Книга рассчитана на инженеров, работающих в области автоматики и вычислительной техники, а также на научных работников, аспирантов и студентов старших курсов высших учебных заведений соответствующего профиля.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Различные технические средства хранения дискретной информации (запоминающие устройства, или, сокращенно, ЗУ) находят все более широкое применение во многих областях науки и техники. Они используются для накопления информации в технике проводной и радиосвязи, в радиолокации, в системах автоматики и телеуправления и т. д. Решающее значение запоминающие устройства имеют для вычислительной техники, где их емкостью, скоростью работы и другими параметрами в значительной степени определяются математические возможности, быстродействие, габариты и экономичность цифровых вычислительных машин.
Наиболее перспективным типом запоминающих устройств на ближайшие годы являются устройства, основанные на использовании свойств ферромагнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса. В этих устройствах удачно сочетаются большая скорость работы, экономичность, малые габариты, высокая надежность и технологичность изготовления.
Наряду с обычной формой ферромагнитных элементов с прямоугольной петлей гистерезиса в виде тороидальных колец в последние годы разработан ряд новых конструкций таких элементов — пластины, многоотверстные сердечники (трансфлюксоры), магнитные пленки, твисторы и т. д. Весьма велико также количество различных схемных решений запоминающих устройств, построенных на этих элементах.
Все сказанное ставит перед научными и инженерно-техническими работниками задачу глубокого изучения процессов в запоминающих устройствах и ознакомления с методами их расчета, проектирования, исследования и эксплуатации.
Однако решение этой серьезной задачи затрудняется тем, что материалы по различным аспектам проектирования и работы запоминающих устройств на ферромагнитных элементах распылены в очень большом количестве статей в отечественной и зарубежной периодической литературе и в отдельных главах весьма немногочисленных книг.
В настоящей книге автор делает попытку восполнить этот недостаток и дать читателю по возможности полное изложение физических основ и технических решений современных оперативных
1* 3
быстродействующих запоминающих устройств, построенных на элементах из ферромагнитных материалов.
Книга разделена на четыре части.
В первой части излагаются вопросы теории перемагничивания и технологии простейших ферромагнитных тороидальных сердечников, которые являются в настоящее время наиболее распространенными элементами оперативных запоминающих устройств.
Вторая часть посвящена описанию запоминающих устройств на ферритовых сердечниках, пластинах и некоторым методам усовершенствования работы этих устройств.
В третьей части приводятся сведения о принципах работы, теории и конструкциях некоторых новых запоминающих элементов — трансфлюксоров, твисторов и тонких магнитных пленок — и характеристики запоминающих устройств, построенных на этих элементах.
Четвертая часть включает описание ферромагнитных постоянных запоминающих устройств и схем управления запоминающими устройствами.
Описание каждого из перечисленных видов запоминающих элементов и устройств, построенных на них, как правило, включает в себя рассмотрение физических принципов их действия и основные сведения о технологии и конструкциях, технических характеристиках и перспективах дальнейшего применения в вычислительной технике.
Предлагаемая читателю книга является результатом изучения и критического анализа большого количества литературных источников, а также итогом некоторых работ по исследованию запоминающих устройств, проводившихся автором и его сотрудниками. По просьбе автора шестая глава книги написана в основном Р. А. Лашевским, которому он выражает признательность за сотрудничество.
Автор считает своим долгом выразить благодарность всем прочитавшим отдельные главы рукописи и давшим ряд весьма полезных советов, а также Н. В. Крайзмер и В. 3. Гордон, оказавшим неоценимую помощь в подготовке рукописи и графического материала. Автор выражает также глубокую признательность рецензенту Э. И. Гитису и редактору А. Ф. Чивилеву, кропотливая работа которых содействовала улучшению книги.
Все критические замечания об имеющихся в книге недостатках автор просит направлять по адресу: Ленинград, Д-41, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».
