Вторая часть обзора оперативной памяти на тороидальных магнитных сердечниках. Не слишком много теории и исторической справки, но большое количество фотографий из моей коллекции и акцент на техническое устройство и разнообразные инженерные решения, лежащие в конструкциях ферритовых запоминающих матриц, собираемых из них кубов, кассет и блоков памяти.
Вообще, изначально я хотел обе части опубликовать как одну, но получалось уж очень много текста и изображений так что пришлось разделить пополам. В первой части было рассмотрено устройство типичной матрицы и множества различных вариантов кубов памяти. В этот раз поглядим на нетипичные варианты объёмных кубов, а затем перейдём к устройствам с плоским расположением матриц.
Запоминающие элементы ОЗУ на ферритовых сердечниках собираются в виде матриц, в которых обеспечивается свободный доступ к любому сердечнику или группе сердечников. Сердечники пронизываются проводами и, в зависимости от структуры памяти, через каждый сердечник может проходить от двух до четырёх проводов. Рассмотрим три схемы построения ОЗУ — 3D, 2D и 2.5D.
Но начну с необычной рамки в форме параллелограмма. Рамка закрывается защитной крышкой, разводка дорожек платы проведена с учётом формы. Объём памяти 325 байт. Интересно было бы посмотреть на куб в таком исполнении. Источник фото Instagram @assomo5.
Существует рамка с возможностью зафиксировать положение сердечников без применения компаунда. Внутри рамки, на четырёх «лапках» установлена пластиковая пластина-основание, с круглыми пазами под ферритовые сердечники. Сердечники уложены в пазы и прошиты проводами, всего 289 сердечников. Матриц в кубе восемь, при общем объёме памяти в 289 байт. Куб использовался в научном регистрационном оборудовании из сферы ядерной физики.
Особенность в конструкции ферритовых матриц, в качестве несущего элемента которых выступают не специальные рамки, а пластины-печатные платы, нанизанные на четыре металлических стержня с пластмассовыми поставками между плат. Использовался в аппаратуре ЗАС.
Небольшой блок состоящий из двух ферритовых кубиков, двух дешифраторов и соединительных проводов. Всё содержимое модуля заключено в прозрачный защитный компаунд, сверху з крышка (на фото снята). На нижней стороне модуля расположены контакты электрических выводов. При монтаже, модуль устанавливался на систему подогрева в виде пластины с тепловыделяющими резисторами в техническом масле. Объём памяти модуля 256 16-разрядных чисел (512 байт). Запоминающая часть выполнена на многоотверстевых ферритовых пластинах.
В отличие от плоских квадратных матриц, этот куб состоит из небольших кассет продолговатой формы. Каждая кассета содержит 32 (два ряда по 16) ферритовых сердечников. 23 пластины составляют пакет, а куб же состоит из восьми таких пакетов. Таким образом, всего в кубе 184 кассеты, что дает 736 байт данных для хранения. Вероятно, использовался в аппаратуре связи.
Пакет из восьми кассет ОМП-256-56 в составе модуля от БЦВМ космического назначения. Конструкция кассет не разборная, поэтому о внутреннем устройстве можно лишь делать предположения. Восемь кассет ОМП-256-56 соединены в единый куб. Рядом размещается шесть двухсторонних электронных плат «книжной» конструкции. В аббревиатуре ОМП, МП скорее всего обозначает «модуль памяти». И кассеты и электронные платы смонтированы на общем основании с разъёмами подключения и может закрываться съёмной дюралюминиевой крышкой.
Отсутствие рамок при плоскостном размещении матриц не является обязательным. В начале 60-х годов, когда промышленность ещё не выпускала рамки крупных размеров, четыре матрицы МЭ-2 (на 256 сердечников) спаивали выводами в один большой квадрат и из двадцати таких собирали куб объёмом памяти 2,5 килобайта.
В блоке «Куб-4096» матрицы размещаются рядом друг с другом, образуя страницы «книги памяти». Блок обладает металлическим, раскрывающимся словно книга, корпусом. Половинки корпуса служат обложкой, а на форзацах и двух внутренних двусторонних листах размещены матрицы и дополнительные электронные компоненты. Запоминающая часть состоит из 24 ферритовых матриц (по шесть на страницу), где каждая из них содержит 4096 сердечников и общий объём памяти устройства 12 килобайт. Применение блока — оперативная память многоканального амплитудного анализатора АМ-А-02Ф.
