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

применяют сдвиг во времени передних фронтов токов возбуждения. Вначале подают полутон в шину по оси У, вызывающий наибольшую помеху при считывании, затем после снижения помехи до приемлемого уровня подается полутон в шину по оси X, во время которого и считывается полезный сигнал (рис. 4-12). Сдвиг пе­ редних фронтов импульсов токов чтения значительно снижает также величину помехи от полувозбуждения сердечников к моменту считывания полезных сигналов, так как полувозбуждение сердечников, находящихся на обмотке У, происходит по времени раньше, и эти сигналы не суммируются с сигналами полувозбужденных сердечников на обмотке X. Уменьшение результи­ рующего сигнала помехи достигается также путем раз­ деления обмотки считывания на секции, приводящего к уменьшению количества полувозбужденных сердечни­ ков в одной секции.

Для уменьшения влияния предыстории намагничи­ вания сердечников в матрице на величину помехи при считывании и снижения ее амплитуды в цикл обраще­ ния к памяти, который включает в себя импульсы чте­ ния, записи и запрета с необходимыми задержками между ними, обычно вводится дополнительный им­ пульс так называемого послезаписного возбуждения (рис. 4-12). Ток послезаписного возбуждения, равный по величине полувозбуждающему току матричного ЗУ, посылается по обмотке запрета сразу же после импуль­ са тока записи. Его действие эквивалентно действию по­ лутока чтения. В результате все сердечники оказывают­ ся в таком состоянии разрушения информации, в каком они оказались бы при полувозбуждении в период опера­ ции чтения. Так как повторное полувозбуждение импуль­ сом тока той же полярности практически не увеличива­ ет разрушения информации, то непосредственно при считывании уровень помех значительно снижается.

Однако, несмотря на применение перечисленных выше мер в обмотке считывания, в особенности при большой емкости ЗУ, могут возникать значительные по­ мехи, затрудняющие выделение полезных сигналов и

вание усилителей. Для повышения надежности выделе­ ния 0 и 1 по количественному признаку в ЗУ этого типа, как правило, вводится амплитудная дискриминация.

270

Наиболее значительным преимуществом ЗУ со струк­ турой 3D является экономичность с точки зрения зат­ рат оборудования на систему адресного возбуждения. Действительно, если ЗУ имеет емкость запоминания N слов и по каждой координате матрицы располагается одинаковое количество сердечников (квадратная мат­ рица), то для выбора любого из N слов требуется воз­

буждать по каждой координате любую из У N линий. Общее число координатных ключей (например, диод­

ных) таким образом должно бы ть2}/Я . По сравнению со структурой 2D, требующей N ключей, структура 3D дает значительную экономию при той же емкости, при­ чем эта экономия возрастает по мере увеличения ем­ кости памяти.

Однако ЗУ со структурой 3D имеют существенные недостатки. Кроме помех от полувозбуждения и свя­ занной с этим чувствительностью ЗУ к разбросу пара­ метров сердечников и их качеству, а также к измене­ ниям параметров импульсов токов возбуждения и тем­ пературы окружающей среды имеются принципиальные ограничения по скорости работы ЗУ.

Быстродействие ЗУ типа 3D в значительной степени зависит от коэрцитивной силы сердечника Яс. Очевид­ но, что поскольку время переключения сердечника тем

большим значением Яс, так как значение Ято не может быть увеличено произвольно и всегда ограничено свер­ ху величиной 2ЯР, где НР<,НС. Но величина Яс также не может быть назначена произвольно большой при данных размерах сердечника, поскольку при этом уве­ личение Я р ограничивается возможностями электрон­ ного оборудования, вырабатывающего импульсы тока 1р. Следовательно, для увеличения быстродействия ЗУ нужно не только увеличивать Яс, но и одновременно уменьшать геометрические размеры сердечников. В свою очередь уменьшение размеров сердечников огра­ ничивается возможностями сборки матриц.

