5.2.4. Запоминающие устройства на магнитных вихрях

Принципы организации ЗУ на магнитных вихрях аналогичны ЗУ на ЦМД. Генератор магнитных вихрей (флуксонов) формирует вихри, находящиеся в состоянии безразличного равновесия. Устройство управления представляет собой схему продвижения вихрей по каналу, осуществляемой силой Лоренца, создаваемую транспортным током (рис. 5.14, а). Однонаправленность движения вихрей обеспечивается асимметрией канала продвижения. Считывание магнитных вихрей может осуществляться с использованием квантовых интерферометров, а также одиночных джозефсоновских контактов.

Возможен вариант формирования сдвигового регистра на магнитных вихрях, либо вариант мажор-минорной организации. В этом случае реализуется накопитель на магнитных вихрях с параллельно-последовательной организацией записи и считывания информации (рис. 5.14, б). Плотность записи информации в этом случае ожидается около 2 ∙ 10⁸ бит/см². Анализ показывает, что скорость обработки информации в этом случае достигает величин 10⁹ бит/с. Буферная или внешняя память на флуксонных запоминающих устройствах технологически и оперативно совместима с микроэлектронными системами и криогенными процессорами.

Рис. 5.14. Магнитный вихрь и его канал продвижения (а),

мажор-минорная организация ЗУ на флуксонах (б)

5.2.5. Запоминающие устройства на магнитных пленках

Наибольший интерес представляет использование тонкопленочных металлических магнитных материалов в микроэлектронных запоминающих устройствах (ЗУ), где в качестве элемента памяти применяются тонкие магнитные пленки. Эти пленки позволяют создавать надежные быстродействующие ЗУ с малой мощностью управления.

На перемагничивание тонкопленочного элемента, толщина которого обычно не превышает толщины одного домена, требуется энергии в 10 - 20 раз и времени в 10 - 30 раз меньше, чем на перемагничивание ферритового сердечника.

Применение тонких магнитных пленок в качестве носителей информации основано на том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями. Эти состояния пленки обеспечиваются благодаря одноосной магнитной анизотропии - предпочтительной ориентации вектора намагниченности, которая создается в процессе изготовления пленки или при ее последующей термической обработке с помощью внешнего магнитного поля. Тонкие пленки пермаллоя (сплав никеля и железа с небольшими добавками меди, хрома и молибдена) можно изготовить так, что их магнитные свойства в разных направлениях будут сильно различаться. В направлении оси трудного намагничивания (ОТН) петля гистерезиса практически полностью отсутствует, зато под прямым углом к ней в направлении оси легкого намагничивания (ОЛН) петля гистерезиса является почти полной (рис. 5.15, а). Это свойство используется в двух видах интегральной памяти: элементе памяти с плоскими магнитными пленками (рис. 5.15, б) и элементе памяти с электролитическим магнитным покрытием, нанесенным на проволоку (рис. 5.15, в).

При хранении информации пермаллойные элементы намагничены в одном или другом направлении оси легкого намагничивания, которое совпадает с продольным направлением в пленке и является окружностью для проволоки с электролитическим покрытием. При записи ток слов делает направление намагниченности почти совпадающим с направлением оси трудного намагничивания. Ток чисел отклоняет направление намагниченности в ту или другую сторону, так что после прохождения импульсов намагниченность устанавливается в направлении ОЛН.

Рис. 5.15. Использование тонких магнитных пленок

для элементов памяти ЭВМ: а – петля гистерезиса тонкой

магнитной пленки; б – элемент памяти с плоскими

магнитными пленками; в – элемент памяти

с электролитическим магнитным покрытием,

нанесенным на проволоку

Третьим типом интегральной памяти на магнитных пленках является плоская проволочная память (рис. 5.16). Ее изготовляют путем электролитического нанесения пленки пермаллоя на медно-бериллиевую проволоку. Прямые параллельные отрезки такой проволоки образуют линии чисел; проводящие ленты, протянутые в поперечном направлении, служат линиями слов. Запоминание осуществляется намагничиванием по окружности пленки, нанесенной электролизом на проволоку, причем это соответствует направлению оси легкого намагничивания, которое устанавливается при электролизе за счет пропускания постоянного тока через проволоку. Ток слов направляет поле по оси проволоки, т. е. в направлении оси трудного намагничивания. Это индуцирует напряжения в линиях чисел, причем небольшие токи чисел направляют поля вдоль оси легкого намагничивания.

Рис. 5.16. Плоская проволочная память

На тонких магнитных пленках могут быть выполнены не только элементы памяти ЭВМ, но также логические микросхемы, магнитные усилители и другие приборы.