§ 4. Запоминающие устройства

Как уже указывалось выше, ЗУ ЦВМ подразделяются на опера­тивные (ОЗУ), постоянные (ПЗУ) и внешние (ВЗУ).

В ОЗУ для хранения информации применяют ферритовые сердеч­ники, которые изготовляют путем прессования порошка из окислов железа, магния и марганца. Сердечники имеют форму тороидов (ко­лец) диаметром 0,5—1,2 мм (рис. 23.6,а).

Если ток I проходит через обмотку я» сердечника, в нем создается магнитный поток Ф, характеризующийся напряженностью Н внешне­го магнитного поля, окружающего обмотку. Магнитная индукция В — отношение магнитного потока Ф к площади сечения сердечника S(В=Ф/S)—зависит от напряженности Н, которая, в свою оче­редь, является функцией силы тока I(H==f/I). Зависимость магнит­ной индукции В от напряженности Н имеет петлеобразную форму (рис. 23.6,6).

Материал сердечника при Н=0 (I=0) может находиться в ка­ком-либо из двух состояний, одно из которых характеризуется маг­нитной индукцией плюс Вr и обозначено 1, а другое—магнитной индукцией минус Вr и обозначено 0. Эти два состояния используют для запоминания единицы и нуля.

Перемагничивание сердечника из одного состояния в другое про­изводится импульсами тока (рис. 23.6,е). Пусть сердечник находится в состоянии 0. При прохождении по обмотке импульса Im положи­тельной полярности материал сердечника перемагничивается в направлении, показанном стрелками, до точки А. С уменьшением силы тока до нуля сердечник переходит в состояние 1 и остается в нем. При прохождении через обмотку отрицательного импульса 2 половинной амплитуды сердечник не меняет своего состояния, так как магнитная индукция В не изменяется при изменении напряженности Н в преде­лах петли гистерезиса (рис. 23.6,6). Для перемагничивания сердечни­ка из состояния 1 в состояние 0 подается импульс 3 отрицательной полярности (рис. 23.6,в). Повторное приложение такого же импульса 4 не меняет состояние сердечника. Таким образом, чтобы изменить со­стояние ферритового сердечника, необходимо пропустить через его обмотку импульс тока определенного значения и противоположного по отношению к предыдущему случаю направления.

Один ферритовый сердечник позволяет запомнить одну единицу двоичной информации — бит. Для хранения n чисел из сердечников формируют матрицы (рис. 23.7). Сердечники в матрицах пронизыва­ются горизонтальными x₁, х₂, ..., x_n и вертикальными у_1, у₂, ..., у_n координатными (адресными) шинами. Кроме того, все середчники последовательно пронизываются шиной считывания информации z_сч.

Для записи единицы в любой сердечник следует пропустить полу­токовые импульсы Im/2 по тем координатным шинам, на пересечении которых он находится. Эти импульсы складываются на данном сер­дечнике, и их действие становится аналогичным воздействию импуль­са тока с амплитудой 1m. Сердечник перемагничивается в состояние 1. Для записи нуля используют полутоковые импульсы обратной поляр­ности.

Считывание информации из сердечника проводят теми же импуль­сами, пропускаемыми по координатным шинам. При этом вначале в сердечник записывается нуль. Если он и до этого был в нулевом состоянии, то во вторичной обмотке сердечника, роль которой выпол­няет обмотка считывания, ток не индуцируется. Отсутствие индуциро­ванного импульса в обмотке считывания является признаком того, что с сердечника считан нуль. Если же до записи нуля сердечник был в единичном состоянии, то при записи нуля происходит его перемагничивание, а в обмотке считывания (как в трансформаторе) индуци­руется импульс тока. После считывания единицы сердечник находит­ся в нулевом состоянии, т. е. записанная информация разрушается и возникает необходимость в ее восстановлении. Для этого в координат­ные шины вслед за импульсами считывания единицы посылаются сиг­налы восстановления обратной полярности, которые вновь записыва­ют единицу. Чтобы избежать в этот момент записи единицы в те сер­дечники, в которых при считывании были нули, в матрицах используют четвертую, не показанную на рис. 23.7 шину—шину за­прета, по которой пропускают полутоковый импульс запрета, ней­трализующий сигнал восстановления единицы.

