быстро вращающихся механических частей. Так, надежность записи — считывания зависит от точности соблюдения зазора ме­ жду носителем информации и блоком головок. Стабильность ча­ стоты записи — считывания определяется постоянством скорости вращения барабана. Существенный недостаток магнитных бара­ банов как устройств периодического типа — невозможность произ­ вольного допуска к ячейкам ЗУ. Здесь имеет место время ожида­ ния кода числа или номера зоны, где хранится требуемая инфор­ мация.

§ 7.4. Запоминающие устройства на магнитных дисках

Появление ЗУ на магнитных дисках обусловлено необходимо­ стью иметь такую внешнюю память, которая сочетала бы боль­ шую емкость с достаточно малым временем обращения. В настоя­ щее время емкость ЗУ на магнитных дисках достигает сотен и ты­ сяч миллионов бит, а время выборки любого заданного слова мо­ жет быть от десятков миллисекунд до долей секунды.

Магнитные диски (рис. 7.7) изготовляются обычно из алюми­ ния с ферромагнитным покрытием. Диаметр диска от 250 до 650 мм, толщина 2.0—2,5 мм. Толщина ферромагнитного покрытия (носителя информации), наносимого с обеих сторон диска, состав­ ляет 1,0—2,0 мкм. Запись информации производится по концентри­ ческим магнитным дорожкам диска. В целях сокращения времени выборки информации каждая сторона диска разбивается на коль­ цевые зоны. На рис. 7.4,6 показаны три зоны — внешняя, средняя и внутренняя.

Диски жестко закрепляются на ведущем валу. Число дисков, образующих пакет, может составлять несколько десятков, рас­ стояние между дисками 7—8 мм.

Запись — считывание информации осуществляется магнитными головками, укрепленными на подвижных рычагах. Рычаги жестко закреплены на каретке, которая может перемещаться вдоль на­ правляющего вала. При движении каретки магнитные головки пе­ ремещаются вдоль радиуса дисков в пределах своей зоны (каждая зона диска обслуживается своей головкой).

Диски вращаются с постоянной скоростью 1000—3000 об/мин. Вследствие высокой скорости вращения дисков невозможны как точная механическая установка зазора между головками и диска­ ми, так и контактная запись. Поэтому необходимый зазор (3—

240