книги из ГПНТБ / Преснухин, Л. Н. Цифровые вычислительные машины учебное пособие

возбужденных сердечников, усложняющих выделение считанного сиг­ нала. От этих недостатков свободна схема выборки, не использующая вентильные свойства магнитных сердечников. В этой схеме выбор групп сердечников с записанным кодом чисел производится внешним (прямым) способом по

отношению к сердечникам.

Рассмотрим трехразмерную матрицу, состоя­ щую из Np сердечников (рис. 4.13) и предна­ значенную для хранения N р-разрядных чисел. Через каждый сердечник матрицы проходит три провода: вертикальный, пронизывающий р сер­ дечников и служащий для выбора данного числа; два горизонтальных, проходящих после­ довательно через все N сердечников данного разряда и служащих для выделения считанного сигнала и подачи полутона записи.

Для выборки одного числа из N чисел в дан­ ном устройстве необходимо возбудить одну из N шин. Величина магнитного поля, создаваемого током выборки, в этом случае должна быть больше Нс и на нее сверху не накладывается никаких ограничений, поскольку ток выборки

проходит через обмотки только р выбранных сердечников. Следова­ тельно, в этом случае отсутствуют частично возбужденные сердечники и возможно форсирование переключения магнитных сердечников..

Для записи информации используют различные варианты совпа­ дения токов, один из которых заключается в следующем. Ток выборки данного адреса инвертируется и его величина фиксируется на уровне полутона. В общую для всех сердечников данного разряда обмотку подается ток записи / зп, величина которого равна полутону выборки.

Временная диаграмма работы устройства приведена на рис. 4.14, а,б. Для того чтобы уменьшить величину тока частичного возбуждения, ток выборки при записи увеличивают до величины, создающей воз­ буждение, величина которого 2 # с/3. Тогда при записи информации величина тока записи / зп должна быть достаточна для получения возбуждения величиной ± Н С/3. В этом случае частичное возбуждение

180

всех сердечников не превышает величины Нс/3, что снижает требо­ вания к прямоугольное™ петли гистерезиса материала сердечников и к генераторам формирования разрядного тока.

При построении схемы ОЗУ на магнитных сердечниках с прямой выборкой следует учитывать следующую особенность, налагающую достаточно жесткие условия на параметры генератора тока выборки. Нагрузкой генератора тока выборки "служат р сердечников, импеданс сердечника зависит от его информационного состояния и отличается более чем на порядок при «1» и «О» состояниях. Для стабилизации тока выборки, особенно при записи, необходимо применять генераторы то­ ков или включать балластные сопротивления.

Следует отметить, что переменная нагрузка так же имеет место в случае систем выборки с совпадением токов, однако в этом случае,

кроме р выбранных сердечников, имеется еще (V N — 1) р частично возбужденных сердечников. Наличие последних до некоторой степени

стабилизирует ток выборки. Кроме того, такую же роль играет сопро­ тивление координатной линии, которое может быть значительным

вбольших ЗУ с магнитными сердечниками малых разрядов. Вопрос

опеременной нагрузке, однако, специально не ставится в случае системы выборки с совпадением токов, так как сам метод работы этих систем требует применения стабилизированных источников тока.

Использование двух магнитных сердечников на один разряд в ОЗУ с прямой выборкой. В современных ЦВМ широко применяют схему построения ОЗУ с прямой выборкой при использовании двух магнит­ ных сердечников на один разряд. В этом случае каждый элемент ОЗУ состоит из двух сердечников, пронизанных обмотками так, как пока­ зано на рис. 4.15. Поскольку обмотка считывания включена встречно, то суммарный выходной сигнал е равен разности выходных сигналов с сердечников Тх и Т2. Кодирование информации в данном случае принято следующим образом: логической «1» соответствует «1» состоя­ ние сердечника Т х и «О» состояние сердечника Тг, а логическому «О» — «О» состояние сердечника Т х и «1» состояние сердечника Т2. Следова­ тельно,.при считывании «1» (рис. 4.16) имеет место образование выход­

ного сигнала при переключении сердечника Т х и образование помехи на выходной обмотке сердечника Т2. Результирующий сигнал при счи­ тывании «1» будет положительной полярности, а при считывании

181

«О» — отрицательной полярности. Таким образом, использование двух сердечников на один разряд позволяет получить качественное (по знаку), а не количественное (по амплитуде) различие сигналов «1» и «О». Это свойство дает возможность значительно повысить надеж­ ность работы разрядно-считываюгцих цепей и снизить требования к идентичности параметров сердечников.