Действительно, располагать запоминающие матрицы можно не только в трёх измерениях, но и в двух, создавая ферритовые пластины или, как их ещё называют, ферритовые коврики. При кажущемся смешным названии, оно полностью оправдывает свою конструкцию. На поверхность печатной платы укладывается тонкий слой изоляции (часто тканевый), а поверх натягивается широкая сетка из прошитых проводами сердечников, словно развёртывая трёхмерную структуру куба на плоскости. Рамки исчезают, сердечники перераспределяются на группы, соответствующие «бывшим» матрицам, число групп обычно равно разрядности хранимого слова. Преимуществом такого размещения является уменьшение высоты блока памяти, приведение его к форм-фактору печатной платы, позволяющие легко вписать в габариты корзины устройства, уменьшить количество разъёмов подключения. Так же упрощается процесс сборки за счёт уменьшения количества прошивочных проводов в блоке памяти (при этом длина каждого провода возрастает). Далее примеры.
Блок оперативной памяти процессора СМ-1П от ЭВМ СМ-1. Представляет собой крупную (размеры 367 x 367 мм) печатную плату на которой, помимо радиодеталей, расположен разъём в который подключается малая плата МФ-3 с ферритовыми сердечниками и диодными матрицами. В корзину процессора устанавливалось от 2х до 4х таких плат. Сердечники расположены с двух сторон платы, закрыты железными крышками. На каждой стороне по 18 групп сердечников, размером 64 x 32 (2048 штук) каждая. Запоминающий модуль МФ-3 может хранить 4096 18-разрядных слов или 9 килобайт данных. В варианте исполнения кубом памяти, конструкция выглядела бы как 18 матриц, по 4096 сердечников каждая, что значительно бы увеличило габариты (вспомним куб БП-20).
Управляющие вычислительные машины В-3М входили в информационно-вычислительную систему «Скала», предназначенную для управления атомными реакторами РБМК-1000. Плата двусторонняя. С каждой стороны расположены ферритовые матрицы под металлической защитной крышкой, разъёмы для подключения и диодные сборки. Последние, кстати, обладают максимально возможной площадью позолоты (ножки, подложка, крышечка). Кроме того, на их корпуса нанесены красные метки — возможно эти детали отбирались вручную после многих этапов тестирования. Впрочем, учитывая сферу применения ЭВМ, требования к надёжности не кажутся удивительными. Всего же в В-3М могло устанавливаться до семи таких плат.
Накопитель 4096/20 — плата оперативной памяти из состава оборудования системы ПВО «Бук». На обеих сторонах расположены двухслойные запоминающие части и диодные сборки. Надпись «Накопитель 4096/20», что означает 4096 чисел длиной 20 бит.
Плата ОЗУ от устройства с числовым программным управлением 15ИПЧ-3-001. Представляет собой печатную плату, заключённую в металлический каркас с ручкой для извлечения и двумя зажимами по бокам. Данное устройство управляло электро-искровым станком А207-78. Всего на плате 2048 колечек. Ферритовое поле состоит из восьми групп, каждая 16 на 16, что позволяет хранить 2 килобайта памяти. Колечки уложены на подложку, сверху закрываются защитной крышкой.
Выпускались и компактные платы совсем небольшого объёма памяти. Так, демонстрируемый образец содержит 2208 крупных сердечников, разделённых на шесть групп по 368 штук, что соответствует 276 байтам. Сердечники располагаются на внутренней стороне платы, а вокруг них, по периметру, штырьковые контакты. Где использовалась данная платка, к сожалению, не известно, но присутствует децимальный номер Бердского электромеханического завода.
Похожий пример из Чехии в виде двухсторонней платы. Ферритовые поля закрыты прозрачными крышками с наклеенной фольгой. На каждой стороне располагается 8000 сердечников (4 группы 40x50), а общий объём памяти платы составляет 2000 бит. Прошивочные провода двух цветов, для облегчения сборки.
