बेलनाकार चुंबकीय डोमेन पर मेमोरी। भाग 1. काम का सिद्धांत

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1. इतिहास

बबल मेमोरी, या बेलनाकार चुंबकीय डोमेन पर मेमोरी, एक गैर-वाष्पशील मेमोरी है जिसे 1967 में एंड्रयू बोबेक द्वारा बेल लैब्स द्वारा विकसित किया गया था। अध्ययनों से पता चला है कि फेराइट और गार्नेट की एकल-क्रिस्टल पतली फिल्मों में छोटे बेलनाकार चुंबकीय डोमेन बनते हैं, जब एक पर्याप्त रूप से मजबूत चुंबकीय क्षेत्र फिल्म की सतह के लंबवत निर्देशित होता है। चुंबकीय क्षेत्र को बदलकर, आप इन बुलबुले को स्थानांतरित कर सकते हैं। इस तरह के गुण चुंबकीय बुलबुले को बिट्स के अनुक्रमिक भंडारण के निर्माण के लिए एक आदर्श उपकरण बनाते हैं, जैसे कि शिफ्ट रजिस्टर, जिसमें एक निश्चित स्थिति में बुलबुले की उपस्थिति या अनुपस्थिति का अर्थ शून्य या एकल बिट मान होता है। बबल व्यास एक माइक्रोन का दसवां हिस्सा है, एक चिप हजारों डेटा बिट्स को स्टोर कर सकता है। उदाहरण के लिए, 1977 के वसंत में, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने पहली बार बाजार में 92304-बिट चिप पेश की। यह मेमोरी गैर-वाष्पशील है, जो इसे एक चुंबकीय टेप या डिस्क की तरह दिखती है, लेकिन चूंकि यह ठोस अवस्था है और इसमें गतिमान हिस्से नहीं हैं, इसलिए इसमें टेप या डिस्क की तुलना में अधिक विश्वसनीयता है, इसे रखरखाव की आवश्यकता नहीं है, और इसमें बहुत छोटे आयाम और वजन भी है , और पोर्टेबल उपकरणों में इस्तेमाल किया जा सकता है।

बबल मेमोरी के मूल आविष्कारक, एंड्रयू बोबेक ने स्मृति के "एक-आयामी" संस्करण का प्रस्ताव किया, एक धागे के रूप में जिस पर फेरोमैग्नेटिक सामग्री की एक पतली पट्टी घाव है। ऐसी मेमोरी को "ट्विस्टर" कहा जाता था, और यहां तक ​​कि श्रृंखला में भी उत्पादित किया गया था, लेकिन जल्द ही इसे "दो-आयामी" संस्करण द्वारा बदल दिया गया था।

आप बुलबुला मेमोरी के निर्माण के इतिहास के साथ अपने आप को परिचित कर सकते हैं [1-3]।

2. क्रिया का सिद्धांत

यहां मैं आपको क्षमा करने के लिए कहता हूं, मैं भौतिक विज्ञानी नहीं हूं, इसलिए प्रस्तुति बहुत अनुमानित होगी।

कुछ सामग्रियों (उदाहरण के लिए, गैडोलीनियम-गैलियम गार्नेट) में केवल एक दिशा में चुंबकित होने की संपत्ति होती है, और यदि इस अक्ष के साथ एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो चुंबकीय क्षेत्र बुलबुले की तरह कुछ बनाएंगे, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। प्रत्येक बुलबुला व्यास में केवल कुछ माइक्रोन हैं।

मान लें कि हमारे पास 0.001 इंच के आदेश पर एक पतली है, एक गैर-चुंबकीय पर जमा की गई ऐसी सामग्री की क्रिस्टलीय फिल्म, उदाहरण के लिए, ग्लास, सब्सट्रेट।


यह सब जादू के बुलबुले के बारे में है। बाईं ओर की तस्वीर - कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं है, दाईं ओर की तस्वीर - चुंबकीय क्षेत्र फिल्म की सतह के लंबवत निर्देशित है।