Быстродействие ЗУ со структурой 3D ограничивает­ ся также большой индуктивностью обмоток управления из-за большого количества сердечников на них. Обмот­ ки возбуждения в ряде случаев представляют собой

271

длинные линии, распределенные параметры которых столь значительны, что быстродействие ЗУ со структу­ рой 3D снижается по сравнению с быстродействием самих сердечников (определяется временем их переклю­ чения при чтении-записи) в 2—3 раза, а иногда и более в зависимости от емкости ЗУ. Поэтому структуру 3D ис­ пользуют в тех случаях, когда ЗУ может иметь среднее быстродействие и требуется средняя емкость. Структуру

по принципу совпадения токов, очевидно, следует улуч­ шать электрические характеристики цепей управляю­ щих обмоток. Наиболее эффективно в этом отношении уменьшение числа сердечников на обмотках. Для струк­ туры 3D это фактически означает дробление всего за­ поминающего массива на секции и введение независи­ мого управления каждой секцией. Но при этом струк­ тура 3D теряет свои экономические преимущества.

Существует другая структура ЗУ, так называемая 2,5D, также использующая принцип совпадения токов, но позволяющая при сравнительно небольших затратах оборудования получать высокое быстродействие. ЗУ со структурой 2,5D по затратам оборудования занимают промежуточное положение между ЗУ со структурами 2D и 3D, но значительно превосходят их по быстродей­ ствию. На рис. 4-14 представлена блок-схема ЗУ со структурой 2,5D. Оно состоит из плоского (двумерно­ го) запоминающего массива, группы возбудителей ли­ ний У, возбудителей линий X и разрядных усилителей считывания.

Запоминающий массив имеет горизонтальные шины X, вертикальные шины У и обмотки считывания. В точ­ ках взаимных пересечений шин располагаются ферри­ товые сердечники. Весь массив разбит на секции по количеству разрядов запоминаемых слов. Каждая об­ мотка считывания охватывает все сердечники одной разрядной секции. В соответствии с числом разрядных секций шины У разделены на группы, каждая из кото­ рых имеет свою независимую систему возбудителей. Если ЗУ предназначено для хранения N слов по п раз­ рядов, то в пределах разрядной секции располагаются

272

N сердечников, а количество независимых групп линий У составляет п. В пределах одного разряда каждая ли­ ния У образует петлю. Система возбудителей линий X строится таким образом, что в соответствии с выбран-

/fрегистру смо0а

ным адресом ячейки возбуждается только одна из ли­ ний X, в то время как возбудители линий У возбужда­ ют в каждой разрядной группе по одной одноименной линии У. В результате в каждом разряде на пересече­ ниях возбужденных шин имеются два сердечника, в одном из которых токи складываются, а в другом вы-

читаются. При смене полярности тока в одной из линии,

двух сердечников при возбуждении одних и тех же ли­ ний, но при смене полярности тока в одной из них. Обычно такое изменение полярности производится в линиях X. С помощью этого приема достигается воз­ можность выбора удвоенного количества сердечников при одном и том же числе возбужденных линий, чем существенно экономится оборудование.

В ЗУ со структурой 2,5D применение этого адресно­ го изменения полярности тока и связанной с ним пет­ леобразной конфигурации линии У принципиально не является обязательным. Однако с целью сокращения затрат оборудования при построении ЗУ с этой струк­ турой всегда применяется адресное изменение поляр­ ности токов возбуждения.

При таком построении запоминающего массива все сердечники одного слова оказываются лежащими вдоль оси X, а сердечники одноименных разрядов всех слоев располагаются в секторе, определяемом разрядной груп­ пой линий У. Если запоминающий массив на N слов имеет т линий X и в каждом разрядном секторе k ли­ ний У, причем mk = N , то на каждой линии X распола­ гаются сердечники всех разрядов k слов, а на каждой линии У — одноименные разряды т слов. Поэтому по аналогии со структурой 2D в ЗУ типа 2,5D линии X на­ зываются словарными, а линии У — разрядными.

Считывание информации на ЗУ типа 2,5D произво­ дится по принципу совпадения токов. Согласно задан­ ному адресу токами чтения с амплитудой Ір возбужда­

секторе один сердечник на пересечении линии слова и разряда получает полное возбуждение—Іт— —2Іѵ, а дру­ гой сердечник на втором пересечении — «нулевое» возбуждение, поскольку в этом пересечении токи вычи­ таются. Все остальные сердечники, находящиеся на возбужденных проводах, получают возбуждение, равное

/ р = — Іт- Таким образом, в каждом разряде полное

возбуждение получает только один сердечник, и в за­ висимости от записанной в нем информации он либо

274

если в нем был записан 0. При этом на обмотках счи­ тывания присутствуют также сигналы помех от полувозбужденных сердечников. Для снижения уровня помех в

импульсов токов чтения. Конфигурации обмоток считы­ вания в ЗУ типа 2,5.0 аналогичны конфигурациям об­ моток ЗУ типа 30. Обычно применяется прямоугольная конфигурация, причем обмотка считывания располага­ ется параллельно оси У. Поэтому при сдвиге фрон­ тов импульсов токи чтения в линиях У опережают токи чтения в линиях X (рис. 4-15).