Рассмотренную матрицу применяют для хранения п двоичных чи­сел, соответствующих одному разряду всех n чисел. Для записи в ОЗУm разрядов двоичных чисел используют т матриц, которые, располагаясь одна над другой, образуют куб памяти.

Блок памяти ПЗУ строится обычно на ферритовых сердечни­ках с непрямоугольной петлей гистерезиса, работающих как линей­ные трансформаторы. Одна из наи­более распространенных схем явля­ется схема с числовой линейкой, в которой число сердечников равно количеству разрядов записываемых чисел (рис. 23.8).

П

ри записи информации в чис­ловую линейку используют принцип «прошито не прошито». Если в дан­ном разряде числа требуется за­фиксировать единицу, то первич­ная обмотка такого трансформатора пропускается через сердечник. Если же необходимо зафиксировать нуль, первичная обмотка огибает сердечник. Последовательность пер­вичных обмоток образует числовую шину. Таким образом, значение числа записывается в ПЗУ при его изготовлении и в процессе работы ЦВМ изменяться не может.

Во время считывания числа в соответствующую числовую шину посылается импульс считывания, который индуцирует во вторичных обмотках «прошитых» сердечников единицы, а «непрошитых»—нули. 'В соответствии со схемой, приведенной на рис. 23.8, на шине 1 хра­нится число 110, на шине 2— 1110, на шине 3—0100.

Для хранения больших объемов информации предназначены ВЗУ, использующие магнитные ленты и диски. Магнитная лента представ­ляет собой гибкую синтетическую ленту, на которую нанесен слой лака толщиной 10—20 мкм. Запись и считывание информации осуще­ствляются с помощью головки (рис. 23.9,а) состоящей из магнитно­го сердечника 2 и обмотки 1. Сердечник имеет замкнутую форму, но в месте касания ленты в нем предусмотрен узкий зазор.

Если электрический ток протекает по обмотке, в сердечнике возни­кает магнитный поток соответствующего направления. В области зазо­ра этот поток замыкается по слою лака, намагничивая содержащиеся в нем частицы магнитного материала. В результате участок поверхности, находящийся под зазором магнитной головки, намагничивает­ся, причем направление его намагничивания зависит от направления магнитного потока в сердечнике головки и, следовательно, от направ­ления электрического тока в обмотке головки. Одно направление на­магничивания магнитной поверхности принимается за единичное, а другое—за нулевое (см. рис. 23.9,а). Информация записывается на ленту одновременно с помощью нескольких головок, расположенных по одной линии поперек направления движения ленты. Каждой голов­ке соответствует своя дорожка записи.

Считывание информации происходит при помощи тех же головок. Когда намагниченный участок проходит мимо головки, в ее обмотке индуцируется эдс, полярность которой зависит от направления намаг­ниченности ленты (0 или 1). Ширина ленты составляет 6,5—35 мм. Размещение информации зависит от ширины ленты: на узких записы­вается последовательным кодом, на широких — параллельным.

Кроме магнитных лент в ВЗУ применяют также магнитные бара­баны и магнитные диски. Магнитные диски, широко используемые в машинах серии ЕС ЭВМ, представляют собой круглые алюминие­вые пластины толщиной 2—2,5 мм и диаметром 250—650 мм, покры­тые с обеих сторон магнитным лаком (рис. 23.9,6). Обычно на общем валу 4 размещены шесть дисков 5, в результате чего получают смен­ный пакет. Частота вращения вала составляет 900—3600 об/мин. Запись и считывание информации осуществляются с помощью пла­вающих магнитных головок 3, закрепленных на подвижных пружин­ных рычагах 2. Механизм привода 1 приводит в действие рычаги 2 и устанавливает головки 3 на нужные дорожки, расположенные вдоль концентрических окружностей дисков.