Запись информации в схеме с двумя сердечниками на один разряд производится обычным способом совпадения токов. Однако поскольку адресный ток действует только на выбранные сердечники, то его ам­ плитуда при записи может иметь величину 2 /т /3. Разрядный ток в этом случае равен ± 1 т13. Поэтому ток частичного возбуждения невыбранных сердечников не превосходит / т /3. При записи информации перек­ лючается всегда один сердечник из пары, так же как и при чтении. Сле­ довательно, использование двух сердечников на один разряд позво­ ляет получить постоянный импеданс нагрузки формирователей, не за­ висящий от хранимой информации.

Схема с двумя сердечниками на один разряд позволяет значительно повысить быстродействие ОЗУ, если использовать форсированное переключение при считывании и записи короткими по длительности импульсами большой амплитуды. Вследствие малых длительностей импульсов и магнитной вязкости магнитный материал сердечников не доходит до насыщения и поэтому имеет место работа сердечников на частых гистерезисных циклах. Разнополярность выходных информа­ ционных сигналов позволяет получить устойчивое .различение выход­ ных сигналов даже при небольших изменениях магнитного потока в сердечниках.

Структурная схема ОЗУ с прямой выборкой на магнитных сердеч­ никах. Для обеспечения выборки числа по произвольному адресу из ОЗУ все магнитные сердечники ОЗУ располагают в виде трехмерной матрицы. Одно измерение этой матрицы равно числу разрядов, а два других — корню квадратному из числа хранимых чисел. Если матрица плоская, то одно измерение равно количеству чисел (слов), а второе измерение — числу разрядов. В любом случае имеется N координат­ ных шин для выборки любого числа и р-разрядных считывающих обмоток и р-разрядных обмоток записи. Каждая разрядная обмотка записи и считывания проходит через N сердечников.

В соответствии со сказанным выше трехразмерная матрица сердеч­ ников с проволочными обмотками управления образует накопитель информации НИ. Для выборки одного любого числа из N чисел, со­ держащихся в НИ, требуется иметь N формирователей токов выборки ФТВ. Тогда в зависимости от поданного /i-разрядного кода адреса на одном из N выходов дешифратора (N — 2п) возникает управляющий потенциал. Этот потенциал возбудит один из N формирователей тока выборки. ' "

Как было показано ранее, при достаточно большом п целесообразно строить многоступенчатые схемы дешифраторов. На рис. 4.17 приведена структурная схема ЗУ с прямой двухступенчатой схемой дешифратора. Каждый ФТВ имеет на входе схему И. Код адреса разбит на две группы и заносится по кодовым шинам адреса КША в регистры адреса,

182

A x и P, Ay по координатам X и У. Эти коды расшифровываются соответствующими дешифраторами Дшх и Дшу по координатам. Ка­ ждый раз при выборке числа по определенному адресу НИ возбу­ ждается один и только один выход дешифраторов по координатам X и У. Сигналы возбуждения с выхода дешифратора через формирова­ тели токов возбуждения координатных шин по X и У (ФТКх и ФТКу) передаются на вторую ступень дешифрации — координатную пло­ скость КП, состоящую из N формирователей токов выборки ФТВ. Поскольку у ФТВ на входе есть схемы И, то возбудится и выдаст ток

чения только выбранного сердечника, так как отсутствуют частично возбужденные сердечники. Поэтому нет необходимости принимать спе­ циальные меры по прошивке сердечников для выделения считанного сигнала.

Возникающие в р разрядах выходные сигналы через усилители считывания УСч подаются на триггеры 7 \ Т р, образующие выход­ ной информационный регистр ВИР.

Для регенерации или записи информации выполняется следую­ щая последовательность действий. При записи и в данной схеме ис­ пользуются вентильные свойства магнитных сердечников, поэтому ток с ФТВ, изменяющий свой знак, должен иметь ограниченную ве­ личину, равную /,„, / ш/2 или 2/„,/3, в зависимости от выбранной схемы записи по запрету записи, совпадению или совпадению с частич­

183

ным возбуждением N — 1 невыбранного сердечника полем напря­ женностью не более Нт13. Формирователи разрядного тока записи ФТЗ в различных вариантах схем записи должны выдавать ток, со­ здающий поле напряженностью — Нт12, + Н т12 или ± Н т/3.

В ОЗУ с прямой выборкой разрядные обмотки считывания и за­ писи проходят через N сердечников в каждом разряде. При подаче

разрядной обмоткой считывания — записи. При уменьшении диаметра магнитных сердечников прошивка их тремя проводами сложнее. Поэтому

ное падению напряжения на об­ мотке считывания — записи от разрядного тока. Величина этого на­

пряжения во много раз превышает амплитуду полезного выходного сигнала. Для обеспечения быстродействия устройства в случае ис­ пользования общей обмотки считывания — записи применяют схему компенсации помех от'разрядного тока записи на входе балансного усилителя считывания.

