книги из ГПНТБ / Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины

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

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

значительному уменьшению результирующей э. д. с. помех в раз­ рядных шинах матриц;

—более простые и экономичные схемы адресной и числовой частей МОЗУ по сравнению с другими типами МОЗУ на ферри­ товых сердечниках, причем выигрыш в количестве электронных элементов быстро возрастает с увеличением емкости МОЗУ.

Недостатки трехмерных МОЗУ:

—для построения куба памяти необходимо использовать вы­

сококачественные ферритовые сердечники с большим коэффициен­ том прямоугольности петли гистерезиса и малым разбросом па­ раметров;

—жесткие требования к величине разброса по амплитуде им­ пульсов токов 1Х, 1У, Iзп и к точности их синхронизации;

—наводимые при считывании в разрядных шинах кодовые сигналы 1 и 0 различаются между собой не по полярности, что лучше с точки зрения надежности распознавания сигналов, а по

величине (коду 1 соответствует полезный сигнал, а коду 0 — поме­ ха); это приводит к необходимости применения дополнительных цепей и схем для увеличения отношения полезного сигнала к по­ мехе, что связано с усложнением МОЗУ;

—■для компенсации помех от полуизбранных сердечников раз­ рядных матриц необходима сложная (диагональная) прошивка сердечников.

§ 6.3. Двухмерные оперативные запоминающие устройства на ферритовых сердечниках

Главная особенность двухмерного МОЗУ заключается в том, что в нем при считывании информации действию импульса тока, достаточного для полного перемагничивания ферритовых сердеч­ ников с ППГ, подвергаются только сердечники избранной ячейки памяти. Все остальные сердечники в такте считывания не подвер­ гаются действию импульсов считывания. Это дает возможность при считывании применять форсированный режим, т. е. перемагничивать сердечники избранной ячейки импульсами большой ам­ плитуды, что обеспечивает сокращение времени обращения к МОЗУ и получение на выходе кодовых сигналов, значительно пре­ вышающих по амплитуде полезные сигналы в разрядных шинах трехмерных МОЗУ. Кроме того, отсутствие помех от полуизбран­ ных запоминающих сердечников позволяет упростить цепи считы­ вания и повышает надежность работы МОЗУ.

В отличие от трехмерного МОЗУ, в котором селекция соответ­ ствующих запоминающих сердечников, т. е. выборка ячейки па­ мяти, осуществляется внутри разрядных матриц в самих сердеч­ никах, и, таким образом, функции хранения и селекции совме­ щены в одних и тех же элементах, в двухмерном МОЗУ эти функ­ ции при считывании разделены полностью, а при записи по методу совпадения полутонов — частично. Выбор заданной ячейки памяти осуществляется вне запоминающих сердечников с помощью спе­

198

циальных ключей, индивидуальных для каждой ячейки. Следова­ тельно, количество селектирующих ключей соответствует количе­ ству ячеек памяти. Селектирующие ключи образуют матрицу, называемую координатной сеткой. В отечественных МОЗУ коорди­ натные сетки чаще всего строятся на магнитных ключах (коорди­ натных трансформаторах). Применяются также диодно-трансфор­ маторные и чисто диодные сетки.

Рассмотрим схему, и принцип работы координатной сетки, со­ ставленной из восьми координатных трансформаторов (рис. 6.3). Через сердечники координатных трансформаторов (КТ) проходят адресные шины по координатам х и у и общая шина смещения. Кроме того, каждый КТ имеет индивидуальную обмотку Wz, ко­ торая является его выходной обмоткой. Обмотка Wz связана с шиной z, или числовой шиной, которая проходит через ряд запо­ минающих сердечников, служащих для хранения кода одного числа (отсюда еще одно название этого типа памяти—-МОЗУ типа г). Эти сердечники составляют ячейку памяти, называемую также числовой линейкой. Адресами числовых линеек являются адреса соответствующих КТ.

Через шину смещения протекает постоянный ток смещения / см, который удерживает сердечники КТ в состоянии глубокой отрица­ тельной намагниченности, характеризуемой точкой А на петле ги­ стерезиса (рис. 6.3, а).

Перемагничивание сердечника КТ в соответствии с заданным адресом осуществляется по принципу совпадения двух полутонов, в качестве которых используются адресные токи 1Х и 1У, подавае­ мые в адресные шины Xi и Uj. Амплитуда этих токов выбирается такой, чтобы создаваемая ими суммарная напряженность поля обеспечивала перемагничивание сердечника, т. е. чтобы выполня­ лось условие (рис. 6.3, в)

Под действием только тока 1Х или 1У сердечник КТ не должен

где Н' — напряженность поля, превышение которой ведет к замет­ ному изменению магнитного состояния сердечника.

Из условия (6.14) видно, что путем увеличения напряженности поля смещения Я см можно допустить применение токов 1Х и 1У с очень большими амплитудами, обеспечивающими форсированное перемагничивание сердечников КТ и получение в обмотке Неболь­ ших сигналов. При перемагничивании сердечника КТ под дейст­ вием поля Нх+ Ну в его обмотке Wz индуктируется э. д. с. еь вы­ зывающая в ней ток / 21 (рис. 6.3,6). Ток 1г\ используется в каче­ стве тока считывания, его амплитуда достаточна для перемагничивания запоминающих сердечников числовой линейки. При воз­ вращении сердечника КТ в исходное магнитное состояние под дей­ ствием поля Нш в обмотке Wz индуктируется э. д. с. е2, которая

199