4.4. Элементы зу с произвольным обращением

Непрерывное совершенствование элементной базы, а также многообразие вариантов целевого использования ЗУ внутренней памяти ЭВМ привело к созданию большого количества разновидностей ЗЭ. Ниже кратко рассмотрены наиболее характерные типы ЗЭ, используемые в ЗУ универсальных ЭВМ и специализированных цифровых устройств.

4.4.1. Зэ на ферритовых кольцах

Памяти на магнитных (ферритовых) сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса появились в начале 50-х годов и сыграли большую роль в увеличении объемов ОП и производительности ЭВМ. Однако появившиеся ЗУ на дискретных биполярных транзисторах, а в середине 60-х годов первые БИСы памяти малой степени интеграции стремительно вытеснили ЗУ на магнитных сердечниках. В настоящее время ЗУ на магнитных сердечниках используются только в специализированных ЭВМ, работающих в особых условиях. Это связано с тем, что такие ЗУ энергонезависимы, не боятся радиации и сильных температурных перепадов.

Следует отметить, что физические принципы записи информации на магнитный сердечник лежат в основе принципов записи на современные магнитные носители.

Принцип действия ферритового сердечника как запоминающего элемента поясняет рис. 4.9, на котором изображены сердечник с входной и выходной одновитковыми обмотками и его кривая намагничивания (петля гистерезиса), имеющая форму, близкую к прямоугольной.

Запоминание двоичных кодов основано на наличии у сердечника двух устойчивых состояний остаточного намагничивания противоположного знака. Состоянию, характеризующемуся остаточной индукцией +B_r, можно приписать значение 1, а состоянию с индукцией -B_r– значение 0. Запись 1 в сердечник может быть произведена подачей в его входную обмотку импульса тока, создающего поле +H_m, превышающее коэрцитивную силу сердечника +H_c, при этом сердечник после снятия поля оказывается в состоянии +B_r. Для записи 0 во входную обмотку подается импульс тока, создающий поле -H_m, после снятия которого сердечник оказывается в состоянии -B_r. Для считывания во входную обмотку подается импульс тока той же полярности, как при записи 0, создающий поле, превышающее (по модулю) коэрцитивную силу H_cсердечника, при этом сердечник устанавливается в состояние 0. Если перед этим он находился в состоянии 1, то при считывании индукция в сердечнике изменяется от +B_rдо -B_mи в выходной обмотке индуцируется ЭДС E₁– сигнал считывания 1. Если сердечник находился в состоянии 0, то при считывании индукция в сердечнике меняется незначительно и индуцируемая при этом ЭДС E₀(сигнал считывания 0) близка к нулю. Считывание сопровождается стиранием информации, записанной в сердечнике, поэтому при необходимости сохранения ранее хранившейся информации должна производится регенерация, восстанавливающая информацию в сердечнике.

Ферритовые ЗУ, использующиеся в настоящее время, имеют структуру 2,5D (в ЗУ этого типа запись сходна с записью в ЗУ типа 2D-M, а считывание осуществляется так же, как в ЗУ типа 3D). Как и в ЗУ типа 3D, запоминающий массив 2,5D для записи n-разрядных двоичных чисел состоит из n плоских матриц для одноименных разрядов всех чисел. Каждая такая матрица имеет три координатные линии, причем при считывании используются все три линии, а при записи только две. Таким образом, через каждый сердечник разрядной матрицы проходят одна горизонтальная и одна вертикальная линии (соответственно от адресного и разрядно-адресного формирователей). Кроме того, все сердечники разрядной матрицы пронизываются общей обмоткой считывания, с которой снимаются выходные сигналы.

При считывании состояния сердечника в его координатные линии подаются импульсы тока -I_р. Ток -I_рсоздает поле -H_pтакое, чтои. На выбираемый сердечник воздействует поле двух токов -I_p, и он принимает состояние -B_r, генерируя в выходной обмотке сигнал 1, если сердечник ранее находился в состоянии +B_r, или сигнал 0, если сердечник находился в состоянии -B_r. Сердечники, воспринимающие ток -I_pтолько по одной координатной линии, сохраняют свое состояние.

Для того, чтобы считанная информация сохранилась в ЗУ, сразу после окончания считывания выполняется регенерация – запись считанной информации из информационного регистра РгИ обратно в ЗМ.

Записи в ячейку ферритового ЗУ типа 2,5D всегда предшествует установка в состояние 0 всех сердечников ячейки, для чего выполняется операция считывания (без регенерации). При записи по адресной линии выбираемого сердечника поступает импульс тока +I_p. По разрядно-адресной линии поступает импульс тока +I_pтолько при записи 1. Сердечник, в котором поля от двух импульсов +I_pскладываются, перемагничивается в состояние +B_r. Все остальные сердечники разрядной матрицы сохраняют свое прежнее состояние.