Один из многочисленных блоков памяти из состава вычислительного оборудования комплекса противоракетной обороны А-35. Представляет собой две скреплённые печатные платы на которых смонтированы рамки с ферритовыми сердечниками. Сердечники прикрыты защитным прозрачным оргстеклом, по бокам разъёмы для подключения. С каждой стороны находится две группы сердечников, каждая размером 16 х 16 штук. Таким образом, на всём модуле находится 1024 сердечника, что позволяет хранить до 128 байт.
Основу пластины ЕС-3220 составляет дюралюминиевое основание с тканевой подложкой, поверх которого расположены ферритовые сердечники. Сверху закрывались пластиковой крышкой приклеенной на тыльную сторону поролоновой прокладкой. Пластины могли гибко спаиваться друг с другом, собираясь в большие плоские конструкции.
Для экономии пространства, несколько пластин можно складывать различными способами. Так, например, на плате ОЗУ ЭВМ «DGC NOVA 2» две пластины раскрываются подобно книжке. На каждой пластине находится по 32 группы и 4096 сердечников, при итоговом объёме памяти в 32 килобайта.
Некоторые образцы содержат внутри себя целую гармошку из пластин, как например, модуль памяти из европейского военного самолёта Panavia Tornado. Объём памяти модуля 32768 18-ти разрядных слов (72 килобайта).
Источник фото лот интернет-аукциона Ebay:
Плата ОЗУ ЭВМ 5Э26 — вычислительной машины комплекса ПВО С-300. Ферритовые сердечники разделены на шесть отдельных больших групп-матриц, залиты защитным компаундом и закрытыми пластиковыми крышками (на фото большие плоские). Ёмкость ОЗУ составляет 4096 36-ти разрядных числе (32 информационных и 4 контрольных). Иными словами, объём памяти составляет 18 килобайт из которых 16 килобайт используется под данные, а остаток для коррекции ошибок. В состав ЭВМ входило от трёх до пяти плат.
Есть у меня в коллекции пара экспонатов, как говорят, «с историей». 30 июня 1975 года Советский Союз заключил контракт со шведской фирмой StanSaab на поставку пяти комплексов управления воздушным движением, которые начали работать 15 апреля 1981 года, как вычислительный комплекс TERCAS Moscow. Один из комплексов использовался не для реального регулирования воздушного движения, а обучения персонала. Полная конфигурация тренажёра состоит из четырёх пультов диспетчера круга, девяти пультов диспетчеров подхода, девятнадцати пультов пилотов-операторов, одного пульта руководителя упражнения и пульта технического контроля. В основе комплекса находился компьютер StanSaab Censor-932. В базовой модели это 32-разрядный параллельный компьютер архитектуры IBM 360, с 512 килобайтами оперативной памяти. Из-за тогдашних экспортных ограничений, американские комплектующие (в частности ферритовая память от компании FABRI-TEK) к комплексу пересылались в СССР шведами не вполне легально, а когда афера раскрылась, это привело к международному скандалу и большим финансовым потерям для компании StanSaab.
В 90-х годах московская система прошла модернизацию, но её вычислительные возможности уже не справлялись с обработкой возросших объёмов данных. Поэтому в 2011 году комплекс был заменён на российскую разработку производства «Алмаз-Антей», однако учебно-тренажёрная машина продолжала использоваться вплоть до 15 мая 2019 года, когда она была отключена от электропитания, и впоследствии, разобрана. Ну а мне подарили два ферритовых блока памяти от неё.
Закончить вторую часть я хочу несколькими фотографиями крупных планов запоминающих сердечников.
Введение
Вообще, изначально я хотел обе части опубликовать как одну, но получалось уж очень много текста и изображений так что пришлось разделить пополам. В первой части было рассмотрено устройство типичной матрицы и множества различных вариантов кубов памяти. В этот раз поглядим на нетипичные варианты объёмных кубов, а затем перейдём к устройствам с плоским расположением матриц.
Теория о трёх схемах построения ОЗУ
Запоминающие элементы ОЗУ на ферритовых сердечниках собираются в виде матриц, в которых обеспечивается свободный доступ к любому сердечнику или группе сердечников. Сердечники пронизываются проводами и, в зависимости от структуры памяти, через каждый сердечник может проходить от двух до четырёх проводов. Рассмотрим три схемы построения ОЗУ — 3D, 2D и 2.5D.