После чтения информации из ячейки памяти сердеч­ ники переходят в состояние 0, а сигналы, считанные с них, усиливаются поразрядно, стробируются и переда­ ются в регистр слова ЗУ. Для того чтобы информация в сердечниках не была потеряна, сразу же после чтения выполняется ее регенерация. С этой целью соответствую­ щая данному адресу линия X возбуждается полутоном

ная линия не получает возбуждения. Сердечники, полу­ чившие полное возбуждение + 2 / р= + / т , восстанавли­ вают состояние 1, а сердечники, возбужденные полуто­ ном записи слова -f-/p, сохраняют состояние 0. Таким образом происходит регенерация считанной в регистр слова ЗУ информации.

Запись новой информации начинается с очистки за­ данной ячейки от старой информации. Для этого в со­ ответствии с выбираемым адресом одна из линий У и по одной линии У в каждом разряде возбуждаются тока­ ми чтения, переводящими все сердечники данного сло­ ва в состояние 0. Затем в зависимости от содержимого регистра слова ЗУ, куда из процессора передана ин­ формация для запоминания в ЗУ, возбуждаются токами записи обмотки управления запоминающим масси­ вом. При этом в соответствии с заданным адресом воз­ буждаются током записи + / р одна из линий X и те ли­

переключаются в состояние 1. В тех же разрядах, где линии У не получили возбуждения, сердечники оста­ ются в состоянии 0. Так, информация, находящаяся в регистре слова ЗУ, записывается в запоминающий массив.

Рассматривая процессы, происходящие в ЗУ со структурой 2,5D, легко заметить, что чтение в этих ЗУ выполняется аналогично чтению в ЗУ со структурой 3D, а запись производится аналогично записи в ЗУ ти­ па 2D.

Действительно, при чтении в ЗУ типа 2,5D исполь­ зуется совпадение токов с присущим ему характерным полувозбуждением сердечников, вызывающим значи­ тельные помехи при считывании Для борьбы с этими помехами принимаются меры, аналогичные тем, кото­ рые применяются в ЗУ типа 3D. К таким относятся стро­ бирование усилителей считывания, амплитудная дискри­ минация сигналов, сдвиг передних фронтов импульсов токов чтения, секционирование обмотки считывания и прошивка сердечников таким образом, чтобы помехи с

276

при записи 1 разрядная обмотка возбуждается, при за­

В ЗУ со структурой 2D разрядная обмотка, так же как и считывающая, охватывает все сердечники данного разряда, и поэтому между ними существует сильная взаимная индуктивно-емкостная связь. В ЗУ 2,5D каж­ дая разрядная линия У, образуя петлю, пронизывает только 2т сердечников, что составляет лишь небольшую часть от общего числа сердечников данного разряда N, охватываемых обмоткой считывания (рис. 4-14). Поэ­ тому в ЗУ со структурой 2,5D взаимное влияние раз­ рядных обмоток и обмоток считывания невелико, и пе­ реходные процессы в обмотке считывания при записи протекают значительно быстрее, чем в ЗУ со структу­ рами 2D и 3D.

Другое важное преимущество структуры 2,5D состо­ ит в том, что в ЗУ с этой структурой линии управления при данной емкости устройства могут быть сделаны меньшей длины и пронизывать меньшее кличество сер­ дечников по сравнению с ЗУ со структурами 2D и 3D. Это особенно важно при построении ЗУ большой ем­ кости и высокого быстродействия. Отмеченное свойство объясняется тем, что запоминающий массив со струк­ турой 2,5£> принципиально может иметь как по оси X, так и по оси У одинаковое количество сердечников, т. е. для N слов и п разрядов по каждой оси может быть

расположено У nN сердечников. В табл. 4-1 приведены количества сердечников на каждой управляющей линии при различных организациях ЗУ для N = 8 192 слова и п — 25 разрядов. Следует учитывать, что в ЗУ со структурой 3D на обмотке запрета находится N = 8 192 сердечника, поскольку эта обмотка охватывает все сердечники одного разряда. Из табл. 4-1 видно, что ми­ нимальное количество сердечников (не более 500) при­ ходится на линии управления в ЗУ со структурой 2,5D.

