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

вызывает ток Iz2 обратного по отношению к току IZ) направления. Амплитуда тока 1г2 почти вдвое меньше амплитуды тока 1г\, а дли­ тельность почти вдвое больше. Создаваемое током Iz2 магнитное поле не в состоянии перемагнитить сердечники числовой линейки. В МОЗУ ток /22 используется в качестве одного из полутонов при записи и регенерации чисел.

Указанное соотношение амплитуд токов / 21 и / 22 объясняется следующим образом. Перемагничивание сердечника КТ из состоя­ ния, характеризуемого точкой А на петле гистерезиса (рис. 6.3,0), в состояние, характеризуемое точкой В, производится сильным по­

другое обстоятельство. Известно, что изменение магнитной индук­ ции ферритового сердечника зависит от изменения во времени пе-

200

Рис. 6.3. Координатная сетка на магнитных ключах двухмерного МОЗУ:

а —схема сетки; б — импульсы токов в обмотках ключа; в — петля гистерезиса сердеч­ ника КТ

201

мерном МОЗУ импульсы токов fx и 1Ь формируются с крутым фронтом и пологим спадом, поэтому э. д. с. еи индуктируемая в обмотке Wz во время нарастания этих импульсов, будет больше э. д. с. е2, индуктируемой во время их спада.

Так как при выборке требуемого КТ координатной сетки исполь­ зуется принцип совпадения полутонов, то кроме избранного будут также полуизбранные КТ. Поэтому необходимо обеспечить, чтобы токи помех, наводимые в числовых шинах z полуизбранных КТ, по амплитуде не превосходили величины /ш т. е. некоторого порого­ вого значения, при котором еще не происходит перемагничивание сердечников числовых линеек. С этой целью для сердечников КТ выбирается материал с большим коэффициентом прямоугольное™ петли гистерезиса. Кроме того, в ряде ЦВМ, где используются двухмерные МОЗУ, каждый КТ строится не на одном, а на не­ скольких сердечниках, что позволяет реализовать специальные ме­ тоды компенсации помех. В КТ используются сердечники значитель­ но больших размеров, чем в числовых линейках. Это необходимо для получения в шинах z достаточно мощных сигналов считывания, обеспечивающих надежное перемагничивание запоминающих сер­ дечников.

Известно, что сопротивление, которое оказывает сердечник протекающему по его обмотке току, изменяется в зависимости от того, перемагничивается при этом сердечник или нет. Сопротивле­ ние сердечника при считывании с него 1 может быть в несколько раз больше, чем при считывании 0, когда его магнитное состояние изменяется незначительно. В связи с этим возникает задача ста­ билизации тока в шинах z КТ, так как в числовых линейках хра­ нятся коды различных чисел с различным соотношением количе­ ства единиц и нулей в разрядах. Эта задача принципиально легко решается путем включения в обмотку Wz балластного резистора последовательно с сердечниками числовой линейки. Этот рези­ стор стабилизирует нагрузку КТ. Однако такое решение оказы­ вается энергетически невыгодным. Поэтому в отечественных МОЗУ типа 2Д стабилизация нагрузки КТ обеспечивается с помощью до­ полнительных, стабилизирующих сердечников.

В этом случае каждая числовая линейка (рис. 6.4, а) содер­ жит запоминающие сердечники двух видов: рабочие сердечники (PC) для хранения кода числа и стабилизирующие сердечники (СС), обеспечивающие стабилизацию нагрузки КТ. Каждому PC соответствует свой СС, т. е. на каждый разряд запоминаемого чис­ ла приходятся два сердечника. Шина z проходит через рабочие и стабилизирующие сердечники в противоположных направлениях, поэтому при протекании через нее тока Izl все PC устанавливают­ ся в нулевое положение (—Вг), а все СС — в единичное ( + 5 Г). Для обеспечения постоянства нагрузки на КТ необходимо, чтобы перед считыванием сердечники числовой линейки, принадлежа­ щие одному и тому же разряду запоминаемого числа, находи­ лись в одинаковом состоянии. Тогда в любом случае независимо от того, какое именно число записано в числовой линейке, при

202

Разрядные шины записи

hi Р Ж ж

Д ,

Л _

TJ

Рис. 6.4. Числовые линейки (а) и временная диаграмма работы (б) двухмерного МОЗУ

считывании один из сердечников каждого разряда числа будет перемагничиваться в противоположное состояние, а другой — оставаться в том же состоянии. Указанное требование выпол­ няется при записи информации, которая осуществляется вслед за считыванием.