Рассмотрим функциональную схему цепи разрядной обмотки счи­ тывания — записи (рис. 4.19, а), в которой при записи подается однопо­ лярный разрядный ток от формирователя тока записи ФТЗ. При счи­ тывании выходной сигнал переключения любого сердечника распро­

184

страняется по общей обмотке считывания — записи. Сопротивления Ri и R 2, равные'волновому сопротивлению Z обмотки считывания — за­ писи служат для согласования параметров этой обмотки при считыва­ нии с входными параметрами усилителя считывания. Если обмотка считывания — записи не согласована, то на входе усилителя УСч с сопротивлением RBKФ Z возникает отражение выходного сигнала, что вызывает удлинение переходного процесса после считывания.

При записи ФТЗ выдает импульс тока, который поступает в две ветви обмотки считывания — записи и сопротивление R 3. Поскольку практически трудно получить равные сопротивления двух параллель­ ных ветвей разрядной обмотки, а разбаланс токов вызовет перевоз­ буждение усилителя за счет большого разностного сигнала, то в схеме используют симметрирующий трансформатор Тр. Обмотки этого трансформатора включены встречно. При равных токах в обеих ветвях обмотки считывания — записи общий импеданс трансформатора Тр равен нулю. Если один из токов больше другого, то разность магнит­ ных потоков в обмотках трансформатора Тр ведет к увеличению импе­ данса цепи с большим током, что автоматически снижает его величину. Поскольку после протекания тока необходимо восстановить магнитное состояние сердечника трансформатора, а его нагрузка на сопротивле­ ния R 3 и R 2препятствует этому, то последовательно с обмотками транс­ форматора Тр включены диоды Д. Поскольку диоды Д во время вос­ становления трансформатора Тр закрываются, то временная постоян­ ная восстановления практически не увеличивается за счет протека­ ния нагрузочных токов.

Отраженная волна в обмотке считывания — записи при выключе­ нии ФТЗ поглощается согласующим сопротивлением R s, величина которого равна Z/2.

Проведенный краткий'анализ построения и работы разрядной цепи с общей обмоткой считывания — записи для быстродействующего ОЗУ показывает, что для уменьшения времени переходных процессов необ­ ходимо использовать ее согласование и симметрирование. Согласование обмотки для сокращения длительности переходного процесса при вы­ ключении разрядного тока увеличивает амплитуду тока формирова­ теля в два раза по сравнению с требуемой его величиной для осуще­ ствления записи информации в сердечниках. Общий ток этого форми­ рователя равен 2/■„, (по / т/2 в две параллельные секции обмотки и / т в согласующее сопротивление R 3).

Дифференциальный информационный выходной сигнал на входе усилителя образуется из двух полуволн сигнала, действующих на сопротивлениях R x и R2 относительно земли и возникающих при пе­ реключении сердечника за счет изменения магнитного, потока.

Если эти полуволны возникают в сердечнике, находящемся на конце

»обмотки (точка б), то они придут к усилителю УСч практически одно­ временно. Когда же переключается сердечник, находящийся в начале обмотки (точка а), то одна полуволна достигает усилителя УСч раньше другой.

Рассмотрим худший случай выделения сигнала сердечника, нахо­ дящегося в начале секции обмотки считывания — записи. Одна поляр-

185

кость волны сигнала поступает на вход усилителя одновременно с переключением сердечника без ослабления по амплитуде, обозначим

живается за счет конечного времени распространения и наличия по­ терь. Величину этого сигнала можно определить приближенно из

активное сопротивление обмотки; г — время задержки сигнала в об­

мотке.

Эквивалентная упрощенная цепь прохождения сигнала е_ приведена на рис. 4.19, б для случая, когда время переключения сердечника зна­ чительно больше времени задержки распространения сигнала, а со­ противление r < Z .

Суммарный выходной сигнал

Из выражения 4.16 следует, что, определив параметры разрядной цепи, можно рассчитать уменьшение амплитуды и искажение формы выходного сигнала в ЗУ на ферритовых сердечниках.

§ 4.7. ЗУ НА МАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКАХ С 2,5-МЕРНОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ

Принцип построения ОЗУ на магнитных сердечниках с 2,5-мерной организацией. В ЗУ с совпадением полутоков вследствие использова­ ния переключающих свойств ферритовых сердечников стоимость электронных схем выборки составляет сравнительно небольшую часть от стоимости устройства. Вследствие необходимости прошивки четырь­ мя проводами каждого сердечника в ЗУ этого типа затраты на изготов­ ление накопителя существенно увеличиваются по мере уменьшения размеров сердечников и увеличения информационной емкости ЗУ.

