Тип 3DЭту схему также называют с совпадением двух токов. Исторически она появилась раньше остальных. Каждый сердечник в матрице пронизывает три или четыре провода, а именно два адресных провода, провод считывания и провод запрета. Функции двух последних иногда совмещаются в один провод. Адресные провода походят через сердечники по горизонтали и вертикали. Если матриц несколько, то одноимённые провода разных матриц соединяются последовательно. Для выбора определённого сердечника в оба адресных провода подаётся ток отрицательной полярности с силой в два раза меньшей, чем необходимо для перемагничивания сердечника. В результате, лишь в сердечнике, лежащем на пересечении двух адресных проводов, происходит перемагничивание. Перемагнитившийся из единицы в ноль сердечник создаст ЭДС в проводе считывания, а сердечник с нулём создаст лишь слабый ток помехи. При считывании логической единицы с сердечника он переходит в ноль, то есть хранимые данные разрушаются. Для восстановления информации производят регенерацию данных, для чего в матрице прокладывают четвёртый провод, пронизывающий сразу все сердечники. Этот провод называют проводом запрета и иногда его функции можно совместить с проводом считывания.
Здесь и далее на изображениях: Красные — адресные провода. Зелёные — разрядные провода. Синий — провод считывания. Чёрный — провод запрета.
Для регенерации, сразу после импульса считывания, вне зависимости от того, что считалось, в оба адресных провода подаются положительные импульсы тока, силой вполовину от той, что нужна для перемагничивания. Если не сделать никаких дополнительных действий, то сердечник перемагнитится в единицу. Поэтому, если в результате считывания была получена единица, единица просто восстанавливается. Но если был считан ноль, что появление единицы допускать не следует и для этого задействуется провод запрета. В него подаётся отрицательный импульс в половину силы, что не даёт токам из адресных проводов перемагнитить сердечник и в нём сохраняется ноль. Запись начинается с перевода сердечника в состояние ноль токами считывания, а затем в провод запрета подаётся или не подаётся импульс тока. Если нужно записать ноль, ток не подаётся, если единицу то подаётся. Решение о том, что подавать (записать) принимается вне запоминающего устройства.
Тип 2DЭту схему ещё называют типом Z. Каждый сердечник в матрице пронизывает два или три провода. В случае трёх это адресный провод, разрядный и считывания. В случае двух, разрядный используется и для считывания. Для считывания данных из одного сердечника в его адресный и разрядный провода одновременно подаётся большой отрицательный импульс тока, который приводит к тому, что сердечник перемагничивается из положительного состояния в отрицательный. При этом в проводе считывания наводится электродвижущая сила (ЭДС), которую можно засечь, тем самым поняв, что сердечник хранил логическую единицу. Состояние сердечника после считывания переходит в логический ноль и нужно хранившуюся там единицу перезаписать (провести восстановление данных — регенерацию). Если же он изначально был в отрицательном состоянии, ничего не происходит и в выходном проводе появится лишь слабый ток помехи. Соседние сердечники при этом не меняют своего состояния и не создают помех, что позволяет использовать большие амплитуды тока считывания, что увеличивает быстродействие устройства. Для записи логической единицы в требуемый сердечник, необходимо подать в адресный и разрядный провода импульсы токов положительной полярности. Для записи нуля ток подаётся только в адресный провод. Однако, поскольку непонятно что хранилось в сердечнике перед записью, его предварительно необходимо «обнулить» произведя считывание. Существуют и иные варианты выбора значений токов записи с целью увеличения быстродействия работы или уменьшения требований к одинаковости параметров самих сердечников. Основной недостаток двумерной схемы — необходимость применения большого количества однотипного электронного оборудования, по числу используемых адресов. Иногда в двумерной схеме для хранения одного бита используют не один, а два сердечника, что позволяет уменьшить помехи, увеличить надёжность записи и уменьшить число электронного оборудования.
Тип 2.5DЗанимают промежуточное место между 2D и 3D. Запись проходит как в 2D, а считывание как в 3D. При построении куба памяти из нескольких матриц, его организуют так, что каждая матрица хранит лишь один разряд чисел, то есть число матриц в кубе равно длине числа. При этом количество сердечников в матрице равно количеству хранимых чисел. Адресные провода проходят через все матрицы, а соседние разрядные провода в пределах каждой их матриц соединяют попарно петлями. Для выбора числа подают ток в нужный адресный провод и все разрядные провода одной матрицы. На пересечении возбуждаются два сердечника и, в зависимости от полярности поданного тока, можно обратиться к первому или второму сердечнику. Плюсы этого способа — уменьшение длины и числа проводов при больших объёмах памяти запоминающих устройств.