यदि ऐसी सामग्री की एक फिल्म की सतह पर चुंबकीय सामग्री का एक पैटर्न बनता है, उदाहरण के लिए, पर्मलॉय, एक लोहे-निकल मिश्र धातु, तो इस पैटर्न के तत्वों को बुलबुले चुम्बकीय हो जाएंगे। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले टी-आकार या वी-आकार के पैटर्न हैं।

एक एकल बुलबुला 100-200 ओर्स्टेड के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बनाया जा सकता है, जिसे चुंबकीय फिल्म के लंबवत लगाया जाता है और एक स्थायी चुंबक द्वारा बनाया जाता है, और XY दिशाओं में दो कॉइल द्वारा गठित एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र आपको एक "चुंबकीय" द्वीप से दूसरे में डोमेन बुलबुले को स्थानांतरित करने की अनुमति देता है, जैसे यह चित्र में दिखाया गया है। चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में चार गुना परिवर्तन के बाद, डोमेन एक द्वीप से दूसरे तक जाता है।



यह सब हमें सीएमडी डिवाइस को शिफ्ट रजिस्टर के रूप में विचार करने की अनुमति देता है। यदि हम रजिस्टर के एक छोर पर बुलबुले बनाते हैं और दूसरे पर उनका पता लगाते हैं, तो हम एक सर्कल में बुलबुले के एक विशिष्ट पैटर्न को लॉन्च कर सकते हैं और कुछ समय में बिट्स के रूप में सिस्टम को स्टोरेज डिवाइस, पढ़ने और लिखने के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

सीएमडी पर स्मृति के फायदे और नुकसान यहां से आते हैं: लाभ गैर-अस्थिरता है (जब तक स्थायी मैग्नेट द्वारा बनाए गए लंबवत क्षेत्र को लागू किया जाता है, बुलबुले गायब नहीं होंगे और अपने स्थान से नहीं हटेंगे), और नुकसान लंबे समय तक पहुंच है, क्योंकि एक मनमाने ढंग से बिट तक पहुंचने के लिए, आपको पूरी शिफ्ट रजिस्टर को वांछित स्थिति में स्क्रॉल करना होगा, और जितनी देर होगी, उतने अधिक चक्र लगेंगे।


एक चुंबकीय टेप सीएमडी पर चुंबकीय तत्वों का पैटर्न।

एक चुंबकीय डोमेन के निर्माण को अंग्रेजी में "न्यूक्लिएशन" कहा जाता है, और इस तथ्य में शामिल है कि कई सौ मिलीमीटर के एक वर्तमान को लगभग 100 एनएम के समय के लिए घुमावदार पर लागू किया जाता है, और एक चुंबकीय क्षेत्र फिल्म के लिए लंबवत और स्थायी चुंबक के क्षेत्र के विपरीत बनाया जाता है। यह एक चुंबकीय "बुलबुला" बनाता है - फिल्म में एक बेलनाकार चुंबकीय डोमेन। प्रक्रिया, दुर्भाग्य से, तापमान पर अत्यधिक निर्भर है, अगर बबल नहीं बनता है, या कई बुलबुले बनते हैं, तो लेखन ऑपरेशन विफल हो सकता है।

फिल्म से डेटा पढ़ने के लिए कई तकनीकों का उपयोग किया जाता है।

एक गैर-विनाशकारी रीडिंग विधि एक मैग्नेटोरेसिस्टिव सेंसर का उपयोग करके एक बेलनाकार डोमेन के कमजोर चुंबकीय क्षेत्र का पता लगाने के लिए है।

दूसरा तरीका विनाशकारी पढ़ना है। बुलबुले को एक विशेष पीढ़ी / डिटेक्शन ट्रैक पर भेज दिया जाता है जिसमें आगे की दिशा में सामग्री को चुम्बकित करके बुलबुले को नष्ट कर दिया जाता है। यदि सामग्री को विपरीत दिशा में चुंबकित किया गया था, अर्थात, एक बुलबुला मौजूद था, तो इससे कुंडल में एक बड़ा प्रवाह पैदा होगा, और यह इलेक्ट्रॉनिक सर्किट द्वारा पता लगाया जाता है। उसके बाद, बुलबुले को एक विशेष रिकॉर्डिंग ट्रैक पर पुनर्जीवित किया जाना चाहिए।


