Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 101
Текст из файла (страница 101)
Динамические элементы памяти во многом схожи с магнитофоном. Запись информации осуществляется с помощью головки на перемещающиеся мимо ее зазора магнитную ленту, магнитный диск или магнитный барабан. Считывание информации происходит при перемещении ленты, диска или барабана мимо головки индуктивности. Имеются по крайней мере две важные проблемы, характерные для подобных запоминающих устройств. Первая из них заключается 27.2. Запись информипии иа ЦЛ4Д 487 в физических причинах, ограничивающих объем записи информации.
Элементарным носителем информации в такой системе может служить уединенный магнитный домен. При уменьшении размера домена растет возможная плотность записи, т.е. проблема повышения плотности записи сводится к проблеме достижения минимальных размеров магнитных доменов. Последние в состоянии равновесия определяются толщиной магнитного слоя на магнитной ленте и, естественно, не могут быть меньше толщины доменной границы.
В опытных образцах достигается формирование доменной структуры с доменами в несколько микрон или даже меньше. Использование магнитных барабанов и дисков с такими доменами позволяет получить на одном квадратном сантиметре их площади объем записи 10" †: 107 бит информации. Это, несомненно, очень высокая плотность, и ее практическое использование сразу же выдвигает новые проблемы — проблемы считывания и стабильности перемещения диска или барабана. Амплитуда биения при этом не должна превышать микрона.
В последнее время в исследовательских лабораториях обсуждается вопрос о поисках других кандидатов в носители информации, каковыми могут быть магнитные солитоны разных типов. Остановимся теперь более подробно на проблеме быстродействия запоминающих устройств, т.е. скорости считывания информации.
Эта проблема имеет две стороны. Одна из них связана с характерным временем восприятия электрической цепью переменного потока индукции. Оно очень мало, и современные радиотехнические устройства надежно работают на мегагерцевой частоте, т.е. 10з сигналов в секунду. С другой стороны, если размеры доменов составляют 10 мкм, то скорость протяжки должна быть около 00 см/с, а биения ленты при протяжке — не более нескольких микрон.
Это очень жесткие требования к механической части запоминающего устройства, поэтому фактически проблема быстродействия упирается в проблему высокого качества механической части запоминающего устройства. В связи с указанной трудностью возникает естественный вопрос о том, нельзя ли создать запоминающее устройство вообще без механических частей, т.е.
полностью электронное. Примеры таких устройств известны уже давно, к ним относятся, например, системы памяти на ферритовых кольцах. Здесь нули и единицы двоичной системы записываются в виде двух возможных направлений намагниченности кольца. Считывание и запись производятся импульсами тока, что обеспечивает высокую скорость действия и надежность. Однако устройства на ферритовых кольцах значительно уступают магнитным барабанам и дискам по плотности записи информации: ведь трудно сделать кольцо диаметром меньше миллиметра. Поэтому в первых поколениях вычислительных машин устройства на магнитных кольцах использовались в качестве оперативной памяти, а на лентах и барабанах — в качестве долговременной. Большим достижением явилось бы создание такой системы памяти, которая не содержала бы механических элементов, но могла бы 488 Гл 27 Применение магнитных материалов конкурировать с магнитными лентами и дисками по плотности записи информации.
Иногда об этом говорят как о проблеме создания «твердотельного магнитофона», т.е, магнитофона без протяжки магнитной ленты. Обнаружение чехословацкими и голландскими физиками в 1961 г, особых магнитных доменов в тонких магнитных пленках, получивших название цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), сделало указанную задачу выполнимой. Статические свойства ЦМД и их движение рассматривались выше. Прежде чем рассказать о применении ЦМД, коснемся истории вопроса.
В 1965 г. была обнаружена высокая подвижность ЦМД в пленках ортоферритов 10 †: 15 кмус. Это обстоятельство и малые размеры ЦМД позволили американскому исследователю Э. Бобеку отнести их к числу перспективных кандидатов на роль носителей информации в запоминающих устройствах нового типа — без механических частей. В подобных устройствах информация передается при передвижении цилиндрического домена по покоящейся магнитной пленке.
В основе ЦМД-устройства лежит идея создания в пленке цепочки потенциальных ям для доменов. Она осуществляется таким образом, что при работе устройства в режиме записи или считывания либо ямы движутся по пластинке, либо домены последовательно переходят из одной ямы в другую. Информация записывается, например, так: в яме есть домен единица, домена нет нуль.