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.
Не типичные инженерные решения в конструкциях кубов памяти
▍Рамка в форме параллелограмма
Но начну с необычной рамки в форме параллелограмма. Рамка закрывается защитной крышкой, разводка дорожек платы проведена с учётом формы. Объём памяти 325 байт. Интересно было бы посмотреть на куб в таком исполнении. Источник фото Instagram @assomo5.
Рамка в форме параллелограмма
▍Куб на матрицах с сердечниками в посадочных пазах
Существует рамка с возможностью зафиксировать положение сердечников без применения компаунда. Внутри рамки, на четырёх «лапках» установлена пластиковая пластина-основание, с круглыми пазами под ферритовые сердечники. Сердечники уложены в пазы и прошиты проводами, всего 289 сердечников. Матриц в кубе восемь, при общем объёме памяти в 289 байт. Куб использовался в научном регистрационном оборудовании из сферы ядерной физики.
Матрица с пазами - крупно
Общий вид куба
▍Куб-этажерка
Особенность в конструкции ферритовых матриц, в качестве несущего элемента которых выступают не специальные рамки, а пластины-печатные платы, нанизанные на четыре металлических стержня с пластмассовыми поставками между плат. Использовался в аппаратуре ЗАС.
Куб-этажерка - матрица
Диоды распаяны на каждой пластине, а сердечники залиты непрозрачным компаундом. Из-за этого, посчитать их количество немного затруднительно.
▍Модуль Памяти МП-1 БЦВМ «Орбита-10»
Небольшой блок состоящий из двух ферритовых кубиков, двух дешифраторов и соединительных проводов. Всё содержимое модуля заключено в прозрачный защитный компаунд, сверху з крышка (на фото снята). На нижней стороне модуля расположены контакты электрических выводов. При монтаже, модуль устанавливался на систему подогрева в виде пластины с тепловыделяющими резисторами в техническом масле. Объём памяти модуля 256 16-разрядных чисел (512 байт). Запоминающая часть выполнена на многоотверстевых ферритовых пластинах.
МП1 - фрагменты
▍Куб из кассет памяти
В отличие от плоских квадратных матриц, этот куб состоит из небольших кассет продолговатой формы. Каждая кассета содержит 32 (два ряда по 16) ферритовых сердечников. 23 пластины составляют пакет, а куб же состоит из восьми таких пакетов. Таким образом, всего в кубе 184 кассеты, что дает 736 байт данных для хранения. Вероятно, использовался в аппаратуре связи.
Куб из кассет памяти - фрагменты
▍Пакет кассет ОМП-256-56
Пакет из восьми кассет ОМП-256-56 в составе модуля от БЦВМ космического назначения. Конструкция кассет не разборная, поэтому о внутреннем устройстве можно лишь делать предположения. Восемь кассет ОМП-256-56 соединены в единый куб. Рядом размещается шесть двухсторонних электронных плат «книжной» конструкции. В аббревиатуре ОМП, МП скорее всего обозначает «модуль памяти». И кассеты и электронные платы смонтированы на общем основании с разъёмами подключения и может закрываться съёмной дюралюминиевой крышкой.
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»
Отсутствие рамок при плоскостном размещении матриц не является обязательным. В начале 60-х годов, когда промышленность ещё не выпускала рамки крупных размеров, четыре матрицы МЭ-2 (на 256 сердечников) спаивали выводами в один большой квадрат и из двадцати таких собирали куб объёмом памяти 2,5 килобайта.
Куб КФ-2
Источник фото Книга об истории создания ферритовой памяти ЭВМ Урал
▍Блок «Куб-4096»
В блоке «Куб-4096» матрицы размещаются рядом друг с другом, образуя страницы «книги памяти». Блок обладает металлическим, раскрывающимся словно книга, корпусом. Половинки корпуса служат обложкой, а на форзацах и двух внутренних двусторонних листах размещены матрицы и дополнительные электронные компоненты. Запоминающая часть состоит из 24 ферритовых матриц (по шесть на страницу), где каждая из них содержит 4096 сердечников и общий объём памяти устройства 12 килобайт. Применение блока — оперативная память многоканального амплитудного анализатора АМ-А-02Ф.
