книги из ГПНТБ / Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие

Рассмотрение процессов в ЗУ типа 2D при считыва­ нии и записи информации показывает, что сердечники подвергаются полувозбуждению только во время запи­ си. При этом в обмотке считывания наводятся значи­ тельные сигналы помех от полувозбуждения, характер­ ные для ЗУ, использующего принцип совпадения токов в сердечниках. В то же время в обмотке считывания воз­ никают сигналы от частично или полностью переключа­ ющегося в данном разряде сердечника при записи 0 или 1 соответственно. Кроме того, в обмотке считывания на­ водятся помехи от индуктивной и емкостной связи этой обмотки с обмотками возбуждения в моменты подачи токов. При подаче тока чтения во время записи новой информации в сердечниках возникают сигналы, которые являются сигналами стирания старой информации и по­ этому не должны восприниматься.

Таким образом, в обмотке считывания наряду с по­ лезными сигналами обычно возникают помехи, по ам­ плитуде часто значительно превышающие полезные сиг­ налы. Эти помехи по времени не совпадают с полезны­ ми сигналами, но, воздействуя на усилители считывания, могут вызывать ложные срабатывания усилителей или приводить к столь значительному их насыщению, что к моменту следующего считывания усилители не будут восстановлены. Поэтому применяется стробирование входных сигналов усилителей.

Импульс Строб открывает усилители считывания только на время прохождения полезных сигналов. Все остальное время усилители заперты. Импульс Строб возбуждается в момент максимума сигнала считывания 1. При этом для сигналов 0 усилители оказываются за­ пертыми, поскольку импульсы при считывании 0 окан­ чиваются раньше, чем наступает максимум сигнала 1. Однако на практике из-за разброса параметров сердеч­ ников и импульсов токов возбуждения импульсы при считывании 0 могут не оканчиваться к моменту появлеления стробирующего импульса. Поэтому в усилители считывания, предназначенные для выделения сигналов О и 1 по величине амплитуды, вводится амплитудная дис­ криминация, характеризуемая порогом срабатывания. Сигналы с обмотки считывания, не превышающие неко­ торого порогового значения, не возбуждают выходных сигналов с усилителей считывания. Этим путем удается отделить сигналы 1 от сигналов 0 и прочих помех.

260

В ЗУ типа 2D выделение сигналов 1 и 0 может быть реализовано не по количественному признаку (по ам­ плитуде импульсов), а по качественному, т. е. по поляр­ ности сигналов. Поскольку в ЗУ типа 2D отсутствуют полувозбужденные сердечники при считывании, то не требуется попарного встречного включения их по отно­ шению к обмотке считывания для компенсации помех. Отсюда следует, что обмотка считывания может быть проведена таким образом, чтобы все сердечники данного разряда были включены согласно и наводили в этой об­ мотке полезные сигналы всегда одной полярности неза­ висимо от адреса считываемого слова. Этим широко пользуются при построении ЗУ типа 2D.

Для получения разнополярных сигналов считывания О и 1 в ЗУ со структурой 2D применяют два сердечника для хранения одной двоичной цифры. В результате об­ щее количество сердечников в запоминающем массиве удваивается. При этом возможны различные схемы включения сердечников по отношению к обмоткам уп­ равления и считывания. Одна из наиболее распростра­ ненных схем представлена на рис. 4-10. В отличие от схемы рис. 4-8 каждая шина слова пронизывает в 2 ра­ за большее количество сердечников и образует петлю. Одна ее часть пронизывает п сердечников в одном на­ правлении, а другая часть петли проходит через допол­ нительный ряд п сердечников в противоположном на­ правлении. Назовем условно сердечники в верхней части петли рабочими ( P C ) , а в нижней части — дополни­ тельными (Д С ). Если оба сердечника данного разряда слова находятся в состоянии 1, то это означает, что за­ писана 1. Если же они находятся в состоянии 0, то это значит, что в данном разряде хранится 0.

Чтение информации в таком устройстве производит­ ся посылкой тока чтения с амплитудой Іт в выбранную

ниях. Поэтому если в сердечниках хранилась 1, то PC переходит в состояние 0, а ДС остается в прежнем со­ стоянии намагниченности. При этом на выходной обмот­ ке считывания возникает импульс напряжения опреде­ ленной полярности. Если же в сердечниках был записан 0, то PC не меняет своего магнитного состояния, а ДС переходит из состояния 0 в состояние 1, тем самым воз-

261

а)

/’аоряд/и/е обм от ки зи о и о и

в)

Рис. 4-10. Запоминающее устройство типа 2D.

а — принцип действия; 6 — схема хранения одного «-разрядного слова.

буждая в обмотке считывания импульс напряжения Про­ тивоположной полярности по отношению к импульсу при считывании 1. Таким образом, использование двух сер­ дечников на разряд обеспечивает разнополярные сигна­ лы при считывании 0 н 1.