Если в некотором разряде записываемого (регенерируемого) числа стоит 1, то PC соответствующей пары сердечников числовой линейки устанавливается в единичное положение, а СС остается в том же положении, в каком он был после считывания, т. е. в положении кода 1. Если же производится запись 0, то PC остается в прежнем (нулевом) положении, а СС перемагничивается из еди­ ничного в нулевое положение. Следовательно, после записи числа сердечники будут попарно находиться в одном и том же состоянии.

Кроме шины 2 через каждый сердечник числовой линейки дол­ жна проходить по крайней мере еще одна шина, называемая раз­ рядной, в которой при считывании индуктируется э. д. с., соответ­ ствующая считываемому коду, а при записи в нее подаются кодо­ вые сигналы записи 1 или 0. Таким образом, в рассматриваемом МОЗУ каждый запоминающий сердечник принципиально требует прошивки двумя проводами, что и обусловило название — двух­ мерное ДЮЗУ. Однако в практических схемах МОЗУ разрядная шина разделяется на две шины: разрядную шину считывания, в которой индуктируется э. д. с. считываемых кодов, и разрядную шину записи, в которую подаются кодовые сигналы записи. Раз­ рядные шины являются общими для сердечников (PC и СС) всех числовых линеек, принадлежащих одному и тому же разряду запо­ минаемых чисел. Следовательно, количество разрядных шин записи и разрядных шин считывания определяется разрядностью запо­ минаемых чисел.

Рассмотрим по временной диаграмме (рис. 6.4,6} процессы, происходящие в избранной числовой линейке. Цикл обращения к любой линейке начинается со считывания информации в ней. Счи­ тывание осуществляется импульсом тока h ь возникающим в шине 2 , связанной с избранным КТ. Если в некотором разряде числовой линейки была записана 1, соответствующий PC перемаг­ ничивается в нулевое положение, а СС остается в положении 1. При этом в разрядной шине считывания наводится э. д. с. =

= ерс + есс (где ерс и есс — э. д. с., наводимые в разрядной шине

при изменении магнитного состояния соответственно PC и СС) от­ рицательной полярности (код 1). Если был записан 0, то, на­ оборот, СС перемагничивается в единичное положение, а PC остает­ ся в положении 0. В разрядной шине считывания при этом наво­ дится э. д. с. ег положительной полярности (код 0).

При записи (регенерации) числа в момент прохождения им­ пульса тока 1гг через шину г избранной числовой линейки в раз­ рядные шины записи подаются импульсы токов записи /3 поло­ жительной полярности, если в данном разряде записывается 1, и отрицательной полярности, если записывается 0. Амплитуды то-

204

7зЛп для тока /3 уменьшает разрушающее действие этого тока на сердечники неизбранных числовых линеек по сравнению с тем слу­ чаем, когда амплитуды для токов /22 и /3 принимаются рав­

ными Чз ЛпЕсли после считывания в данном разряде числовой линейки за­

писывается 1, то под действием токов 122 и /3 в PC создается поле + Нт, и PC перемагничивается в положение 1. В СС токи / г2 и /3 создают ампер-витки с противоположными знаками, и их дей­ ствие частично взаимно компенсируется, так что суммарная на­ пряженность поля, создаваемого этими токами, будет равна —1/з Нт- В результате СС останется в единичном положении. Если же в данном разряде записывается нуль, суммарная напряжен­ ность поля в PC и СС, создаваемая токами /z2 и /3, будет равна соответственно ЧзНт и —Нт- Следовательно, PC останется в нуле­ вом положении, а СС перемагнитится в это положение.