На этом завершим обзор кубов памяти с объёмным размещением матриц и перейдём к плоскостному размещению.Устройство блока Куб-4096
Плоские ферритовые запоминающие устройства
Действительно, располагать запоминающие матрицы можно не только в трёх измерениях, но и в двух, создавая ферритовые пластины или, как их ещё называют, ферритовые коврики. При кажущемся смешным названии, оно полностью оправдывает свою конструкцию. На поверхность печатной платы укладывается тонкий слой изоляции (часто тканевый), а поверх натягивается широкая сетка из прошитых проводами сердечников, словно развёртывая трёхмерную структуру куба на плоскости. Рамки исчезают, сердечники перераспределяются на группы, соответствующие «бывшим» матрицам, число групп обычно равно разрядности хранимого слова. Преимуществом такого размещения является уменьшение высоты блока памяти, приведение его к форм-фактору печатной платы, позволяющие легко вписать в габариты корзины устройства, уменьшить количество разъёмов подключения. Так же упрощается процесс сборки за счёт уменьшения количества прошивочных проводов в блоке памяти (при этом длина каждого провода возрастает). Далее примеры.
▍Блок ОЗУ ЭВМ СМ-1
Блок оперативной памяти процессора СМ-1П от ЭВМ СМ-1. Представляет собой крупную (размеры 367 x 367 мм) печатную плату на которой, помимо радиодеталей, расположен разъём в который подключается малая плата МФ-3 с ферритовыми сердечниками и диодными матрицами. В корзину процессора устанавливалось от 2х до 4х таких плат. Сердечники расположены с двух сторон платы, закрыты железными крышками. На каждой стороне по 18 групп сердечников, размером 64 x 32 (2048 штук) каждая. Запоминающий модуль МФ-3 может хранить 4096 18-разрядных слов или 9 килобайт данных. В варианте исполнения кубом памяти, конструкция выглядела бы как 18 матриц, по 4096 сердечников каждая, что значительно бы увеличило габариты (вспомним куб БП-20).
МФ-3 отдельно
▍Плата ОЗУ УВМ В-3М
Управляющие вычислительные машины В-3М входили в информационно-вычислительную систему «Скала», предназначенную для управления атомными реакторами РБМК-1000. Плата двусторонняя. С каждой стороны расположены ферритовые матрицы под металлической защитной крышкой, разъёмы для подключения и диодные сборки. Последние, кстати, обладают максимально возможной площадью позолоты (ножки, подложка, крышечка). Кроме того, на их корпуса нанесены красные метки — возможно эти детали отбирались вручную после многих этапов тестирования. Впрочем, учитывая сферу применения ЭВМ, требования к надёжности не кажутся удивительными. Всего же в В-3М могло устанавливаться до семи таких плат.
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.
▍Накопитель 4096/20
Накопитель 4096/20 — плата оперативной памяти из состава оборудования системы ПВО «Бук». На обеих сторонах расположены двухслойные запоминающие части и диодные сборки. Надпись «Накопитель 4096/20», что означает 4096 чисел длиной 20 бит.
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.
▍Плата ОЗУ устройства с ЧПУ 15ИПЧ-3-001
Плата ОЗУ от устройства с числовым программным управлением 15ИПЧ-3-001. Представляет собой печатную плату, заключённую в металлический каркас с ручкой для извлечения и двумя зажимами по бокам. Данное устройство управляло электро-искровым станком А207-78. Всего на плате 2048 колечек. Ферритовое поле состоит из восьми групп, каждая 16 на 16, что позволяет хранить 2 килобайта памяти. Колечки уложены на подложку, сверху закрываются защитной крышкой.
Устройство платы ОЗУ устройства с ЧПУ 15ИПЧ-3-001
▍Компактная плата на 276 байт
Выпускались и компактные платы совсем небольшого объёма памяти. Так, демонстрируемый образец содержит 2208 крупных сердечников, разделённых на шесть групп по 368 штук, что соответствует 276 байтам. Сердечники располагаются на внутренней стороне платы, а вокруг них, по периметру, штырьковые контакты. Где использовалась данная платка, к сожалению, не известно, но присутствует децимальный номер Бердского электромеханического завода.