Таблица 4-1 дана для случая квадратной конфигура­ ции запоминающего массива ЗУ типа 2,5D. На практи­ ке часто по различным схемным и конструктивным со­ ображениям количество сердечников на линиях управ­ ления не является одинаковыми. Тем не менее количест­ во сердечников на шинах в ЗУ по типу 2,5D всегда значительно меньше, чем в ЗУ со структурами 2D и 3D.

277

В ЗУ со структурой 2,5D возможно сокращение до двух числа обмоток, пронизывающих каждый сердеч­ ник. При этом в запонимающем массиве остаются толь­ ко обмотки X и У. Обмотка У в этом случае выполняет одновременно функции возбуждающей линии и обмотки считывания. Очевидно, что поскольку считывание полез­ ных выходных сигналов приходится производить с ли­ ний, по которым в это время протекают токи чтения, то система считывания усложняется. Однако при необхо­ димости построения ЗУ большой емкости приходится применять именно двухпроводную структуру 2,5£>, так как это значительно упрощает сборку запоминающего массива.

Отмеченные достоинства структуры 2,5D позволяют создавать ЗУ высокого быстродействия и большого объ­

структуре 2,5D имеются ЗУ большого объема (256 тыс. и более слов) с циклом обращения около 4 мксек.

Сочетая в себе признаки структур 2D и 3D, струк- • тура 2,5D, как уже отмечалось, в отношении затрат оборудования занимает промежуточное положение. Но, учитывая тенденцию к снижению стоимости электронно­ го оборудования, в особенности в связи с появлением и широким развитием интегральных схем, а также зна­ чительную сложность создания ЗУ высокого быстродей­ ствия при большой емкости на основе структур 2D и 3D, можно считать, что ЗУ типа 2,5D является наибо­ лее перспективным.

Обычно основная память машины— ОЗУ состоит из нескольких модулей, каждый из которых имеет свой за-

278

поминающий массив (обычно на 8—32 тыс. слов) и соб­ ственное управление. Модульная конструкция ОЗУ позволяет комплектовать ЦВМ памятью различной ем­ кости и представляет большие возможности для орга­ низации резервирования блоков памяти, перекрытия во времени обращений к различным модулям для повыше­ ния общей скорости работы.

4-4. П О С Т О Я Н Н Ы Е З А П О М И Н А Ю Щ И Е У С Т Р О Й С Т В А

В вычислительной технике находят довольно широ­ кое применение постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Устройства этого типа при работе в составе ЦВМ допускают только считывание хранимой информа­ ции. Запись информации производится при сборке уст­ ройства путем соответствующей прокладки проводов. По сравнению с ОЗУ, допускающими как считывание, так и запись информации, конструкция и схема ПЗУ зна­ чительно проще, быстродействие и надежность выше, а стоимость ниже.

Применение ПЗУ в ЦВМ весьма разнообразно и за­ висит от назначения машин. Они могут использоваться как дополнительная память для хранения фиксирован­ ных программ, постоянных коэффициентов, справочных таблиц, таблиц различных функций и т. д. Постоянные запоминающие устройства целесообразно применять в машинах, предназначенных для решения определенного достаточно узкого круга задач, для которых имеются от­ работанные алгоритмы и программы, например, в аэро­ космических бортовых машинах, управляющих маши­ нах для систем автоматизации технологических процес­ сов. Это позволяет существенно снизить требования к емкости ОЗУ и повысить надежность вычислительного комплекса.

В настоящее время ПЗУ широко применяются для хранения микропрограмм в микропрограммных устрой­ ствах управления процессорами. Это позволяет придать устройству управления однотипную структуру, что об­ легчает наладку ЦВМ и диагностику неисправностей.

Постоянные ЗУ, предназначенные для хранения мик­ ропрограмм, имеют малое время обращения (100— 600 нсек) при емкости 10 000—100 000 бит. Используе­ мые в качестве дополнительной памяти ПЗУ имеют боль­ шие емкости (1—10) ■J06 бит, но время обращения поряд­

279