صور من مجموعة المؤلف1. التاريخ
ذاكرة الفقاعة ، أو الذاكرة على المجالات المغناطيسية الأسطوانية ، هي ذاكرة غير متطايرة طورها Bell Labs في عام 1967 من قبل أندرو بوبيك. أظهرت الدراسات أن المجالات المغناطيسية الأسطوانية الصغيرة تتشكل في أفلام رقيقة أحادية البلورة من الفريت والعقيق ، عندما يتم توجيه مجال مغناطيسي قوي بما فيه الكفاية عموديًا على سطح الفيلم. عن طريق تغيير المجال المغناطيسي ، يمكنك تحريك هذه الفقاعات. هذه الخصائص تجعل الفقاعات المغناطيسية أداة مثالية لبناء تخزين متسلسل للبتات ، مثل سجل الإزاحة ، حيث يعني وجود أو عدم وجود فقاعة في موضع معين قيمة صفرية أو قيمة بت واحدة. يبلغ قطر الفقاعة أعشار ميكرون ، حيث يمكن لشريحة واحدة تخزين آلاف بتات البيانات. على سبيل المثال ، في ربيع عام 1977 ، قدمت Texas Instruments لأول مرة شريحة 92304 بت في السوق. هذه الذاكرة غير متقلبة ، مما يجعلها تبدو وكأنها شريط مغناطيسي أو قرص ، ولكن نظرًا لأنها حالة صلبة ولا تحتوي على أجزاء متحركة ، فإنها تتمتع بموثوقية أكبر من الشريط أو القرص ، ولا تحتاج إلى صيانة ، كما أن أبعادها ووزنها أصغر كثيرًا ، ويمكن استخدامها في الأجهزة المحمولة.
اقترح أندرو بوبيك ، المخترع الأصلي لذاكرة الفقاعات ، نسخة "أحادية البعد" للذاكرة ، في شكل خيط يتم فيه تجويف شريط رفيع من المادة المغناطيسية. مثل هذه الذاكرة كانت تسمى "twistor" ، وتم إنتاجها حتى في سلسلة ، ولكن سرعان ما تم استبدالها بنسخة "ثنائية الأبعاد".
يمكنك التعرف على تاريخ إنشاء ذاكرة الفقاعة في [1-3].
2. مبدأ العمل
أنا هنا أطلب منك أن تسامحني ، فأنا لست فيزيائيًا ، لذا فإن العرض التقديمي سيكون تقريبيًا للغاية.
بعض المواد (على سبيل المثال ، العقيق الجادولينيوم الغاليوم) لها خاصية التمغنط في اتجاه واحد فقط ، وإذا تم تطبيق مجال مغناطيسي ثابت على طول هذا المحور ، فإن المناطق الممغنطة ستشكل شيئًا مثل الفقاعات ، كما هو موضح في الشكل أدناه. كل فقاعة لا يتجاوز قطرها بضعة ميكرونات.
لنفترض أن لدينا طبقة رقيقة ، في حدود 0.001 بوصة ، فيلم بلوري لمثل هذه المواد المودعة على مادة غير مغناطيسية ، مثل الزجاج ، الركيزة.
الأمر كله يتعلق بالفقاعات السحرية. صورة على اليسار - لا يوجد مجال مغناطيسي ، صورة على اليمين - يتم توجيه المجال المغناطيسي عموديًا على سطح الفيلم.إذا تم تشكيل نمط من مادة مغناطيسية ، على سبيل المثال ، permalloy ، وهي سبيكة من النيكل الحديدي ، على سطح فيلم لمثل هذه المواد ، فإن الفقاعات سوف تكون ممغنطة لعناصر هذا النمط. عادة ما تستخدم على شكل حرف T أو شكل V.