हालाँकि, यदि मेमोरी को एकल निरंतर सरणी के रूप में व्यवस्थित किया जाता है, तो इसमें दो बड़ी कमियां होंगी। सबसे पहले, पहुंच का समय बहुत लंबा होगा। दूसरे, श्रृंखला में एकमात्र दोष पूरे डिवाइस की पूर्ण निष्क्रियता की ओर ले जाएगा। इसलिए, वे एक मुख्य ट्रैक, और कई अधीनस्थ पटरियों के रूप में एक मेमोरी का आयोजन करते हैं, जैसा कि आंकड़े में दिखाया गया है।


एक निरंतर ट्रैक के साथ बबल मेमोरी


मास्टर / दास पटरियों के साथ बुलबुला स्मृति

यह मेमोरी कॉन्फ़िगरेशन न केवल पहुंच के समय को काफी कम करने की अनुमति देता है, बल्कि कई दोषपूर्ण पटरियों वाले मेमोरी डिवाइस को भी जारी करने की अनुमति देता है। मेमोरी कंट्रोलर को उन्हें ध्यान में रखना चाहिए और पढ़ने / लिखने के संचालन के दौरान उन्हें बायपास करना चाहिए।

नीचे दिया गया आंकड़ा बुलबुला मेमोरी के "चिप" के एक हिस्से को दर्शाता है।



आप [४, ५] में बबल मेमोरी की क्रिया के सिद्धांत के बारे में भी पढ़ सकते हैं।

3. इंटेल 7110

इंटेल 7110 - 1 एमबी (1048576 बिट्स) की क्षमता के साथ बुलबुला मेमोरी, एमबीएम (चुंबकीय-बुलबुला मेमोरी) का मॉड्यूल। यह वह है जिसे केडीपीवी में दर्शाया गया है। 1 मेगाबाइट उपयोगकर्ता डेटा को संग्रहीत करने की क्षमता है, निरर्थक पटरियों को ध्यान में रखते हुए, पूरी क्षमता 1310720 बिट्स है। डिवाइस में प्रत्येक में 4096 बिट्स की क्षमता के साथ 320 लूप होते हैं, लेकिन उनमें से केवल 256 का उपयोग उपयोगकर्ता डेटा के लिए किया जाता है, बाकी "पीटा" पटरियों को बदलने और अनावश्यक त्रुटि सुधार कोड को संग्रहीत करने के लिए आरक्षित है। डिवाइस में "मुख्य ट्रैक-अधीनस्थ पटरियों" (प्रमुख ट्रैक-माइनर लूप) की वास्तुकला है। सक्रिय ट्रैक्स के बारे में जानकारी एक अलग बूट ट्रैक (बूटस्ट्रैप लूप) में निहित है। KDPV पर आप सीधे मॉड्यूल पर मुद्रित हेक्साडेसिमल कोड देख सकते हैं। यह "टूटी हुई" पटरियों का एक नक्शा है, 80 हेक्साडेसिमल अंक 320 डेटा पटरियों का प्रतिनिधित्व करते हैं, सक्रिय लोगों को एक बिट द्वारा दर्शाया जाता है, निष्क्रिय बिट्स शून्य द्वारा दर्शाए जाते हैं।

आप मॉड्यूल के लिए मूल दस्तावेज [7] में पढ़ सकते हैं।

डिवाइस में टर्मिनलों की दो-पंक्ति व्यवस्था के साथ एक मामला है और टांका लगाने (सॉकेट में) के बिना घुड़सवार है।

मॉड्यूल की संरचना चित्र में दिखाई गई है:



मेमोरी एरे को दो "आधे सेक्शन" (आधे सेक्शन) में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक को दो "क्वार्टर" (क्वैड्स) में विभाजित किया गया है, प्रत्येक क्वार्टर में 80 अधीनस्थ ट्रैक हैं। मॉड्यूल में दो ऑर्थोगोनल वाइंडिंग के अंदर स्थित चुंबकीय सामग्री के साथ एक प्लेट होती है जो एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। ऐसा करने के लिए, त्रिकोणीय आकार के वर्तमान संकेतों को विंडिंग को आपूर्ति की जाती है, एक दूसरे के सापेक्ष 90 डिग्री ऑफसेट। प्लेट और वाइंडिंग्स की असेंबली को स्थायी मैग्नेट के बीच रखा जाता है और चुंबकीय स्क्रीन में रखा जाता है, जो स्थायी मैग्नेट द्वारा उत्पन्न चुंबकीय प्रवाह को बंद कर देता है और डिवाइस को बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों से दूर कर देता है। प्लेट को 2.5 डिग्री के कोण पर रखा गया है, जो झुकाव के साथ निर्देशित एक छोटा पूर्वाग्रह क्षेत्र बनाता है। कॉइल्स के क्षेत्र की तुलना में यह क्षेत्र नगण्य है, और डिवाइस के संचालन के दौरान बुलबुले के संचलन में हस्तक्षेप नहीं करता है, लेकिन जब डिवाइस बंद हो जाता है, तो बुलबुले को पार्लियामेंट तत्वों के सापेक्ष निर्धारित स्थिति में स्थानांतरित कर देता है। स्थायी मैग्नेट का मजबूत लंबवत घटक बुलबुला चुंबकीय डोमेन के अस्तित्व का समर्थन करता है।



मॉड्यूल में निम्नलिखित नोड हैं:

1. याद रखने वाले ट्रैक। सीधे तौर पर उन परमलॉजिक तत्वों से ट्रैक होता है जो बुलबुले को पकड़ते हैं और निर्देशित करते हैं।
2. प्रतिकृति जनरेटर। बुलबुले की प्रतिकृति के लिए कार्य करता है, जो लगातार पीढ़ी स्थल पर मौजूद है।
3. इनपुट ट्रैक और एक्सचेंज नोड्स। उत्पन्न बुलबुले इनपुट ट्रैक के साथ चलते हैं। बुलबुले 80 अधीनस्थ पटरियों में से एक में जाते हैं।
4. आउटपुट ट्रैक और प्रतिकृति नोड। बुलबुले को टूटने के बिना डेटा पटरियों से घटाया जाता है। बुलबुले को दो भागों में विभाजित किया गया है, और उनमें से एक को आउटपुट ट्रैक पर भेजा जाता है।
5. डिटेक्टर। आउटपुट ट्रैक से बुलबुले मैग्नेटोरेसिस्टिव डिटेक्टर में आते हैं।
6. बूट ट्रैक। बूट ट्रैक में सक्रिय और निष्क्रिय डेटा ट्रैकों की जानकारी होती है।

नीचे हम इन नोड्स पर अधिक विस्तार से विचार करेंगे। आप इन नोड्स का वर्णन [6] में भी पढ़ सकते हैं।

बुलबुला पीढ़ी

एक बुलबुले उत्पन्न करने के लिए, इनपुट ट्रैक की बहुत शुरुआत में एक कंडक्टर होता है जो एक छोटे लूप के रूप में घुमावदार होता है। एक मौजूदा पल्स इसे लागू किया जाता है, जो स्थायी मैग्नेट के क्षेत्र की तुलना में बहुत छोटे क्षेत्र में एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। पल्स इस जगह में एक बुलबुला बनाता है, जो स्थिर रहता है, एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र द्वारा समर्थित होता है, और एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत पर्मलॉयल तत्व के साथ घूमता है। यदि हमें मेमोरी के लिए एक इकाई लिखने की आवश्यकता है, तो हम कंडक्टर लूप को एक छोटी पल्स देते हैं, और परिणामस्वरूप दो बुलबुले पैदा होते हैं (चित्र में बबल स्प्लिट सीड के रूप में दर्शाया गया है)। बुलबुले में से एक पेरालायूमल ट्रैक के साथ एक घूर्णन क्षेत्र द्वारा भागता है, दूसरा जगह में रहता है और जल्दी से अपने मूल आकार को प्राप्त करता है। फिर यह अधीनस्थ पटरियों में से एक में जाता है, और एक बुलबुले के साथ स्थानों को बदलता है जो इसमें घूमता है। वह बदले में, इनपुट ट्रैक के अंत तक पहुंचता है और गायब हो जाता है।