Таким образом, при использовании СС обеспечивается не толь­ ко стабилизация нагрузки КТ, но и представление считываемых кодов 1 и 0 импульсами различной полярности, что повышает надежность распознавания считываемой информации.

Рассмотрим, какие должны быть соотношения амплитуд импуль­ сов токов Iz2 и /3 и допуски на отклонения этих амплитуд от нор­ мы. Надежная работа МОЗУ при записи информации обеспечи­ вается, если выполняются условия:

Выполнение первых двух условий обеспечивает либо надежную запись кода 1 в сердечник избранной числовой линейки [условие (6.20) ], либо сохранение состояния сердечника без изменения [условие (6.21)]. Условие (6.22) необходимо выполнять для того, чтобы под действием тока /3 не происходило разрушения информа­ ции в сердечниках неизбранных числовых линеек.

Обозначая через §z и 83 допустимые относительные отклонения токов Iz2 и /3 от их номинальных значений [подобно тому, как это сделано для токов 1Х и /зп» см. соотношения (6.6) и (6.7)], условия (6.20) — (6.22) для случая максимальных допусков можно запш сать в следующем виде:

205

токи Iz2 и /3 при различных значениях параметра а, характеризую­ щего материал используемых в МОЗУ сердечников.

Анализ соотношений (6.8) и (6.26) показывает [30, 31], что

вдвухмерном МОЗУ допускаются значительно большие (примерно

втри раза) относительные отклонения токов IZ2 и /а ог их номи­ нальных значений по сравнению с допустимыми относительными

отклонениями токов 1Х и /зп в трехмерном МОЗУ.

В зависимости от системы размещения запоминающих сердеч­ ников числовых линеек двухмерные МОЗУ строятся в двух вариан­ тах. В первом варианте сердечники (PC и СС) всех числовых линеек, принадлежащие одному и тому же разряду запоминае­ мых чисел, образуют отдельную разрядную плату. Блок памяти, состоящий из п разрядных плат (л-разрядность чисел), образует объемную конструкцию. В другом варианте сердечники всех число­ вых линеек размещаются в одной плоской матрице, и блок памяти представляет собой плоскую конструкцию.

Основные преимущества двухмерных МОЗУ:

— более высокое (по сравнению с трехмерными МОЗУ) бы­ стродействие за счет форсированного перемагничивания сердечни­ ков КТ, а также за счет меньшей задержки сигналов при прохо­ ждении их по числовой шине z по сравнению с их задержкой при прохождении по адресным шинам в МОЗУ типа ЗД;

— кодовые сигналы при считывании в разрядных шинах счи­ тывания получаются по амплитуде в несколько раз большими по сравнению с соответствующими сигналами в трехмерных МОЗУ; если учесть также меньшую величину помех при считывании (по­ скольку отсутствуют полувозбужденные числовые линейки), то можно считать, что в двухмерном МОЗУ отношение амплитуды полезного сигнала к амплитуде помехи может быть по крайней мере на порядок выше, чем в трехмерном МОЗУ; кроме того, в МОЗУ типа 2Д считанные коды 1 и 0 различаются по полярности, что зна­ чительно повышает надежность распознавания информации;

— к параметрам запоминающих сердечников, а также к раз­ бросу этих параметров предъявляются менее жесткие требования; допускается также больший разброс амплитуд импульсов рабочих токов;

—конструкция блока памяти получается болею простой и де­ шевой по сравнению с конструкцией блока памяти трехмерного МОЗУ, где необходима сложная прошивка сердечников разрядных матриц.

Недостатки двухмерных МОЗУ:

—схема адресной части в двухмерных МОЗУ значительно

206

сложнее; на каждую числовую линейку необходим индивидуаль­ ный селектирующий ключ;

— с точки зрения потребляемой мощности они менее эконо­ мичны по сравнению с трехмерными МОЗУ; в их адресной части необходимо иметь мощные формирователи токов 1Х и 1У;

— при использовании стабилизирующих сердечников в число­ вых линейках общий расход сердечников в блоке памяти значи­ тельно больше по сравнению с расходом сердечников в блоке па­ мяти трехмерного МОЗУ той же емкости.