يمكن تشكيل فقاعة واحدة بواسطة حقل مغناطيسي من 100-200 Oersted ، والذي يتم تطبيقه بشكل عمودي على الفيلم المغناطيسي ويتم إنشاؤه بواسطة مغناطيس دائم ، كما يتيح لك المجال المغناطيسي الدوار الذي يتكون من ملفين في اتجاهات XY نقل فقاعات المجال من "جزيرة" مغناطيسية إلى أخرى ، مثل هذا هو مبين في الشكل. بعد تغيير أربعة أضعاف في اتجاه المجال المغناطيسي ، ينتقل المجال من جزيرة إلى أخرى.
كل هذا يتيح لنا النظر في جهاز CMD كسجل تحويل. إذا قمنا بتكوين فقاعات في أحد طرفي السجل واكتشفناها من جهة أخرى ، فيمكننا عندئذٍ إطلاق نمط معين من الفقاعات في دائرة واستخدام النظام كجهاز تخزين وقراءة وكتابة بتات في نقاط معينة في الوقت المناسب.
مزايا وعيوب الذاكرة على CMD تتبع من هنا: الميزة هي عدم التذبذب (طالما تم تطبيق الحقل العمودي الذي تم إنشاؤه بواسطة المغناطيس الدائم ، لن تختفي الفقاعات في أي مكان ولن تتحرك من مواقعها) ، والعيب هو وقت الوصول الطويل ، لأن للوصول إلى بت تعسفي ، تحتاج إلى التمرير سجل التحويل بأكمله إلى الموضع المطلوب ، وكلما طال أمده ، والمزيد من الدورات سيستغرق.
نمط العناصر المغناطيسية على الشريط المغناطيسي CMD.يُطلق على إنشاء مجال مغنطيسي بالإنجليزية "nucleation" ويتألف من حقيقة أن تيارًا يتألف من عدة مئات من المللي أمبير يطبق على الملء لفترة تصل إلى حوالي 100 نانوثانية ، ويتم إنشاء مجال مغناطيسي عموديًا على الفيلم ومقابل مجال المغناطيس الدائم. وهذا يخلق "فقاعة" مغناطيسية - مجال مغناطيسي أسطواني في الفيلم. تعتمد العملية ، للأسف ، بدرجة كبيرة على درجة الحرارة ، وقد تفشل عملية الكتابة إذا لم تتشكل الفقاعة ، أو تتشكل فقاعات متعددة.
تستخدم العديد من التقنيات لقراءة البيانات من الفيلم.
إحدى طرق القراءة غير المدمرة هي اكتشاف مجال مغناطيسي ضعيف للمجال الأسطواني باستخدام مستشعر مغناطيسي مقاوم.
الطريقة الثانية هي القراءة المدمرة. يتم تحويل الفقاعة إلى مسار خاص للجيل / الكشف يتم فيها تدمير الفقاعة عن طريق جذب المواد في الاتجاه الأمامي. إذا كانت المادة ممغنطة في الاتجاه المعاكس ، أي كانت الفقاعة موجودة ، فسوف يتسبب ذلك في تيار أكبر في الملف ، ويتم اكتشاف ذلك بواسطة الدائرة الإلكترونية. بعد ذلك ، يجب إعادة إنشاء الفقاعة على مسار تسجيل خاص.
ومع ذلك ، إذا تم تنظيم الذاكرة كصفيف مستمر واحد ، فسيكون لها عيبان رئيسيان. أولاً ، سيكون وقت الوصول طويلاً للغاية. ثانياً ، سيؤدي الخلل الوحيد في السلسلة إلى عدم التشغيل الكامل للجهاز بأكمله. لذلك ، يصنعون ذاكرة منظمة في شكل مسار رئيسي واحد ، والعديد من المسارات الفرعية ، كما هو موضح في الشكل.
ذاكرة فقاعة مع مسار واحد مستمر
ذاكرة الفقاعة مع مسارات السيد / العبدلا يتيح تكوين الذاكرة هذا تقليل وقت الوصول إلى حد كبير فحسب ، ولكنه يسمح أيضًا بإصدار أجهزة ذاكرة تحتوي على عدد من المسارات التالفة. يجب أن تأخذها وحدة التحكم في الذاكرة في الاعتبار وتجاوزها أثناء عمليات القراءة / الكتابة.