Путем некоторого усложнения электронных схем выборки можно снизить затраты на изготовление накопителя информации при пере­ ходе от 3-мерной системы выборки (3D) с совпадением полутоков к 2,5-мерной системе выборки (2,5D).

В схеме, показанной на рис. 4.20, а, при выборке возбуждаются шины координат X и Y, последовательно включенных разрядных ма­ триц 1,2,..., р. При этом считанные сигналы в каждой разрядной матрице индуцируются в выходной обмотке. Для записи информации наряду с инвертированными токами по шинам координат X и Y по­

186

дается ток запрета в обмотку запрета каждой матрицы, где в данном разряде надо записать «0».

В схеме, показанной на рис. 4.20, б, адресные обмотки по коорди­ нате Y выполняют раздельными для каждой матрицы. При считывании информации подаются сигналы полуто­

нов по шинам координаты X и коор­ динат Уъ У2,..., Y p каждой из р матриц. Выходные сигналы снимаются в одном варианте устройства так же, как в схе­ ме выборки в системе 3D с помощью специальной считывающей обмотки. При записи информации инвертируются токи выборки, при записи «0» ток по шине координаты Y в данном разряде блоки­ руется. Таким образом, отпадает необхо­ димость в специальной четвертой обмотке запрета для выполнения операции запи­ си. Если использовать шины по коорди­ нате Y для подачи полутоков считыва­ ния, тока записи и выделения сигнала, то количество обмоток уменьшается до двух.

Схематически можно также показать переход от системы прямой выборки 2D к системе выборки 2,5D (рис. 4.21). Накопитель информа­

При записи информации в р-горизонтальные выбранные шины по­ даются или не подаются обратные по полярности токи в зависимости от необходимости записи «0» или «1» информации.

Таким образом, исходя из принципа построения, можно отметить следующие характерные черты схемы выборки по системе 2,5D:

187

1) использование трех управляющих обмоток вместо четырех в системе с совпадением токов (если использовать одну координатную обмотку для считывания сигналов, то за счёт усложнения схемы вы­ борки число управляющих обмоток можно сократить до двух);

2) физическая длина управляющих обмоток при одной и той же информационной емкости значительно меньше, чем у устройства с дру­ гими шинами выборки;

3)необходимость стабилизации токов выборки и невозможность форсирования переключения магнитных сердечников;

4)наличие полувозбужденных сердечников и необходимость вве­ дения схем компенсации помех и учета некомпенсируемой помехи считывания;

5)отсутствие разрядного тока запрета и исключение проблемы

успокоения в разрядных цепях после подачи токов запрета записи. Оценим приближенно требования к соотношениям амплитуд токов

и допускам для системы выборки 2,5D.

В худшем случае отклонения координатных токов /х и /у от номи­

где величина a Im (а < 1) характеризует пороговое поле переключения

(1 4 - 0 (7x4" h r) = 2 a l т.

Разделим в (4.18) последнее выражение на первое и в результате получим:

Для случая е' = 0,1, т. е. 10-процентного допуска на амплитуды координатных токов, полученное по формуле (4.19) значение а = 0,6.

Упрощенная структурная схема ОЗУ с 2,5-мерной выборкой при­ ведена на рис. 4.22. Выборка числа из данного устройства произво­ дится по адресу, принятому с кодовых шин адреса КША в регистр адреса РгА. Расшифрованные адреса по координатам X и Y исполь­

188

зуют для возбуждения одного формирователя адресного тока ФАТ по шине X и р-формирователей адресно-разрядных токов ФАРТ по шине Y. Выходные-сигналы через усилители УСч подаются на выход­ ной информационный регистр ВИР и далее на выходные кодовые шины чисел КШЧ. При записи инвертируются токи ФАТ и ФАРТ, однако в случае записи в данный разряд «О» информации токи по соответствую­ щим шинам блокируются.

Сравнительный анализ ЗУ на магнитных сердечниках. Проведем ориентировочный расчет количества формирователей для построения схем выборки запоминающих сердечников в различных схемах. В до­ полнение к рассмотренным ранее системам выборки 3D, 2D и 2,5D

Предположим, что для адресного и разрядного возбуждения при­ меняются одинаковые формирователи возбуждающих токов и для формирования двуполярных управляющих токов требуется два фор­ мирователя. Расчет проводится для схем выборки, в которых не ис­ пользуются какие-либо методы минимизации числа формирователей. В системе выборки 3D используют адресные формирователи по ка­ ждой из двух координат и р-разрядных для формирования токов одной полярности. Всего количество формирователей

В системе выборки 2D используется по одному формирователю на каждую координату для формирования адресного тока считывания и

189