8-900-374-94-44
Интернет магазин китайских планшетных компьютеров |
|
Компьютеры — Память на магнитных сердечниках22 января 2011Оглавление: Матрица ферритовой памяти суперкомпьютера CDC 6600. Размер 10,8 × 10,8 см, ёмкость 4096 бит Память на магнитных сердечниках или ферритовая память запоминающее устройство, хранящее информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников, обычно имеющих форму кольца. Ферритовые кольца расставлялись в прямоугольную матрицу и через каждое кольцо проходило, в зависимости от конструкции запоминающего устройства, от двух до четырёх проводов для считывания и записи информации. Память на магнитных сердечниках была основным типом компьютерной памяти с середины 1950-х и до середины 1970-х годов. Принцип работыСуществовало несколько вариантов памяти на магнитных сердечниках. БиаксБиакс ферритовый сердечник с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями. Считывание информации с биакса осуществляется без разрушения информации, таким образом не требуется время на её восстановление. Использовался в некоторых ЭВМ семейства БЭСМ. Схема совпадения токовX, Y провода возбуждения, S считывания, Z запрета Матрица памяти на магнитных сердечниках Схема с кольцеобразными сердечниками и четырьмя проводниками работает по принципу совпадения токов. Направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации. Через кольцо проходят четыре провода: два провода возбуждения X и Y и провод запрета Z под углом 45°; и провод считывания S под углом 90°. Для считывания значения бита, на провода возбуждения подаётся импульс тока таким образом, что сумма токов через отверстие сердечника приводит к тому, что намагниченность кольца принимает определённое направление независимо от того, какое направление она имело до этого. Процесс считывания разрушает сохранённую информацию, следовательно после считывания бита, его необходимо повторно записать. Для записи, на провода возбуждения подаётся импульс тока в обратном направлении, и намагниченность сердечника меняет направление. Однако если при этом в другом направлении подаётся ток на провод запрета, то суммы токов через кольцо недостаточно, чтобы изменить намагниченность сердечника, и она остаётся такой же, как после считывания. Матрица памяти состоит из N² кольцеобразных сердечников нанизанных на пересечения перпендикулярных проводов возбуждения X1…XN и Y1…YN. Через все сердечники проплетается один провод считывания и один провод запрета. Таким образом, матрица позволяет считывать или записывать биты только последовательно. Силу тока в проводах возбуждения и материал сердечника подбирают так, чтобы тока через один провод не хватило бы для изменения намагниченности сердечника. Другие вариантыСуществовали и другие варианты ферритовой памяти, отличающиеся как и по проводке, так и по конфигурации сердечников. Например, функции считывания и запрета можно было совместить в один провод. В некоторые компьютеры например, в Packard Bell 440 и в некоторые ЭВМ семейства БЭСМ ставили память не с кольцеобразными сердечниками, а с биаксами. У биакса было два перпендикулярных отверстия; через одно проходил провод считывания, через другое провод записи. Просмотров: 3552 |
Память на магнитных сердечниках (англ. magnetic core memory) или ферритовая память (англ. ferrite memory) — запоминающее устройство, хранящее информацию в виде направления намагниченности небольших ферритовых сердечников, обычно имеющих форму кольца. Ферритовые кольца расставлялись в прямоугольную матрицу и через каждое кольцо проходило, в зависимости от конструкции запоминающего устройства, от двух до четырёх проводов для считывания и записи информации. Память на магнитных сердечниках была основным типом компьютерной памяти с середины 1950-х и до середины 1970-х годов.
Содержание
|
Существовало несколько вариантов памяти на магнитных сердечниках.
Основная статья: Биакс
Биакс (от лат. bi- «два» и axis — ось) — ферритовый сердечник с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями. Считывание информации с биакса осуществляется без разрушения информации, таким образом не требуется время на её восстановление. Использовался в некоторых ЭВМ семейства БЭСМ.
Схема с кольцеобразными сердечниками и четырьмя проводниками работает по принципу совпадения токов.
Направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации. Через кольцо проходят четыре провода: два провода возбуждения X и Y и провод запрета Z под углом 45°; и провод считывания S под углом 90°. Для считывания значения бита, на провода возбуждения подаётся импульс тока таким образом, что сумма токов через отверстие сердечника приводит к тому, что намагниченность кольца принимает определённое направление независимо от того, какое направление она имело до этого. Значение бита можно определить, измерив ток на проводе считывания: если намагниченность сердечника изменилась, то в проводе считывания возникает индукционный ток.
Процесс считывания (как и в запоминающей ЭЛТ) разрушает сохранённую информацию, следовательно после считывания бита, его необходимо повторно записать.
Для записи, на провода возбуждения подаётся импульс тока в обратном направлении, и намагниченность сердечника меняет направление (относительно того, которое она имеет после считывания).