Выбор схемы организации хранения зависит, от объёма памяти запоминающего устройства и качества магнитных сердечников. Так, 2D целесообразно применять для небольшого хранимого объёма или там, где нужно обеспечить максимальную стабильность работы и скорость считывания. 3D выгодна для среднего объёма хранения, а для больших объёмов эффективно использовать 2.5D. В историческом прошлом, для разных ЭВМ использовали разные схемы. Так, в УВМ «Днепр» был принят тип 2D объёмом 1.625 килобайт на один блок и использовалось два сердечника на бит. Память БЭСМ-6 была 3D, 24 килобайта на блок. Минск-32 так же 3D, но уже 64 килобайт на блок. В ЭВМ с большими объёмами оперативной памяти, например, ЕС-1050, применяли 2.5D, по 256 килобайт на блок, а военная ЦВМ 5Э26 обладала 16 килобайтами на блок при организации 2.5D (везде идёт речь без учёта памяти приходящейся на контрольные разряды).Помехи и борьба с нимиПри работе запоминающего устройства неизбежно возникают различные помехи, в том числе когда магнитное поле одних сердечников влияет на соседние. Часть помех можно ослабить, располагая сердечники поочерёдно под разными углами друг к другу (коробочкой, ёлочкой, двойной ёлочкой и лесенками).
Другим из способов борьбы с такой помехой является определённая форма прокладки провода считывания. В самом общем случае провод считывания можно провести как угодно, лишь бы он проходил через все сердечники. Однако, если его проложить змейкой начиная с одного угла матрицы, помеха уменьшается. Прокладки простой змейкой было достаточно для небольших запоминающих устройств, но для больших и средних уже недостаточно.
Рассматривалось несколько вариантов непрерывных «змеек», но кардинальным стало решение использовать не сплошной провод считывания, а разделить их на несколько более коротких отрезков. Аналогично поступили и с проводом запрета. Самый первый вариант появился в 1956 году в оперативной памяти ЭВМ TX-0. В ней использовалось 16 матриц, каждая по 4096 бит в которых провода считывания и запрета шли змейкой не по всей площади, а четырьмя участками. Одна змейка шла в пределах ферритового поля 16 на 16 сердечников.
Дальнейшие исследования касались того, как именно прокладывать эти несколько отрезков и сколько их должно быть. В 1961 году фирма IBM предложила использовать прокладку с высокой параллельностью адресным и разрядным проводам. Это привело не только к сокращению длины проводов и уменьшения помех, но и заметно упростило ручную прошивку матриц, став стандартом на долгие годы.
Рамка в форме параллелограмма
Матрица с пазами - крупно
Общий вид куба
Куб-этажерка - матрица
Диоды распаяны на каждой пластине, а сердечники залиты непрозрачным компаундом. Из-за этого, посчитать их количество немного затруднительно.
МП1 - фрагменты
Куб из кассет памяти - фрагменты
ОМП-256-56 - крупно
Внутри каждой кассеты, проглядываются девять «слоёв», из которых один центральный выступает снизу, как печатная плата с контактами. На её контакты сводятся проводки от других слоёв и уходят жгутом к электронной части, собираясь со всех кассет. Слои полупрозрачные, видимо основа там силиконовый компаунд, защищающий ферритовые сердечники. Широкие торцевые стороны каждой кассеты представляют собой печатные платы с 16-ю диодными сборками выбора адреса. От каждой платы внутрь кассеты заходит 136 проводков из которых 128 являются входами от запоминающей части. Поскольку, такие платы находятся с обеих сторон кассеты, то всего выходит 256 проводков, что отражено в названии.
На узких боковых сторонах корпуса кассеты расположены пластинки изготовленные из белой керамики, сквозь которые проведены электрические выводы, заканчивающиеся контактными площадками. Снаружи пластинки прикрываются пластиковыми крышками, к которым подведены тонкие электрические проводки в количестве 56 штук (по 28 на каждую сторону и опять вспоминаем название кассеты). Если принять к кассете обычную методику расчёта объёма памяти ОЗУ, что он составит 1792 байта. (256 слов по 56 разрядов или 512 слов по 28 разрядов). Таким образом, память всего блока составляет 14 килобайт.
Фотография аналогичного блока (в центре) на витрине музея Киевского радиозавода.
Источник фото форум Портативное ретрорадио.