يوضح الشكل أدناه قسمًا من "شريحة" ذاكرة الفقاعة.
يمكنك أيضًا أن تقرأ عن مبدأ عمل ذاكرة الفقاعة في [4 ، 5].
3. إنتل 7110
Intel 7110 - وحدة ذاكرة الفقاعة ، MBM (ذاكرة الفقاعة المغناطيسية) بسعة 1 ميجابايت (1048576 بت). هو الذي يصور على KDPV. 1 ميغابت هي سعة تخزين بيانات المستخدم ، مع الأخذ في الاعتبار المسارات الزائدة ، والسعة الكاملة هي 1310720 بت. يحتوي الجهاز على 320 حلقة بسعة 4096 بت لكل منها ، ولكن فقط 256 منها تستخدم لبيانات المستخدم ، والباقي احتياطي لاستبدال المسارات "الضاربة" ولتخزين كود تصحيح الأخطاء الزائد. يحتوي الجهاز على بنية "المسارات الرئيسية للمرؤوسين" (حلقة رئيسية صغيرة المسار). توجد معلومات حول المسارات النشطة في مسار تشغيل منفصل (حلقة التمهيد). على KDPV ، يمكنك رؤية الكود السداسي عشري مطبوعًا مباشرةً على الوحدة النمطية. هذه خريطة للمسارات "المعطلة" ، 80 رقمًا سداسيًا عشريًا تمثل 320 مسارًا للبيانات ، وتمثل المسارات النشطة ببت واحد ، وتمثل البتات غير النشطة صفرًا.
يمكنك قراءة الوثائق الأصلية للوحدة في [7].
يحتوي الجهاز على علبة بها ترتيب ثنائي الصفوف من المحطات الطرفية ويتم تركيبه بدون لحام (في المقبس).
يظهر هيكل الوحدة في الشكل:
تنقسم مجموعة الذاكرة إلى قسمين "نصفين" (نصفين) ، كل قسم ينقسم إلى "ربعين" (كواد) ، ولكل ربعه 80 مسارًا ثانويًا. تحتوي الوحدة على صفيحة تحتوي على مادة مغناطيسية موجودة داخل لفين متعامدين تخلق مجالًا مغناطيسيًا دائريًا. للقيام بذلك ، يتم توفير إشارات التيار الثلاثي على شكل لفات ، تعويض 90 درجة بالنسبة لبعضها البعض. يتم وضع مجموعة اللوحة واللفات بين المغناطيس الدائم وتوضع في شاشة مغناطيسية ، مما يغلق التدفق المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم ويحمي الجهاز من الحقول المغناطيسية الخارجية. يتم وضع اللوحة بزاوية 2.5 درجة ، مما يخلق مجالًا صغيرًا للتحيز موجهًا على طول الميل. هذا الحقل لا يكاد يذكر مقارنةً بمجال الملفات ، ولا يتداخل مع حركة الفقاعات أثناء تشغيل الجهاز ، لكنه ينقل الفقاعات إلى مواقع ثابتة بالنسبة لعناصر permaloy عند إيقاف تشغيل الجهاز. يدعم المكون العمودي القوي للمغناطيس الدائم وجود المجالات المغناطيسية للفقاعات.
تحتوي الوحدة على العقد التالية:
- حفظ المسارات. مباشرة تلك المسارات من عناصر permalloy التي تحمل وتوجه الفقاعات.
- مولد النسخ المتماثل. يخدم لتكرار الفقاعة ، والتي تتواجد باستمرار في موقع التوليد.
- مسار الإدخال وتبادل العقد. فقاعات ولدت تتحرك على طول مسار الإدخال. فقاعات الانتقال إلى واحد من 80 المسارات التابعة.
- مسار الإخراج وعقدة النسخ المتماثل. يتم طرح فقاعات من مسارات البيانات دون كسرها. يتم تقسيم الفقاعة إلى قسمين ، ويتم إرسال أحدهما إلى مسار الإخراج.