Колечки крупно
▍Плата двухсторонняя
Похожий пример из Чехии в виде двухсторонней платы. Ферритовые поля закрыты прозрачными крышками с наклеенной фольгой. На каждой стороне располагается 8000 сердечников (4 группы 40x50), а общий объём памяти платы составляет 2000 бит. Прошивочные провода двух цветов, для облегчения сборки.
Плата двухсторонняя
▍Блок памяти комплекса А-35
Один из многочисленных блоков памяти из состава вычислительного оборудования комплекса противоракетной обороны А-35. Представляет собой две скреплённые печатные платы на которых смонтированы рамки с ферритовыми сердечниками. Сердечники прикрыты защитным прозрачным оргстеклом, по бокам разъёмы для подключения. С каждой стороны находится две группы сердечников, каждая размером 16 х 16 штук. Таким образом, на всём модуле находится 1024 сердечника, что позволяет хранить до 128 байт.
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
▍Пластины ЕС-3220
Основу пластины ЕС-3220 составляет дюралюминиевое основание с тканевой подложкой, поверх которого расположены ферритовые сердечники. Сверху закрывались пластиковой крышкой приклеенной на тыльную сторону поролоновой прокладкой. Пластины могли гибко спаиваться друг с другом, собираясь в большие плоские конструкции.
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
▍Блок ОЗУ ЭВМ «DGC NOVA 2»
Для экономии пространства, несколько пластин можно складывать различными способами. Так, например, на плате ОЗУ ЭВМ «DGC NOVA 2» две пластины раскрываются подобно книжке. На каждой пластине находится по 32 группы и 4096 сердечников, при итоговом объёме памяти в 32 килобайта.
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.
▍Блок памяти самолёта Panavia Tornado
Некоторые образцы содержат внутри себя целую гармошку из пластин, как например, модуль памяти из европейского военного самолёта Panavia Tornado. Объём памяти модуля 32768 18-ти разрядных слов (72 килобайта).
Источник фото лот интернет-аукциона Ebay:
▍Плата ОЗУ ЭВМ 5Э26
Плата ОЗУ ЭВМ 5Э26 — вычислительной машины комплекса ПВО С-300. Ферритовые сердечники разделены на шесть отдельных больших групп-матриц, залиты защитным компаундом и закрытыми пластиковыми крышками (на фото большие плоские). Ёмкость ОЗУ составляет 4096 36-ти разрядных числе (32 информационных и 4 контрольных). Иными словами, объём памяти составляет 18 килобайт из которых 16 килобайт используется под данные, а остаток для коррекции ошибок. В состав ЭВМ входило от трёх до пяти плат.
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
Есть у меня в коллекции пара экспонатов, как говорят, «с историей». 30 июня 1975 года Советский Союз заключил контракт со шведской фирмой StanSaab на поставку пяти комплексов управления воздушным движением, которые начали работать 15 апреля 1981 года, как вычислительный комплекс TERCAS Moscow. Один из комплексов использовался не для реального регулирования воздушного движения, а обучения персонала. Полная конфигурация тренажёра состоит из четырёх пультов диспетчера круга, девяти пультов диспетчеров подхода, девятнадцати пультов пилотов-операторов, одного пульта руководителя упражнения и пульта технического контроля. В основе комплекса находился компьютер StanSaab Censor-932. В базовой модели это 32-разрядный параллельный компьютер архитектуры IBM 360, с 512 килобайтами оперативной памяти. Из-за тогдашних экспортных ограничений, американские комплектующие (в частности ферритовая память от компании FABRI-TEK) к комплексу пересылались в СССР шведами не вполне легально, а когда афера раскрылась, это привело к международному скандалу и большим финансовым потерям для компании StanSaab.
В 90-х годах московская система прошла модернизацию, но её вычислительные возможности уже не справлялись с обработкой возросших объёмов данных. Поэтому в 2011 году комплекс был заменён на российскую разработку производства «Алмаз-Антей», однако учебно-тренажёрная машина продолжала использоваться вплоть до 15 мая 2019 года, когда она была отключена от электропитания, и впоследствии, разобрана. Ну а мне подарили два ферритовых блока памяти от неё.
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.
Заключение
Закончить вторую часть я хочу несколькими фотографиями крупных планов запоминающих сердечников.
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
