Расцвет ферритовой памяти пришёлся на 50-60ые годы
прошлого века.
До её появления в качестве запоминающих устройств компьютеров приходилось использовать
всяческие экзотичные и слабо подходящие к массовому применению приборы -
осциллографические трубки,
ртутные линии задержки и т.п. Ферритовые матрицы
выгодно отличались от них прежде всего высочайшей надёжностью и малыми
габаритами.
Продержались они вплоть до массового развития полупроводниковых интегральных
схем, с которыми ферриты не смогли конкурировать из-за своей нетехнологичности
(соответственно, и цены), а в дальнейшем - и ограниченным объёмом хранимой информации.
Принцип работы
Кубы памяти
КП-III 512/19Б
КП 128/17-М70
ЫЭ7.102.044
Для систем хранения данных цифровых машин используются ферриты с нелинейными
магнитными характеристиками - ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ).
Эти ферриты особенны тем, что сердечники, изготовленные из них, могут
находиться в двух устойчивых состояниях намагниченности - +B, которое соответствует коду «1», и —В, соответствующее коду «0» в двоичной системе счисления.
Для того чтобы перемагнитить, например ферритовый стержень или кольцо, необходимо создать
магнитное поле определенной напряженности. Если же магнитное поле имеет
напряженность меньше, чем пороговое значение H, то феррит
не перемагнитится даже при многократном и длительном приложении
этого магнитного поля.
Классическая схема использования ферритов с ППГ для запоминающих устройств основана на совпадении полутоков, т.е. на том принципе, что под действием магнитного поля H/2 тороид не меняет своего магнитного состояния, а под действием поля H полностью перемагничивается.
В этом случае оперативное запоминающее устройство представляет собой матрицу из тороидов,
через которые в двух направлениях проходят проводники — токонесущие шины
для возбуждения магнитных полей и обмотка считывания для снятия
кодов информации. С целью упрощения технологии изготовления матрицы все
обмотки тороидов выполняются одновитковыми.
Для того чтобы записать в каком-либо тороиде код «1», необходимо возбудить поле H/2 в шинах, на пересечении которых он находится. В выбранном тороиде ампервитки обоих направлений сложатся и на него будет действовать поле, равное H.
При записи кода «0» возбуждающие поля, создаваемые шинами х и y, подаются
с временным сдвигом или же все тороиды снабжаются дополнительной обмоткой,
называемой обмоткой запрета единицы и предназначенной для того, чтобы
в нужное время создать поле обратной по отношению к записывающему полю
полярности, равное –H/2. Результирующее поле и в том и в другом случае
будет равно H/2 и перемагничивания тороида из состояния не произойдет.
При чтении записанной информации с тороида надо возбудить с помощью
пересекающихся в нем шин поле –H/2. Тогда тороид, на котором был записан
код «1», перемагнитится из состояния +В в состояние
-В и
на считывающем проводе наведется э.д.с. сигнала кода «1». Тороид,
на котором был записан код «0», не перемагнитится (останется в состоянии
-В)
и на считывающем проводе э.д.с. сигнала не наведется.
Следует заметить, что информация после ее считывания разрушается. Для повторного использования информации в машине требуется ее восстановление (регенерация).
Через все сердечники проплетается один провод считывания и один провод
запрета. Таким образом, матрица позволяет считывать или записывать биты
только последовательно.
Также ферритовые сердечники применялись и для построения узлов постоянной памяти.
Запись двоичной информации в них производилась при сборке, путём соответствующей прошивки
сердечников проводами считывания. При этом прохождение провода через сердечник
эквивалентно двоичной единице, прохождение провода мимо сердечника
означает запись двоичного нуля.
Запоминающие устройства на магнитных ферритовых сердечниках представляют
собой агрегаты, состоящие из большого количества (до сотен тысяч)
ферритовых кольцевых магнитов, расположенных правильными рядами в виде
плоской или пространственной решетки.