Куб КФ-2
На этом завершим обзор кубов памяти с объёмным размещением матриц и перейдём к плоскостному размещению.Устройство блока Куб-4096
МФ-3 отдельно
Устройство платы ОЗУ УВМ В-3МСердечники расположены на металлической подложке, матрица едина для обеих сторон печатной платы — прошивочные провода огибают край. На каждой стороне размещено 66560 ферритовых колечек. Из них 65536 это 64 группы 16 на 64 колечек каждая, а оставшиеся 1024 заполняют отдельные четыре ряда в 256 колечек, проходящих через всю плату. В-3М оперировала 24-разрядными словами, а применение 32-разрядной ОЗУ позволяло хранить избыточные данные для коррекции ошибок. Таким образом, объём полезной памяти платы 12 килобайт, а оставшиеся 4 килобайта уходит на контрольные разряды.
Устройство накопителя 4096/20
Ферритовые сердечники закрыты защитными пластмассовыми крышками (на фотографии сняты). На одной стороне размещается 48 групп (33 x 32 сердечника каждая), а на противоположной 32 группы. В каждой группе 1024 бита используется под данные, остальные для контроля ошибок. Таким образом, одна сторона может хранить 49512 бита, а другая 32768 бит, что в сумме даёт 10 килобайт данных. На последней фотографии можно заметить, что под подложку уходят прошивочные провода — там расположен дополнительный слой сердечников, не видимый сверху.
Устройство платы ОЗУ устройства с ЧПУ 15ИПЧ-3-001
Колечки крупно
Плата двухсторонняя
Несколько больших пластин могли соединяться между собой в ещё более крупную конструкцию, как плоскую, так и складывающуюся в два и более раз.Блок памяти комплекса А-35
Каждая пластина содержит 50688 сердечников в 48 группах, каждое 16 на 66 (1056 шт). Однако, часть бит используется для контроля ошибок оперативной памяти, так что объем памяти одной группы составляет 1024 бита, а объём памяти всей пластины 6 килобайт.Пластины ЕС-3220 в стойке
Фотография ОЗУ от ЕС-1022 из Политехнического Музея города Москвы, источник фото сайт Ассоциация учителей информатики Москвы. Три светлых квадрата — ферритовые пластины ЕС-3220.
Устройство пластины ЕС-3220
Устройство блока ОЗУ ЭВМ DGC NOVA 2
Физические размеры пластины даже меньше, чем у ЕС-3220, но за счёт использования более мелких колечек и плотной компоновке, соотношение «площадь/объём памяти» выше более чем в три раза. К слову, компьютер «DGC NOVA 2» из которой была извлечена эта плата ОЗУ, использовался на одном одном из целлюлозно-бумажных комбинатов города Усть-Илимска.
Плата ОЗУ ЭВМ 5Э26К сожалению, компаунд не позволяет увидеть даже один из 147456 штук ферритовых тороидальных сердечников марки М101П-6, обладающих внешним диаметром 0.6 мм, внутренним 0.4 мм и высотой 0.13 мм.
Блоки памяти компьютера StanSaab Censor-932 - первый блокНа лицевой панельке первого блока написано «Digital Stack». Плата состоит из двух частей — на нижней основной объём электронных компонент, а ферритовые кольца находятся на верхней малой плате, крепящейся с нижней через штырьковые разъёмы. Сверху колечек расположена снимаемая защитная пластиковая крышка. Сердечники очень мелкие, думаю 0.6 мм, оформлены в 36 групп по 4096 колечек. Всего на плате 147456 колечек, что составляет 18 килобайт.
Блоки памяти компьютера StanSaab Censor-932 - второй блокНа лицевой панельке написано «SAF». Плата состоит из двух частей — на нижней основной объём электронных компонент, а ферритовые кольца находятся на верхней малой плате, спаянной с нижней. Сверху расположена снимаемая защитная металлическая крышка. Колечки очень мелкие (обычно, в советских изделиях заметно крупнее), оформлены в 18 групп по 4096 колечек. Всего на плате 73728 колечек, что составляет 9 килобайт.
В третьей, заключительной, части я расскажу о долговременной памяти на биаксах, ММС-элементах и трансформаторах.Эстетика ферритовых колечек в пяти фотографиях
Список дополнительных источников
- Первая часть статьи.
- Советский образовательный диафильм 1979 года о ферритовой памяти (за сканирование огромное спасибо Sintech)
- Коллекция итальянского коллекционера ферритовой памяти. Есть много советских образцов, полученных им из Санкт-Петербурга
- Статья о теоретических основах ферритовой памяти от автора канала «Разумный мир». В конце статьи множество интересных комментариев читателей с воспоминаниями
- Устройство модуля ферритовой памяти LVDC
- Книга о истории создания ферритовой памяти ЭВМ Урал
К сожалению, не доступен сервер mySQL