बुलबुला विनिमय

बुलबुले का आदान-प्रदान तब होता है जब एक आयताकार वर्तमान पल्स संबंधित कंडक्टर पर लागू होता है। बुलबुले को दो भागों में अलग नहीं किया जाता है।

डेटा पढ़ना

डेटा को प्रतिकृति करके आउटपुट ट्रैक पर भेजा जाता है, और पढ़ने के बाद अपने ट्रैक में प्रसारित करना जारी रखता है। इस प्रकार, इस उपकरण में गैर-विनाशकारी रीडिंग विधि लागू की जाती है। प्रतिकृति के लिए, बुलबुला को ओबेरॉयल परमलॉयल तत्व के तहत निर्देशित किया जाता है, जिसके तहत यह फैलता है। शीर्ष पर एक लूप के आकार का कंडक्टर भी होता है, यदि लूप पर एक वर्तमान पल्स लगाया जाता है, तो बुलबुला दो भागों में विभाजित हो जाएगा। वर्तमान नाड़ी में एक बड़ी धारा की ताकत के साथ एक छोटा खंड होता है, जो बुलबुले को दो भागों में विभाजित करने के लिए होता है, और एक कम वर्तमान ताकत के साथ एक लंबा खंड होता है, ताकि बुलबुले को आउटपुट ट्रैक पर निर्देशित किया जा सके।

एग्जिट ट्रैक के अंत में एक बबल डिटेक्टर, पर्मालियम तत्वों से बना एक मैग्नेटोरेसिस्टिव ब्रिज होता है जो एक लंबी श्रृंखला बनाता है। जब एक चुंबकीय बुलबुला एक पारामिल तत्व के नीचे आता है, तो इसका प्रतिरोध बदल जाता है, और पुल के उत्पादन में कई मिलीवॉल का संभावित अंतर प्रकट होता है। पर्मालियम तत्वों का आकार चुना जाता है ताकि बुलबुला उनके साथ आगे बढ़े, अंत में यह एक विशेष "गार्ड" टायर पर गिरता है और गायब हो जाता है।

फालतूपन

डिवाइस में 320 ट्रैक, प्रत्येक 4096 बिट्स शामिल हैं। इनमें से 272 सक्रिय हैं, 48 अतिरिक्त, निष्क्रिय हैं।

बूट लूप

डिवाइस में 320 डेटा ट्रैक होते हैं, जिनमें से 256 उपयोगकर्ता डेटा को संग्रहीत करने के लिए होते हैं, बाकी खराबी हो सकते हैं या खराबी को बदलने के लिए अतिरिक्त के रूप में काम कर सकते हैं। एक अतिरिक्त ट्रैक में डेटा ट्रैक, 12 बिट प्रति ट्रैक के उपयोग के बारे में जानकारी है। जब सिस्टम को बिजली की आपूर्ति की जाती है, तो इसे आरंभीकृत किया जाना चाहिए। आरंभीकरण प्रक्रिया के दौरान, नियंत्रक को बूट ट्रैक को पढ़ना चाहिए, और इससे सूचना को स्वरूपण चिप / करंट सेंसर के विशेष रजिस्टर में लिखना होगा। तब नियंत्रक केवल सक्रिय पटरियों का उपयोग करेगा, और निष्क्रिय को अनदेखा किया जाएगा, और उन्हें रिकॉर्ड नहीं किया जाएगा।

डेटा वेयरहाउस - संरचना

उपयोगकर्ता के दृष्टिकोण से, डेटा प्रत्येक 512 बिट्स के 2048 पृष्ठों में संग्रहीत किया जाता है। 256 बाइट्स डेटा, त्रुटि सुधार कोड के 14 बिट्स और 2 अप्रयुक्त बिट्स डिवाइस के प्रत्येक आधे हिस्से में संग्रहीत हैं।