Для создания и перемещения потенциальных ям используется целый ряд технологических схем: с помощью магнитных аппликаций и переменного внешнего магнитного поля, проводников с током, локального разогрева пленки лазерным лучом и т.д. Иаиболее широко в настоящее время применяется метод магнитных аппликаций; кроме того, широко разрабатываются и внедряются в практику ЦМД-схемы с токовым управлением. Аппликации, представляющие собой пленки магнитомягкого материала (чаще всего пермаллоя), наносят на поверхность пластинки, содержащей ЦМД. Используют системы аппликаций различной формы. Так, на рис. 27.1 в качестве примера показана структура Т-образных и паласовых аппликаций.
Если внешнее поле направлено вдоль полоски, последняя намагничивается почти до насыщения. Поля рассеяния, возникающие при этом на конце полоски, создают эффективную потенциальную яму для ЦМД. Поступательное движение системы потенциальных ям вдоль системы аппликаций достигается включением внешнего переменного магнитного поля Н „, вращающегося в плоскости пленки.
Это поле создается системой катушек, как в обычном асинхронном электродвигателе. За один период изменения управляющего поля домены смещаются на период структуры (рис. 27.1). Изменение направления вращения поля меняет направление движения доменов на противоположное. Важным параметром ЦМД-устройства является скорость выборки информации.
При реализации схемы с магнитными аппликациями она 272. Зались информации на ЦМД 489 определяется частотой поля. В настоящее время достигнуты скорости порядка 105 битт'с, что отвечает частоте управляющего поля порядка 100 кГц. Увеличить скорость выборки в системах с полевым управлением довольно сложно, так как это требует создания поля с довольно большой частотой. С точки зрения быстродействия более перспективными оказываются так называемые системы с токовым управлением, в которых управляющее магнитное поле создается не катушками, а системой проводников с током, нанесенных на саму ЦМД-пластинку. При этом несколько 7' ~ н, усложняется технология изготовле- 1н Н',„и1 ния: на пластинку надо нанести две системы аппликаций пермаллоевых и проводящих; однако появляется ~ ~0 к~~0 с нй ...
возможность на порядок повысить быстродействие и уменьшить потери электрической мощности. Ы ~~~~т'- Во всех ЦМД-системах аппликации наносятся на пластинку таким образом, что потенциальные ямы образуют замкнутую линию, называемую накопительным регистром. Нередко на одной пленке размещают 7 1 ~ц несколько подобных регистров.
Запоминающие устройства часто собирают в виде стопки (набора) ферритовых пленок, что уменьшает объем системы. Рассмотрим схему работы одного накопительного регистра. Запись информации производится генератором ЦМД. Существует множество схем генераторов. Принцип их работы состоит в том, что специальным импульсом тока или магнитного поля от имеющегося в приборе домена той или иной формы отрывается ЦМД, который затем поступает в накопительный канал и движется по нему. Последовательность записи нулей и единиц двоичного кода достигается выборочным включением генератора в тот момент, когда мимо него проходит потенциальная яма, в которую должен быть помещен ЦМД.
Далее информация, записанная в виде последовательности «пустая яма — яма с ЦМДгп движется в накопительном регистре. При выключении управляющего поля информация не пропадает. Это большое преимупгество Е[МД-устройств. Прочитать записанную с помощью ЦМД информацию можно, разместив около накопительного канала детектор ЦМД. Он может представлять собой проводящий контур, в котором при движении ЦМД в силу закона индукции Фарадея наводится ЭДС. Могут быть применены и другие методы, в частности оптические. Однако чаще всего 490 Гл 27 Применение магнитных материалов используют изменение сопротивления детектора, возникающее в результате изменения в нем магнитного поля при прохождении ЦМД.
Регистрацию последних можно упростить, если в области детектора создать меньшее поле смещения, т. е. вызвать здесь растяжение ЦМД. Очевидно, что информацию в ЦМД-устройстве легко стереть. Для этого достаточно, например, увеличить магнитное поле, перпендикулярное плоскости пленки, до величины, превышающей значение поля коллапса. Домены можно уничтожать и по одному, пропуская их через область повышенного значения поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