Однако если при этом в другом направлении подаётся ток на провод запрета, то суммы токов через кольцо недостаточно, чтобы изменить намагниченность сердечника, и она остаётся такой же, как после считывания.
Матрица памяти состоит из N² кольцеобразных сердечников нанизанных на пересечения перпендикулярных проводов возбуждения X 1…XN и Y1…YN. Через все сердечники проплетается один провод считывания и один провод запрета. Таким образом, матрица позволяет считывать или записывать биты только последовательно.
Силу тока в проводах возбуждения и материал сердечника подбирают так, чтобы тока через один провод не хватило бы для изменения намагниченности сердечника. Это необходимо поскольку на один провод возбуждения нанизано несколько десятков сердечников, а менять направление намагниченности нужно только в одном из них. Следует отметить, что минимальная сила тока, которая может изменить намагниченность сердечника, зависит от температуры сердечника.
Производители компьютерной техники решали эту проблему по-разному. Компьютеры серии PDP фирмы DEC регулировали силу тока возбуждения при помощи термистора. В компьютерах IBM матрицы памяти помещались в воздушную «духовку» или в масляную ванну
Существовали и другие варианты ферритовой памяти, отличающиеся как и по проводке, так и по конфигурации сердечников. Например, функции считывания и запрета можно было совместить в один провод.
В некоторые компьютеры — например, в Packard Bell 440 и в некоторые ЭВМ семейства БЭСМ — ставили память не с кольцеобразными сердечниками, а с биаксами. У биакса было два перпендикулярных отверстия; через одно проходил провод считывания, через другое — провод записи. Такая схема позволяла прочесть бит без разрушения информации.[2]
Идея запоминающего устройства в виде матрицы ферритовых сердечников впервые возникла в 1945 году у Джона Преспера Экерта, одного из создателей ЭНИАКа.
Его отчёт широко циркулировал среди американских компьютерных специалистов. В 1949 году Ван Ань и Во Вайдун — молодые сотрудники Гарвардского университета китайского происхождения — изобрели сдвиговый регистр на магнитных сердечниках (Ван назвал его «устройством, управляющим передачей импульсов» — pulse transfer controlling device) и принцип «запись — считывание — восстановление», который позволил использовать сердечники, у которых процесс считывания разрушает информацию. В октябре 1949 года Ван подал заявку на патент, и получил его в 1955 году.[3] К середине 1950-х память на магнитных сердечниках уже получила широкое распространение. Ван подал в суд на IBM, и IBM пришлось выкупить патент у Вана за $500 000.
Тем временем, Джей Форрестер в Массачусетском технологическом институте работал над компьютерной системой Whirlwind («Вихрь»). Изначальные планы использовать память на матрице запоминающих ЭЛТ к успеху не привели. В 1949 году, также как и у Вана, у Форрестера возникла идея о памяти на магнитных сердечниках.
Согласно утверждениям самого Форрестера, он пришел к этому решению независимо от Вана. В марте 1950 года Форрестер со своей командой разработал ферритовую память, работающую по принципу совпадения токов; предложенная им схема с четырьмя проводами — X, Y, считывание, запрет — стала общепринятой (см. описание выше). В мае 1951 года Форрестер подал заявку на патент, и получил его в 1956 году.[4]
В 1970 году Intel выпустила память DRAM на полупроводниковой микросхеме. В отличие от памяти на магнитных сердечниках, память на микросхемах не требовала мощного источника питания при работе и кропотливого ручного труда при производстве, а её ёмкость росла экспоненциально согласно закону Мура. Таким образом в 1970-х годах память на магнитных сердечниках была вытеснена из рынка.
Однако, в отличие от полупроводников, магнитные сердечники не боялись радиации и ЭМИ, и поэтому память на магнитных сердечниках некоторое время продолжали использовать в военных и космических системах — в частности, её использовали в бортовых компьютерах Шаттлов до 1991 года.
[5]
Следы эпохи повсеместного распространения ферритовой памяти остались в компьютерном термине core dump (букв. «распечатка содержимого сердечников»). В современных Unix- и Linux-системах так называется файл, в который операционная система для отладки сохраняет содержимое рабочей памяти процесса.
Проверено 28 июня 2009. работа.
Когда вы пропускаете ток через сердечник, он создает круговое магнитное поле в сердечнике. Если ток достаточно высок, сердечник будет сохранять постоянную намагниченность как по часовой, так и по часовой стрелке. полярность против часовой стрелки. Итак, вуаля! Можно сказать, что одно направление представляет 0, другое — 1, и у нас есть один бит памяти.