- كاشف. فقاعات من مسار الإخراج تقع في كاشف المغنطيسية.
- مسار التمهيد. يحتوي مسار التمهيد على معلومات حول مسارات البيانات النشطة وغير النشطة.
أدناه سننظر في هذه العقد بمزيد من التفاصيل. يمكنك أيضًا قراءة وصف هذه العقد في [6].
جيل الفقاعة
لإنشاء فقاعة ، في بداية مسار الإدخال ، يوجد موصل منحني على شكل حلقة صغيرة. يتم تطبيق نبضة حالية عليها ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا أقوى في منطقة صغيرة جدًا من مجال المغناطيس الدائم. تخلق النبضة فقاعة في هذا المكان ، والتي تظل ثابتة ، مدعومة بحقل مغناطيسي ثابت ، وتدور على طول العنصر الثابت تحت تأثير مجال مغناطيسي دوار. إذا احتجنا إلى كتابة وحدة في الذاكرة ، فإننا نعطي نبضة قصيرة للحلقة الموصلة ، ونتيجة لذلك يولد فقاعتان (يشار إليهما في الصورة كبذرة انقسام الفقاعة الفقاعية). تندفع إحدى الفقاعات عن طريق حقل دوار على طول المسار الثابت ، ويبقى الثاني في مكانه ويكتسب بسرعة حجمه الأصلي. ثم ينتقل إلى أحد المسارات الثانوية ، ويغير الأماكن باستخدام فقاعة تنتشر فيها. هو ، بدوره ، يصل إلى نهاية مسار الإدخال ويختفي.
تبادل الفقاعة
يحدث تبادل الفقاعات عندما يتم تطبيق نبض تيار مستطيل على الموصل المقابل. لا يوجد فصل للفقاعة إلى قسمين.
قراءة البيانات
يتم إرسال البيانات إلى مسار الإخراج بتكرارها ، وتستمر في التداول في مسارها بعد القراءة. وبالتالي ، يتم تطبيق طريقة القراءة غير المدمرة في هذا الجهاز. للنسخ المتماثل ، يتم توجيه الفقاعة أسفل عنصر permalloy المستطيل ، والذي يمتد تحته. هناك أيضًا موصل على شكل حلقة في الأعلى ، إذا تم تطبيق نبضة حالية على الحلقة ، سيتم تقسيم الفقاعة إلى قسمين. يتكون نبض التيار من قسم قصير ذو قوة تيار كبيرة من أجل تقسيم الفقاعة إلى جزأين ، وقسم أطول ذو قوة تيار منخفضة ، لتوجيه الفقاعة إلى مسار الإخراج.
في نهاية مسار الخروج ، يوجد كاشف للفقاعات ، وهو جسر مقاوم للمغناطيس مصنوع من عناصر permalloy تشكل سلسلة طويلة. عندما تقع فقاعة مغنطيسية تحت عنصر permalloy ، تتغير مقاومتها ، ويظهر فرق محتمل للعديد من الميلي فولتات عند إخراج الجسر. يتم تحديد شكل عناصر permalloy بحيث تتحرك الفقاعة على طولها ، وفي النهاية تقع على إطار "واقي" خاص وتختفي.
وفرة
يحتوي الجهاز على 320 مسارًا ، كل منها 4096 بت. 272 منهم نشطون ، 48 منهم غير نشطين.
حلقة التمهيد
يحتوي الجهاز على 320 مسار بيانات ، منها 256 مخصصة لتخزين بيانات المستخدم ، قد يكون الباقي معطلاً أو قد يكون بمثابة قطع غيار بديلة لتحل محل المسارات المعطلة. يحتوي مسار إضافي واحد على معلومات حول استخدام مسارات البيانات ، 12 بت لكل مسار. عند تزويد النظام بالطاقة ، يجب تهيئة الجهاز. أثناء عملية التهيئة ، يجب على وحدة التحكم قراءة مسار التمهيد ، وكتابة المعلومات منه إلى السجل الخاص بمستشعر رقاقة التنسيق الحالي. ثم سوف تستخدم وحدة التحكم المسارات النشطة فقط ، وسيتم تجاهل غير نشط ، ولن يتم تسجيلها.