त्रुटि सुधार

त्रुटियों का पता लगाया जा सकता है और एक मौजूदा सेंसर चिप का उपयोग करके सही किया जा सकता है जिसमें एक 14-बिट कोड डिकोडर होता है जो 270 बिट्स के प्रत्येक ब्लॉक में एक ही त्रुटि को ठीक करता है (कोड सहित)। कोड को प्रत्येक 256-बिट ब्लॉक के अंत में जोड़ा जाता है। सुधार कोड का उपयोग किया जा सकता है या उपयोग नहीं किया जा सकता है, उपयोगकर्ता के अनुरोध पर, कोड की जांच को नियंत्रक में चालू या बंद किया जा सकता है। यदि कोड का उपयोग नहीं किया जाता है, तो उपयोगकर्ता डेटा के लिए सभी 270 बिट्स का उपयोग किया जा सकता है।

पहुंच समय

चुंबकीय क्षेत्र 50 kHz की आवृत्ति पर घूमता है। पहले पृष्ठ के पहले बिट तक औसत पहुंच का समय 41 एमएस है, जो ट्रैक पर चक्र को पूरा करने के लिए आवश्यक आधे से अधिक समय है और ट्रैक से बाहर निकलने में लगने वाला समय।

320 सक्रिय और अतिरिक्त पटरियों को 80 भागों में से प्रत्येक के साथ चार भागों में विभाजित किया गया है। इस तरह के एक संगठन का उपयोग समय कम कर देता है। क्वार्टरों को जोड़े में संबोधित किया जाता है: क्वार्टर के प्रत्येक जोड़े में क्रमशः शब्द के समान और विषम बिट्स होते हैं। डिवाइस में चार प्रारंभिक बुलबुले के साथ चार इनपुट ट्रैक होते हैं, और चार आउटपुट ट्रैक होते हैं। आउटपुट ट्रैक दो डिटेक्टरों का उपयोग करते हैं, वे इस तरह से व्यवस्थित होते हैं कि एक ही समय में दो पटरियों से दो बुलबुले एक डिटेक्टर में कभी नहीं गिरते हैं। इस प्रकार, चार बबल स्ट्रीम मल्टीप्लेक्स होते हैं और दो बिट धाराओं में परिवर्तित होते हैं और वर्तमान सेंसर चिप रजिस्टरों में संग्रहीत होते हैं। वहां, रजिस्टरों की सामग्री को फिर से गुणा किया जाता है और धारावाहिक इंटरफ़ेस के माध्यम से यह नियंत्रक में प्रवेश करता है।

लेख के दूसरे भाग में, हम और अधिक विस्तार से बबल मेमोरी कंट्रोलर के सर्किट्री की जांच करेंगे।

4. सन्दर्भ

लेखक ने नेटवर्क के सबसे गहरे कोनों में पाया और आपके लिए सीएमडी, उसके इतिहास और अन्य संबंधित पहलुओं पर स्मृति में उपयोगी तकनीकी जानकारी का खजाना बचाया:

1. https://old.computerra.ru/vision/621983/ - इंजीनियर बोबेक की दो यादें
2. https://old.computerra.ru/vision/622225/ - इंजीनियर बोबेक की दो यादें (भाग 2)
3. http://www.wikiwand.com/en/Bubble_memory - बबल मेमोरी
4.https: //cloud.mail.ru/public/3qNi/33LMQg8Fn एक मानक माइक्रो कंप्यूटर वातावरण में चुंबकीय बबल मेमोरी का अनुकूलन
5. https://cloud.mail.ru/public/4YgN/ujdGWtAXf - टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स टीआईबी 0203 इंटरनेट मेमोरी
6. https://cloud.mail.ru/public/4PRV/5qC4vyjLa - मेमोरी कंपोनेंट्स हैंडबुक। इंटेल 1983।
7. https://cloud.mail.ru/public/4Mjv/41Xrp4Rii 7110 1-मेगाबिट बबल मेमोरी