Так как же тогда мы можем прочитать бит, хранящийся в ядре? Ответ в том, что мы можем пропустить второй провод
через жилу: провод SENSE. Затем мы можем записать 0 в ядро, и пока мы это делаем, мы можем
понаблюдайте за проводом SENSE, чтобы увидеть, какое напряжение генерируется на проводе SENSE 1 .
В любое время
происходит изменение магнитного поля, в проводе SENSE индуцируется напряжение. Если мы выберем правильный
ферритовый материал, затем, когда все маленькие магнитные домены внутри феррита переключают направление
— т.е. когда ток в направлении «0» подается на феррит, намагниченный в направлении «1»
направлении — будет большое и внезапное изменение магнитного поля, которое мы можем видеть в
проволока. Если феррит уже был намагничен в направлении «0», то мы ожидаем не увидеть большого
изменение магнитного поля, и поэтому мы ожидаем, что не увидим импульс на проводе SENSE
Но, конечно, прохождение тока может вызвать некоторое изменение поля, независимо от ферритов выравнивание, и не все ферриты одинаково хорошо подходят для этого приложения.
Один из наиболее распространенных способов описания поведения различных ферромагнитных материалов основан
на «кривой гистерезиса». Ее также иногда называют «кривой BH»._%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0.jpg)
Вместо того, чтобы писать свои
плохое описание этого, я просто укажу на пару статей, которые, я думаю, принесут пользу
работа по описанию того, что такое кривая B-H:
Для хорошей памяти мы хотим, чтобы небольшой ток, подаваемый на намагниченный сердечник, генерировал относительно небольшое изменение в магнитном поле, но когда противодействующий ток превышает порог, мы хотим, чтобы поле, чтобы быстро переключиться на противоположное значение. Глядя на кривую B-H, это означает, что мы хотим, чтобы она быть относительно плоской сверху и снизу, относительно широкой (т.е. высокой коэрцитивной силой) с резкими углы и большой наклон при переходе между значениями +/- B.
Я собрал данные для трех разных ферритовых сердечников:
| Сокращенное обозначение | Номер детали | Описание |
|---|---|---|
| F35 | 35T0100-00P | Изготовлено Laird, доступно на Digikey |
| F25 | 25T0135-60P | Сделано Laird, доступно на Digikey |
| BU | Н/Д | Найдено на ebay, поставляется из Болгарии. Насколько я могу судить, это очень старый излишек ферритов, созданных для оперативной памяти 9.0046 |
Техническое описание двух ферритов от digikey не включает полную кривую B-H, но имеет таблица, которая дает вам некоторое представление о его форме. Для начала вы можете увидеть, что отношение насыщение до остаточной плотности потока у F25 ниже, чем у F35, что предполагает более плоский верх. кривой. Во-вторых, коэрцитивная сила гораздо выше, поэтому можно ожидать, что она будет шире. Только исходя из этого, я ожидаю, что F25 будет лучшим вариантом, и действительно экспериментально я обнаружил, что он быть значительно лучше.
Болгарский феррит — самый маленький и, что неудивительно, лучше всего подходит для основной памяти. использовать, поскольку это было предположительно разработано с этой целью. У меня нет даташита на него, но они доступны на ebay по довольно низкой цене:
Для первоначального тестирования я заказал простую пользовательскую печатную плату.
Как видно на фото, эта плата
подвергся большому количеству взломов: добавление и удаление соединений, замена резисторов и т. д. во время
процесс.
Я использовал микроконтроллер AVR для запуска небольшого тестового шаблона, который я использовал для сбора всех данных. представлены здесь. Шаблон представляет собой просто прямой импульс, прямой импульс, обратный импульс, обратный импульс, длительная задержка, повторяющаяся бесконечно. Теперь я могу активировать прицел на первом текущем крае и посмотреть примеры переворота намагниченности феррита и не переворота намагниченности рядом с каждым другой.
В основном я использовал два типа импульсов тока: один с медленным фронтом и один с быстрым
край. Быстрый край больше отражает то, как ядро будет работать в конечной памяти.
дизайн, но медленный фронт также полезен, потому что он позволяет построить кривую B-H для ферритов.
на основании замеров объема. Это не идеально; Я думаю, что более медленное изменение тока было бы
предпочтительнее для измерения кривых B-H.
Но на данный момент, во всяком случае, это то, что у меня есть.
Главное, что мы хотим от этих последовательностей, это иметь возможность четко и легко различать между ответным импульсом, когда феррит перевернут, и когда он не перевернут, и, как вы можете видеть, на графиках ниже между ними есть довольно существенная разница.
Это был первый феррит, с которым я работал, и я должен признать, что был очень взволнован, увидев какой-либо вид феррита. разницы между листать и не листать. Но на самом деле разница не так заметна, как кому-то может понравиться.
