а)

iстир

б)

Рис. 8.6. Аннигилятор ЦМД: а- пассивный; б - активный

Активный аннигилятор представляет собой проводниковую аппликацию в виде петли в канале продвижения (рис.8.6, б). Импульсом тока iстир в зоне петли создается добавочное поле, направленное согласно с полем смещения Hсм и превышающее поле коллапсирования ЦМД. Переход домена из канала продвижения в аннигилятор происходит в результате захвата его ловушкой, образующейся благодаря специальной форме аппликации аннигилятора. Возможна организация выборочного разрушения - стирание части информационных бит, подачей тока только в те моменты, когда нужные разряды продвигаются в зоне аннигилятора.

8.4. Структура ЦМД-микросхем памяти

Структурная схема ЦМД-микросхемы памяти представляет собой совокупность набора закольцованных сдвигающих регистров с последовательным доступом и функциональных узлов - генератора, репликаторов, детектора, переключателя и аннигилятора, обеспечивающих работу микросхемы в режимах записи-чтения. Регистры представляют собой каналы продвижения доменов в форме ДПС, под каждым шевроном которой хранится один бит информации: “1”, если в ловушке имеется ЦМД, или “0”, если ЦМД отсутствует. Регистры можно рассматривать как эквиваленты дорожки на носителе электромеханических накопителей.

Среди структур ЦМД-микросхем памяти различают последовательную, параллельнопоследовательную, параллельную, с перераспределением информации, матричную и иерархическую структуры.

Наиболее схемотехнически простой является последовательная структура, состоящая из одного автономного накопительного регистра НРг и набора функциональных узлов (рис. 8.8, а). На схемах принято обозначать ДПС упрощенно, в виде линии. НРг является замкнутым каналом продвижения ЦМД. Запись информации осуществляется посредством ввода доменов в НРг из управляемого генератора ЦМД Г. В определенном месте канала расположен детектор доменов Д и аннигилятор А. Возможен также вариант структуры (рис. 8.8, б), в которой детектор находится вне НРг и считывание производится путем репликации доменов на репликаторе Р, находящемся в точке сопряжения канала продвижения НРг с каналом считывания информации. Благодаря наличию минимального набора функциональных узлов такие микросхемы обладают широкой областью устойчивой работы и малым числом выводов. Однако схемы обладают малой информационной емкостью, низким быст-

Параллельно-последовательная структура представляет собой совокупность накопительных регистров, объединенных одним регистром ввода-вывода для записи и считывания информации (рис. 8.7, в), или раздельными регистрами ввода и вывода (рис. 8.7, г). К регистрам ввода-вывода чаще всего подключают генератор, детектор и аннигилятор. Накопительные регистры подключаются к регистрам ввода-вывода с помощью коммутирующих ЦМД узлов - репликаторов и переключателей. Информационный поток записывается в накопительные регистры параллельно, по одному биту за такт в каждый, что обеспечивает меньшее по сравнению с последовательными структурами время доступа к информации и больший объем хранимой информации. Достигается более высокое быстродействие по сравнению с последовательными структурами. Выход годных микросхем достигает 40 - 50%, так как при отказе одного или нескольких регистров их номера могут быть занесены в карту годности микросхемы и в процессе эксплуатации эти бракованные регистры будут обходиться и не будет участвовать в работе микросхемы. При этом суммарная емкость микросхемы будет меньше проектной на величину емкости дефектных регистров.

Параллельная структура, в отличие от других, состоит из одного накопительного регистра и внутреннего дешифратора адреса (рис. 8.9). Здесь следует напомнить, что существуют и логические элементы, выполненные по той же технологии, что и ДПС, на них и выполняется дешифратор. Регистр емкостью Cрг разбивается на n участков длиной, равной длине блока информации. Между ними размещаются репликаторы, вход и выход которых являются соответственно началом и концом смежных участков Нрг. Другой выход репликатора соединен с дешифратором.

Рис. 8.9. Параллельная структура ЦМД-микросхемы памяти

Структуры с динамическим перераспределением памяти применяются там, где необходимо, чтобы после выборки блока информации он был переписан под первым адресом. Остальные блоки перемещаются на один адрес от начала к выходу. Осуществляется это с помощью переключателей, выполняющих операцию сдвига.

Иерархические структуры включают две или более последовательно соединенные ступени, состоящие из набора накопительных регистров и аналогичны по принципу действия стековой памяти современных ЭВМ.

Матричные структуры состоят из так называемых автономных мини-структур. Выборка производится при совпадении двух групп сигналов, посылаемых по вертикальным и горизонтальным шинам управления. Роль автономных мини-структур выполняют чаще всего параллельно-последовательные запоминающие структуры с замкнутым регистром ввода-вывода.

ЦМД-накопитель состоит из одной или нескольких ЦМД-микросборок в качестве носителя информации и электронных функциональных блоков, обеспечивающих режимы записи и считывания информации - электроники обрамления.

Конструкция ЦМД-микросборки приведена на рис. 8.10. ЦМД-микросхема располагается внутри катушек Гельмгольца, вырабатывающих составляющие по x и по y управляющего поля Hупр x и Hупр y . Непосредственно к микросхеме прижат постоянный магнит, создающий поле смещения Hсм , направленное по оси z, почему иногда его обозначают Hz

. Вся конструкция помещается в экран, защищающий ЦМД-микросхему от влияния внешних паразитных магнитных полей. Применяются микросборки однокристальные, как показанннная на рис. 8.10, так и многокристальные, в которых в одну электромагнитную систему помещены несколько соединенных последовательно микросхем памяти. Микросхемы могут быть расположены на одной подложке при использовании планарной технологии, либо на разных, но собранных в единый пакет при компланарной технологии.

z

экран

наружная

ортогональная

катушка

Рис. 8.10. Конструкция ЦМД-микросборки

Микросборки в зависимости от целей применения могут быть как сменные, так и не сменные. К сменным относятся ЦМД-кассеты, представляющие собой съемный ЦМДноситель, состоящий только из одной или нескольких микросборок. ЦМД-картридж включает в себя и электронику обрамления. Они могут использоваться в качестве РПЗУ, содержащих, например, программу полета автоматически управляемых летательных аппаратов. Такое применение ЦМД ЗУ весьма актуально, поскольку они энергонезависимы в режиме хранения, обладают радиационной стойкостью по сравнению с полупроводниковыми ЗУ и более стойки к механическим воздействиям по сравнению с электромеханическими ВЗУ на МН.