Как уже отмечалось, МОЗУ типа 2 -^-Д по принципам построе­

ния, свойствам и характеристикам занимает промежуточное поло­ жение по сравнению с двухмерными и трехмерными МОЗУ.

Принципы построения 2умерного МОЗУ рассмотрим на кон­

кретном примере [30]. Пусть необходимо построить схему МОЗУ для хранения 32 3-разрядных чисел (£ = 32, п = 3). В трехмерном МОЗУ такой емкости адресные шины по каждой координате про­ ходили бы через три сердечника, а разрядные шины и шины за­ прета— через 32 сердечника; в двухмерном МОЗУ каждая шина 2 проходила бы через три сердечника, а каждая разрядная шина записи и разрядная шина считывания — через 32 (без учета ста­ билизирующих сердечников). Для более равномерного распреде­

ления сердечников между шинами в 2 у мерном МОЗУ по сравне­

нию с двухмерным уменьшено в К раз количество числовых шин и во столько же раз увеличено количество разрядных шин. Следова-

тем округляется до значения 2? (р — целое число), что необходи-

или после округления К = 4. Теперь количество числовых шин бу­ дет 32:4 = 8, а количество разрядных шин 3-4 = 12. Каждая чис­ ловая шина проходит через 12 запоминающих сердечников, а каж­ дая разрядная шина — через 8 сердечников. Количество сердеч­ ников, прошитых каждой числовой шиной, будет точно соответ­ ствовать количеству сердечников, через которые проходит каждая разрядная шина, если имеет место равенство

207

дечников (здесь К=16). Общее число разрядных и числовых шин 512 + 512=1024, что существенно меньше общего числа таких

вид 32x3). По горизонтали расположены числовые шины, а по вертикали — разрядные. Сердечники, служащие для хранения одноименных разрядов всех запоминаемых чисел, выделены в три группы по 4X8 = 32 сердечника в группе. Сердечники, принадле­ жащие одной ячейке, связаны с одной из числовых шин. На рис. 6.5 сердечники одной ячейки памяти обведены кружками.

Регистр адреса РгА, составленный из четырех частей, обозна­ ченных через PrA.xi, РгА.г-2, РгАуЬ PrAy2. Число разрядов регистра РгА равно пяти, так как £ = 32. Регистры РгА.х2, РгА^ь РгАу2 яв­ ляются одноразрядными, а регистр РгА.хч двухразрядным.

Дешифраторы адреса ДшХ,, ДшХ2, ДшУ,, ДшУ2. В рассма­ триваемой схеме дешифраторы ДшХ2, ДшУь ДшУ2, связанные с одноразрядными регистрами, включены для общности, так как управление работой соответствующих ключей и формирователей может осуществляться непосредственно сигналами, поступающими с регистров. В МОЗУ большой емкости эти дешифраторы обяза­ тельны. Например, для указанного выше примера, когда емкость составляет 8192 32-разрядных числа, каждый из дешифраторов (ДшХ2, ДшУ[, ДшУ2) строится на восемь выходов.

Ключи и формирователи, связанные с дешифраторами адреса. Диодные схемы, связывающие числовые и разрядные шины с соответствующими ключами и обеспечивающие прохождение то­ ков 1Х и 1У при записи и считывании информации как в прямом

направлении, так и в обратном.

Регистр числа, в котром фиксируется либо считанное число, либо записываемое.

Рассмотрим, как осуществляется запись информации и как она

Числовые шины в каждом разряде проходят не через один сер­ дечник, как это имеет место в двухмерном МОЗУ, если не считать стабилизирующие сердечники, а через четыре (в общем случае

через К сердечников). В связи с этим в 2- j -мерном МОЗУ, так

же как и в трехмерном, принцип совпадения полутонов исполь­ зуется не только при записи, но и при считывании.

При считывании числа, записанного в выделенной ячейке па­ мяти, в результате дешифрации адреса числа возбуждаются фор­ мирователи Ф*ь Фу1 и открываются ключи Кхи Ку\. Через пятую

208

P z Ах /

PzAxO