مستودع البيانات - الهيكل
من وجهة نظر المستخدم ، يتم تخزين البيانات في 2048 صفحة من 512 بت لكل منهما. يتم تخزين 256 بايت من البيانات و 14 بت من رمز تصحيح الأخطاء و 2 بت غير مستخدمة في كل نصف الجهاز.
تصحيح الخطأ
يمكن اكتشاف الأخطاء وتصحيحها باستخدام شريحة استشعار الحالية التي تحتوي على وحدة فك ترميز رمز 14 بت الذي يصحح خطأ رشقة واحدة في كل كتلة من 270 بت (بما في ذلك الرمز نفسه). يتم إلحاق الرمز في نهاية كل كتلة 256 بت. يمكن استخدام رمز التصحيح أو عدم استخدامه ، بناءً على طلب المستخدم ، يمكن تشغيل أو إيقاف تشغيل فحص الرمز في وحدة التحكم. إذا لم يتم استخدام الكود ، يمكن استخدام كل 270 بت لبيانات المستخدم.
وقت الوصول
يدور المجال المغناطيسي بتردد 50 كيلو هرتز. يبلغ متوسط وقت الوصول إلى أول جزء من الصفحة الأولى 41 مللي ثانية ، وهو نصف الوقت المطلوب لإكمال الدورة على المسار بالإضافة إلى الوقت الذي يستغرقه الخروج من المسار.
320 من المسارات النشطة وقطع الغيار تنقسم إلى أربعة أجزاء مع 80 مسار لكل منهما. مثل هذه المنظمة يقلل من وقت الوصول. يتم تناول الأحياء في أزواج: كل زوج من الأرباع يحتوي على بتات زوجية وفردية من الكلمة ، على التوالي. يحتوي الجهاز على أربعة مسارات إدخال مع أربع فقاعات أولية ، وأربعة مسارات إخراج. تستخدم مسارات الإخراج كاشفين ؛ يتم تنظيمهما بطريقة لا تقع قطعتان من مسارين في نفس الوقت في كاشف واحد. وبالتالي ، يتم مضاعفة أربعة تدفقات الفقاعة وتحويلها إلى تدفقات بت اثنين وتخزينها في سجلات رقاقة الاستشعار الحالية. هناك ، يتم مضاعفة محتويات السجلات مرة أخرى ومن خلال الواجهة التسلسلية تدخل وحدة التحكم.
في الجزء الثاني من المقال ، سنبحث بمزيد من التفصيل دوائر وحدة تحكم ذاكرة الفقاعة.
4. المراجع
وجد المؤلف في أحلك أركان الشبكة وحفظ لك ثروة من المعلومات التقنية المفيدة حول الذاكرة على CMD وتاريخها والجوانب الأخرى ذات الصلة:
1.
https://old.computerra.ru/vision/621983/ - ذاكرتين للمهندس بوبك
2.
https://old.computerra.ru/vision/622225/ - ذاكرتين للمهندس بوبك (الجزء الثاني)
3.
http://www.wikiwand.com/ar/Bubble_memory - ذاكرة الفقاعة
4.https: //cloud.mail.ru/public/3qNi/33LMQg8Fn تكييف ذاكرة الفقاعة المغناطيسية في بيئة الحواسيب الصغيرة القياسية
5.
https://cloud.mail.ru/public/4YgN/ujdGWtAXf - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6.
https://cloud.mail.ru/public/4PRV/5qC4vyjLa - كتيب مكونات الذاكرة. إنتل 1983.
7.
https://cloud.mail.ru/public/4Mjv/41Xrp4Rii 7110 1-ميغابت فقاعة الذاكرة