Запись осуществляется одновременным возбуждени­ ем линии слова током Іѵ, полярность которого противо­ положна полярности тока чтения, и разрядной обмотки записи током, полярность которого зависит от записы­ ваемой в данном разряде информации. Если требуется записать 1, то полярность разрядного тока должна быть такая, чтобы в PC токи, протекающие по шинам слова

в состоянии 0, переходит в состояние 1. Дополнительный сердечник ДС не меняет состояния 1, поскольку он по­ лучает частичное возбуждение, недостаточное для изме­ нения того состояния, в которое он был переведен перед записью полным током чтения. Запись 0 производится такой полярностью разрядного тока, при которой в PC токи, протекающие по шинам слова и разряда, вычита­ ются, а в ДС — складываются. В результате оба сердеч­ ника оказываются в одинаковых состояниях 0.

Применение двух сердечников для хранения двоич­ ной цифры помимо возможности получения разнополяр­ ных сигналов считывания придает системе 2D еще два существенных преимущества. Первое состоит в том, что поскольку совпадающие во времени токи в шинах слова и разряда создают поля, которые при записи либо скла­ дываются, либо вычитаются в сердечниках выбранногослова, то не обязательно амплитуды токов выбирать посоотношению Іт— 2ІР. В этой системе возможно приме­ нение такого соотношения токов, при котором ток записи

разряда---- —/т . ® этом случае на все сердечники, полу­ чающее частичное возбуждение, воздействует поле Нр=

и появляется возможность снижения требований к пря­ моугольное™ петли гистерезиса запоминающих сердеч­ ников.

263

Второе преимущество вытекает из того обстоятельства, что при каждом обращении к данной ячейке для записи или чтения токи записи или соответственно чте­ ния переключают из каждой пары разрядных сердечни­ ков только один (либо PC, либо ДС).

Отсюда следует, что количество переключающихся сердечников при возбуждении линии слова всегда оди­ наково и, таким образом, каждая линия слова запоми­ нающего массива со своими сердечниками представля­ ет как бы автоматически стабилизированную нагрузку для источника возбуждения линии слова. Таким свойст­ вом не обладает структура 2D с одним сердечником на разряд, так как в зависимости от кода слова токи чте­ ния или записи переключают различное количество сер­ дечников из числа находящихся на выбранной линии слова.

Стабильная нагрузка, которую представляет линия слова с двумя сердечниками на разряд, позволяет зна­ чительно снизить требования к возбудителям и упро­ стить их схемы.

Последнее обстоятельство важно тем, что основным недостатком структуры 2D, главным образом ограничи­ вающим ее широкое применение, является неэкономич­ ность ее с точки зрения затрат оборудования для адрес­ ного возбуждения линий слова. Действительно, посколь­ ку в ЗУ типа 2D емкостью в N слов имеется N линий слова, то, следовательно, для выбора любого из N слов необходимо предусмотреть возможность возбуждения любой из N линий, т. е. необходимо иметь индивидуаль­ ный ключ того или иного вида (например, диодный или магнитный) для каждой линии слова. Кроме того, боль­ шинство преимуществ ЗУ типа 2D достигается при ис­ пользовании двух сердечников на разряд, что требует удвоенного количества запоминающих сердечников. Все это вместе взятое приводит к тому, что область приме­ нения структуры 2D ограничивается, как правило, ЗУ малой емкости и высокого быстродействия.

При малой емкости ЗУ управляющие и считывающие обмотки имеют небольшую длину, пронизывают неболь­ шое число сердечников, и поэтому переходные процессы в них быстро затухают. Обычно ЗУ типа 2D строят на емкость не более 256—512 слов, в которых циклы обра­ щения не превышают 0,5—1 мксек. Такие ЗУ использу­ ют часто в качестве СОЗУ.

264

Структура 3D по своей организации выгодно отлича­ ется экономичностью от других структур ЗУ на ферри­ товых сердечниках. Эта система использует принцип совпадения токов для адресного выбора ячеек как при

0 т регистра CMoßa

записи, так и при чтении. Блок-схема ЗУ со структурой 3D представлена на рис. 4-11. Устройство состоит из за­ поминающего массива на ферритовых сердечниках, воз­ будителей линий X и У, разрядных возбудителей запре­ та и разрядных усилителей считывания. Запоминающий щассив сердечников при емкости ЗУ в N слов по п раз­

265

рядов каждое разбивается на п одинаковых матриц, со­ держащих каждая N сердечников. Таким образом на од­ ной матрице могут храниться одноименные разряды всех N слов. Матрица имеет горизонтальные шины X и вер­ тикальные У для возбуждения сердечников, обмотку за­ прета записи 1 и выходную обмотку считывания. Шины X и У являются координатными обмотками. Соответст­ вующие координатные обмотки всех матриц соединяют­ ся последовательно шинами, параллельными оси Z. Таким образом образуется трехмерный куб (этим объ­ ясняется название структуры 3D), в котором сердечни­ ки, принадлежащие одному слову, располагаются па­ раллельно оси Z, а сердечники одноименных разрядов слов располагаются в плоскостях, параллельных пло­ скости XY.