F25 был явно лучше. Отношение импульсного напряжения SENSE к непереключаемому отношение сигнал/шум, если угодно — 3 к 1. Вероятно, работоспособно.
Цель производства болгарского феррита превосходит все остальные. вообще почти нет ответа
к току, пока магнитная полярность материала не изменится, а затем произойдет сильный
пульс.
Поскольку напряжение SENSE пропорционально скорости изменения магнитного поля, дБ/dt, вы можете интегрируйте его, чтобы получить общее магнитное поле как функцию времени, а затем вы можете построить график BH изгиб. Эти кривые имеют немного странную форму, в первую очередь из-за того, что ток меняется слишком быстро с текущей настройкой драйвера, которая у меня есть. В ответе есть элемент времени. феррит, потому что внутренние магнитные домены не могут перевернуться мгновенно, даже если вы приложенный ток почти делает. Тем не менее, кривые по-прежнему хорошо показывают, насколько поле B изменяется, когда вы подаете второй импульс в том же направлении, что и оно, уже поляризованное.
Я не проводил исчерпывающего поиска, но не смог найти ни одного феррита, имеющегося в настоящее время на рынке.
ядер, которые больше подходили для основной памяти, чем F25. Болгарский избыточный феррит
меньше, требует более низкого управляющего тока для переключения и имеет почти идеальную кривую гистерезиса для
приложение.
Требуемый ток также является важным фактором. Всего требуется около 400 мА.
ток на переворот феррита БУ, и около 1,5А на переворот феррита Ф25.
Далее я построил 64-битный массив с использованием феррита BU, о котором вы можете прочитать здесь.
Сноски
Core64 объединяет аутентичную основную память и светодиоды уникальным и интерактивным способом. Core memory — это технология магнитной памяти 60-х и 70-х годов. Он использовался в навигационных компьютерах Apollo и нескольких других практичных приложениях. Он сделан из крошечных колец из ферритового материала, которые могут быть намагничены в одной из двух полярностей: по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Поляризации присваивается двоичный статус «0» или «1», и полярность может быть записана и считана обратно в компьютер. Эта фундаментальная черта делает Core Memory пригодным для использования в качестве RAM или ROM. Дополнительным преимуществом является постоянная полярность — ядрам не требуется питание для поддержания полярности. Это похоже на более современные формы магнитной памяти, такие как дискеты и жесткие диски. В наборе Core64 основная память видна как массив проводов, подвешенных над многоцветными светодиодами. Стилус имеет магнит на кончике, который позволяет взаимодействовать со светодиодами посредством основной памяти. На практике вы можете думать об этом как о магнитном сенсорном экране.
Комплект Core64 включает в себя гораздо больше функций и предоставляет широкие возможности для интерактивного обучения и творческого расширения. С этим набором открывается широкий спектр экспериментов — вы можете думать о нем как о наборе разработчика для основной памяти!
Моё видео распаковки и обзора здесь.
Здесь у Youtuuba гораздо более подробный обзор комплекта.
Видео введение и предыстория на YouTube.
Журнал сборки проекта находится на Hackaday.io.
Характеристики:
64 бита аутентичной основной памяти (вы можете создать ее самостоятельно — здесь это самая существенная часть концепции «набора»)
64 RGB LED Matrix (WS2813)
4 датчика Холла (настраивается пользователем)
Логическая плата с Arduino-совместимым Teensy 3.2 (32-разрядная версия NXP Cortex-M4 72 МГц)
4x «AAA» батареи и держатель
Монитор напряжения батареи
Все линии привода матрицы, рельсы мощности и чувственные выходы легко доступны и взломан
встроенный автоматическое переключение в темный режим
Дополнительное пользовательское расширение:
Generic I2C OLED (64×128 или 128×128)
Sparkfun TeensyView SPI OLED ( 32×128)
Порт Sparkfun QWIIC (много аксессуаров)
Плата Adafruit MicroSD
Adafruit LiPo и зарядное устройство
Adafruit 1,3-дюймовый OLED-дисплей с картой microSD слот
Порт SAO, количество 2
У вас есть отзывы или идеи? Пожалуйста, поделитесь ими с помощью опроса ниже.
Это необходимо поскольку на один провод возбуждения нанизано несколько десятков сердечников, а менять направление намагниченности нужно только в одном из них. Следует отметить, что минимальная сила тока, которая может изменить намагниченность сердечника, зависит от температуры сердечника. Производители компьютерной техники решали эту проблему по-разному. Компьютеры серии PDP фирмы DEC регулировали силу тока возбуждения при помощи термистора. В компьютерах IBM матрицы памяти помещались в воздушную «духовку» или в масляную ванну в которой поддерживалась постоянная высокая температура.
Такая схема позволяла прочесть бит без разрушения информации.