Каждый тороидальный сердечник служит для запоминания одной двоичной цифры:
нуля или единицы. Сердечники имеют размеры 1—5 мм в диаметре
(в западных ЦВМ минимальный диаметр достигал 0,25-0,30мм).
Отечественные блоки памяти на ферритах, как правило, представляли собой
устройства частного применения, разрабатывавшиеся для
каждого изделия отдельно и потому малотиражные. Характерный пример такого блока - плата
ЫЭ7.102.044.
Исключение составляли так называемые
Кубы памяти, которые нашли применение в
ЭВМ второго-третьего поколений, что обусловило их серийность и унифицированность.
При всех достоинствах запоминающих устройств, выполненных на ферритовых
сердечниках, они обладали
рядом существенных недостатков. К этим недостаткам следует отнести:
- большую трудоёмкость изготовления числового блока: прошивка сердечников
являлась операцией, требующей значительных затрат ручного труда;
- невозможность замены сердечника в случае его поломки;
при необходимости замены одного кольца приходилось перешивать
значительное количество сердечников;
- сильное влияние окружающей температуры на свойства сердечников,
в частности — на ширину петли гистерезиса;
- необходимость возврата сердечников в исходное состояние;
- саморазогрев сердечников, вызванный потерями на гистерезис, что
ограничивало предельную частоту работы ЗУ;
- большое число сердечников.
Эти недостатки пытались преодолеть, как в рамках традиционных схем -
усложняя схемы прошивки или применяя многообмоточные сердечники - так и
используя новые, передовые для того времени разработки.
Так появились запоминающие устройства на многоотверстных пластинах,
биаксы, слоистые ферриты и системы на тонких магнитных плёнках. Что характерно,
технологические приёмы изготовления таких систем (фотолитография, вакуумное
и химическое осаждение, и пр.) предвосхитили полупроводниковое производство.
Но фактически, после "взрывного" развития интегральных схем памяти, с середины 70-х годов
системы ферритовой памяти применялись лишь в тех областях, где были критичны такие их
плюсы, как устойчивость к радиации и электромагнитным помехам - космические системы,
промышленное оборудование и т.п.
Ранние серийные модули ферритовой памяти представляли собой
плоские 2-D матрицы, но вскоре для улучшения компоновки были разработаны
т.н. кубы памяти. Отдельные матрицы складывались в "этажерку", их одноимённые
координатные шины и/или цепи записи/считывания соединялись последовательно,
получалась 3-D конструкция, иногда действительно
выглядевшая как куб :)))
При этом каждая матрица была предназначена для запоминания цифр одного разряда всех чисел
и, соответственно, число матриц равнялось разрядности куба.
Конструкция куба, как правило, предусматривала возможность замены отдельных
ферритовых матриц. Помимо плат с сердечниками, куб мог содержать элементы
коммутации с электронными схемами, контрольные гнезда для измерения величин токов,
измерительные сопротивления, шины заземления и экранировки и т.п.
Нередко кубы имели внешнюю оболочку, обеспечивавшую допустимый температурный
режим и стойкость к механическим воздействиям.
Кубы памяти имели ёмкость от нескольких десятков до нескольких
десятков тысяч слов.
Плата ОЗУ, на 11560 бит, разбитых на 20 матриц формата 34х17. Применялась в алфавитно-цифровом терминале с векторным отображением символов РИН-609; производитель - предположительно, одно из предприятий Армении.
Источники:
1. А.И. Китов, Н. А. Криницкий. Электронные вычислительные машины.
Издательство Академии Наук СССР. Москва, 1958.
2. Ю.Г. Чугаев, В.А. Плиско. Электронные цифровые вычислительные машины.
Военное издательство Министерства Обороны СССР. Москва - 1962.
3. Е.А. Брик. Постоянные запоминающие устройства цифровых машин.
Издательство "Энергия", Ленинградское отделение, 1969 (Библиотека по
автоматике. Выпуск 349).