Считывание информации в таком ЗУ производится в соответствии с принципом совпадения токов путем по­ дачи токов возбуждения с амплитудой —І р в одну из шин X и одну из шин У. Сердечники, находящиеся на пересечении координатных обмоток в каждой матрице, получают полное возбуждение полем Ят >/У с. На об­ мотках считывания возникают выходные сигналы 0 пли 1, отличающиеся величиной амплитуды. Сигналы 1 име­ ют большую амплитуду, поскольку сердечники изменя­ ют полностью свое магнитное состояние, а сигналы О имеют значительно меньшую амплитуду вследствие лишь частичного изменения намагниченности из-за не­ идеальности петли гистерезиса (рис. 4-12). Все осталь­ ные сердечники, расположенные на возбужденных об­ мотках X и У, получают частичное возбуждение полегл НР< Н Си создают сигналы помех от полувозбуждения.

В результате считывания информации с выбранных сердечников они оказываются в состоянии намагничен­ ности, соответствующей 0. Поэтому, чтобы считанная с них информация не была потеряна, необходимо про­

чтения. При этом, очевидно, все сердечники выбранного слова стремятся перейти в состояние намагниченности, соответствующее 1. Для того чтобы предотвратить пере­ ход в состояние 1 сердечников, в которых следует сохра­ нить цифру 0, в соответствующей разрядной матрице возбуждается обмотка запрета записи 1 токоіц с ампли-

266

регенерируется 1, будет воздействовать поле —Нт, а сердечники, в которых регенерируется 0, будут получать

Рис. 4-12. Временная диаграмма работы ОЗУ типа 3 D .

каждый и одним током запрета —ІР, создающим резуль­ тирующее поле Нр<.Нс. Таким образом, в соответству­ ющих разрядах выбранного слова регенерируется О или 1.

Запись новой информации в системе 3D производит­ ся следующим образом. В начале выполняется очистка выбранной ячейки от старой информации. Для этого ко­ ординатные обмотки согласно данному адресу возбуж­ даются токами чтения, переводящими все сердечники выбранного слова в состояние 0. Затем эти же коорди­ натные обмотки возбуждаются токами записи. С неко­ торым перекрытием во времени, чтобы гарантировать запрещение записи 1, возбуждаются также обмотки за­ прета в тех разрядных матрицах, которым соответствуют триггеры регистра слова ЗУ, установившиеся в состоя­

267

ние 0 после передачи из процессора новой информации для записи (рис. 4-12). Таким образом, в состояние на­ магниченности, соответствующее 1, перейдут сердечники тех разрядов, для которых в регистре слова записаны 1, а остальные сердечники останутся в состоянии, соответ­ ствующем 0. Тем самым осуществляется запись новой информации.

Следует заметить, что в ЗУ типа 3D принципиально

в матрице имеются только три обмотки и через каждый сердечник проходят три провода. Это значительно упро­

имеет место полувозбуждение сердечников. Оно приво­ дит к тому, что на считывающей обмотке матрицы, кро­ ме полезного сигнала, возникают помехи, обусловленные неидеальностью петли гистерезиса полувозбужденных сердечников. При этом на выходной обмотке считывания помехи возникают как во время импульсов тока чтения, так и записи. Как уже отмечалось, суммарный уровень помех, возникающих в результате частичных разруше­ ний магнитных состояний сердечников, в основном за­ висит от качества и количества сердечников, их магнит­

лезных сигналов, то задача снижения влияния помех на работоспособность ЗУ для структуры 3D приобретает большую остроту, чем для ЗУ структуры 2D. Эта зада­ ча решается путем улучшения характеристик запомина­ ющих элементов и в значительной степени с помощью схемных средств.

К последним в первую очередь относится прошивка матрицы обмоткой считывания таким образом, чтобы помехи от полувозбужденных сердечников попарно ком­ пенсировались. При этом применяются как диагональ­ ная (рис. 4-13, а), так и прямоугольная (рис. 4-13,6) обмотки считывания. Предпочтение обычно отдается прямоугольной обмотке, так как она имеет меньшую

268

Длину, перпендикулярна обмотке запрета, что значи­ тельно снижает помехи при записи. Однако при считы­ вании помеха может возрасти по сравнению с диагональ­ ной прошивкой, так как координатные провода У па­ раллельны обмотке считывания. Для устранения этого

Х оорди нат нб/е /?poßâdff У

ß a # u />

6)

Рис. 4-13. Схемы разрядных матриц.

а — схема разрядной матрицы с диагональной обмоткой считывания; б — схема разрядной матрицы с прямоуголь­ ной обмоткой считывания.

269