Автор
СОДЕРЖАНИЕ
Принятые обозначения .................... 8
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ СЕРДЕЧНИКИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Глава первая. Элементарные сведения по ферромагнетизму ...... 11
1-1. Магнитные свойства веществ ................. —
1-2. О природе ферромагнетизма.................. 14
1-3. Магнитный гистерезис ..................... 19
1-4. Анизотропия формы и размагничивающий фактор...... 24
1-5. Магнитострикция ........................ 25
Глава вторая. Основные характеристики ферромагнитных элементов с прямоугольной петлей гистерезиса и процессы их импульсного перемагничивания........................... 26
2-1. Принципы запоминания информации ферромагнитными
элементами ........................... —
2-2. Статические петли гистерезиса ферромагнитных сердечников 31
2-3. Динамические характеристики ферромагнитных сердечников. 42
2-4. Импульсное перемагничивание сердечников ......... 46
2-5. Потери в сердечнике при перемагничивании......... 63
2-6. Магнитный сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса как
элемент электрической цепи.................. 65
2-7. Перемагничивание сердечников по несимметричным циклам.. 69
Глава третья. Технология изготовления, характеристики и испытания
ферромагнитных сердечников.................... 72
3-1. Ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса......... —
3-2. Технология изготовления ферритовых сердечников...... 76
3-3. Некоторые типоразмеры и характеристики ферритовых
- сердечников ........................... 78
3-4. Ленточные сердечники..................... 82
3-5. Методы и аппаратура для измерения характеристик и разбраковки запоминающих сердечников ............ 86
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НА ФЕРРИТОВЫХ СЕРДЕЧНИКАХ
И ПЛАСТИНАХ
Глава четвертая. Запоминающие устройства с совпадением токов..... 98
4-1. Общие принципы построения запоминающих устройств на
ферритовых сердечниках.................... —
4-2. Особенности работы запоминающих устройств с совпадением
токов..........,................... Ю6
5
4-3. Помехи в запоминающем устройстве с совпадением токов и методы повышения помехоустойчивости ............ 110
4-4. Способы прошивки матриц обмоткой считывания....... 120
• 4-5. Методы повышения коэффициента селекции. Многокоординатные запоминающие устройства ................ 124
Глава пятая. Запоминающие устройства с непосредственной выборкой 129
5-1. Особенности работы запоминающих устройств с непосредственной выборкой....................... —
5-2. Координатные сетки запоминающих устройств с непосредственной выборкой ....................... 138
5-3. Сравнение схем запоминающих устройств с совпадением токов
и с непосредственной выборкой................ 144
Глава шестая. Запоминающие устройства на ферритовых пластинах 147
6-1. Многоотверстная ферритовая пластина как носитель информации............................... —
6-2. Некоторые вопросы технологии многоотверстных ферритовых
пластин ............................. 150
6-3. Геометрия многоотверстных ферритовых пластин ...... 155
6-4. Магнитный дешифратор на многоотверстных ферритовых
пластинах............................ 164
6-5. Некоторые типы запоминающих устройств на многоотверстных
ферритовых пластинах ..................... 167
Глава седьмая. Усовершенствованные методы хранения, записи и считывания информации........................... 172
7-1. Общие соображения о путях совершенствования ферромагнитных запоминающих устройств............... —
7-2. Запоминающие устройства с разделением функций селекции
и хранения ........................... 175
7-3. Неразрушающее считывание поперечным полем (вопросы
теории) ............................. 179
7-4. Элементы с неразрушающим считыванием поперечным полем . 183 7-5. Неразрушающее считывание короткими импульсами . : . . . 188
7-6. Высокочастотные методы считывания и записи........ 191
7-7. Элементы с перемагничиванием по частным циклам гистерезиса............................ 199
7-8. О построении запоминающих устройств с использованием
«идеальной» петли гистерезиса ................ 203
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ НОВЫЕ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Глава восьмая. Элементы ? перераспределением потока (трансфлюксоры) 205
8-1. Принцип работы двухотверстных элементов с перераспределением потока........................... —
8-2. Расчет геометрии двухотверстного трансфлюксора...... 213
8-3. Характеристики трансфлюксоров ............... '217
8-4. Запоминающие устройства на двухотверстных трансфлюксорах 222
8-5. Трехотверстные элементы с перераспределением потока . . . 228
Глава девятая. Твисторы......................... 236
9-1. Физические принципы работы твистора ........... —
9-2. Анализ процессов переключения твистора.......... 238
6
9-3. Некоторые вопросы изготовления твисторов ........ 246
9-4. Запоминающие устройства на твисторах .......... 249
Глава десятая. Тонкие магнитные пленки "................ 254
10-1. Общие сведения о запоминающих элементах на тонких магнитных пленках ........................ —
10-2. Элементы теории перемагничивания пленок.......... 256
10-3. Некоторые сведения о технологии изготовления тонких магнитных пленок ........................ 266
10-4. Методы и аппаратура для исследования и измерения характеристик пленочных элементов ................ 270
10-5. Запись и считывание информации в пленочных элементах . . 279
10-6. Конструкции пленочных запоминающих элементов и выбор
их геометрии ......................... 287
10-7. Запоминающие устройства на магнитных пленках...... 294
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
ПОСТОЯННЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Глава одиннадцатая. Постоянные запоминающие устройства...... . 300
11-1. Назначение и особенности постоянных запоминающих устройств .............................. —
11-2. Постоянные запоминающие устройства с одним сердечником
на разряд ........................... 302
11-3. Постоянные запоминающие устройства с повышенным коэффициентом информационного заполнения сердечников . . . 307
11-4. Полупостоянные запоминающие устройства......... 316
Глава двенадцатая. Схемы управления запоминающих устройств..... 323
Т2-1. Общие сведения о схемах управления ........... •—
12-2. Дешифраторы ......................... 326
12-3. Усилители считывания и формирователи .......... 338
Литература ............................. 349
Цена: 300руб.
