Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 19/05/2019

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  Mémoires Magnétiques         Mémoires à Bulles Magnétiques       Bas de page


Mémoires Magnétiques - Mémoires à Bulles Magnétiques - Les Mémoires CCD :


4. - LES MÉMOIRES CCD

Les mémoires CCD sont moins utilisées que les mémoires précédentes. L'abréviation est formée des initiales de Charge-Coupled-Device (dispositif à couple de charge).

Il s'agit de dispositifs en technologie MOS constitués de nombreuses cellules capacitives reliées en série de manière à former des registres à décalage de type dynamique, semblables à ceux décrits dans la théorie 8.

La figure 51 présente le schéma synoptique d'une mémoire CCD d'une capacité de 16 384 bits.



Schema_synoptique_d_une_memoire_CCD.gif



La mémoire se compose de 64 registres rebouclés sur eux-mêmes, chacun formé de 256 cellules, donc en mesure de contenir 256 bits.

Les amplificateurs qui précèdent et qui suivent chaque registre ont pour tâche de régénérer les charges des cellules.

On ne peut accéder qu'un registre à la fois et la sélection du registre désiré s'effectue en envoyant une adresse sur 6 bits (26 = 64).

Les étages des registres contiennent les données sous forme de charges, matérialisation déjà rencontrée dans les RAM dynamiques.

Dans ce cas aussi, les charges doivent être périodiquement rafraîchies et les données sont sans cesse en mouvement.

Cela est assuré par les quatre signaux d'horloge désignés par f1, f2, f3 et f4.

Les avantages offerts par les mémoires CCD sont les suivants : grande capacité et coût relativement bas.

Le temps d'accès de ces mémoires est élevé ; car, du fait de leur structure il est nécessaire, pour lire ou écrire un bit par exemple, de sélectionner le registre qui le contient puis d'attendre que le bit en circulant, arrive jusqu'à la sortie du registre.

Rappelez-vous que les RAM, comme les ROM, sont des mémoires à accès aléatoire, c'est-à-dire que le temps nécessaire pour l'opération de lecture ou d'écriture est indépendant de la position physique, dans la matrice de la mémoire, de la cellule à laquelle on veut accéder.

Les mémoires CCD sont par contre à accès série, le temps mis par les bits pour être transférés d'une cellule à la suivante est à peu près celui d'un cycle dans une mémoire à accès aléatoire.

En conséquence, le temps d'accès d'une mémoire série avec 256 bits par registre (comme dans l'exemple précédent) est 256 fois le temps de cycle d'une mémoire à accès aléatoire.

Pour cette raison, les mémoires CCD ne sont pas en mesure de concurrencer les mémoires RAM, mais peuvent être considérées comme mémoires de remplacement de grande capacité pour ordinateurs ; dans ce cas, elles sont appelées mémoires de masse.

HAUT DE PAGE 5. - MÉMOIRES MAGNÉTIQUES

Elles sont de deux types : les mémoires à tores, anciennes, et les mémoires à bulles qui sont appelées à un brillant avenir.

5. 1. - MÉMOIRES A TORES DE FERRITE

Ces mémoires RAM non volatiles ont été très utilisées ; mais la complexité de leur fabrication, leur coût et leur encombrement les ont fait progressivement abandonner.

5. 1. 1. - PRINCIPE

Certains ferrites de cuivre et de manganèse (ferroxcube) présentent deux caractéristiques très intéressantes. Leur champ coercitif (Hc), c'est-à-dire le champ pour lequel la magnétisation s'annule, est très faible. D'autre part, le cycle d'hystérésis de ces ferrites est quasi rectangulaire (figure 52-a).



Cycle_hysteresis_des_ferrites_pour_la_realisation_des_tores.gif



Il suffit donc de prendre des conventions logiques :

Écriture : L'état 0 sera donné par le sens du champ magnétique engendré par un courant circulant dans le sens de la flèche dessinée sur l'enroulement L1 de la figure 53 et par conséquent de l'induction rémanente + Br résultant de ce champ. Le tore sera à l'état 1 lorsque le sens de l'induction sera l'inverse de celui nécessaire pour produire l'état 0.

Tore_de_ferrite_2_enroulements_L1_et_L2.gif

Lecture : Faisons parcourir l'enroulement L1 par un courant I. Ce courant produit un champ magnétique. Selon l'état initial de magnétisation du tore, deux choses peuvent se produire :

      Si le tore était à l'origine dans l'état d'induction rémanent + Br (état 0) sa perméabilité est faible et, si le cycle d'hystérésis du ferrite est parfaitement rectangulaire, comme représenté figure 52-b, on ne recueillera aucune tension aux bornes de l'enroulement L2.

     Si au contraire, l'état initial du tore était à l'état 1, le champ induit, s'il a une valeur au moins égale à Hm, provoque le basculement de l'état magnétique de ce tore dans l'état 0. Ce faisant, le point de fonctionnement va traverser une zone à forte perméabilité de la caractéristique du ferrite, d'où il résultera une variation de flux qui engendrera aux bornes de l'enroulement L2 une force électromotrice.

5. 1. 2. - RACCORDEMENTS ET UTILISATION

Nous avons vu que pour faire basculer un tore magnétique à cycle d'hystérésis rectangulaire de l'état 0 (+ Br) à l'état 1 (- Br), il faut un champ ou une force magnétomotrice au moins égale à Hm.

Si pour produire un champ Hm, il faut un courant Im parcourant un fil, il faudra si l'on utilise deux enroulements, deux courants Im / 2 de même sens. On n'obtiendra ainsi le basculement du tore que si les deux enroulements sont alimentés simultanément par une impulsion de courant Im / 2.

Ce principe de coïncidence des courants est celui utilisé dans les mémoires magnétiques.

Le schéma de la figure 54 montre la structure d'une mémoire à tores de ferrite. On y voit une matrice à 9 tores de ferrite. Dans la réalité, ces mémoires en comportent des milliers.

Ce système permet de mémoriser 9 bits.

Structure_d_une_memoire_a_tores_de_ferrite.gif

Les tores sont disposés selon des rangées et des colonnes. Pour accéder à l'un de ces tores pour lire ou écrire, on envoie simultanément une impulsion sur le fil des rangées (Y) et sur celui des colonnes (X).

Prenons par exemple le tore situé à l'intersection de la rangée b et de la colonne 2. Supposons qu'à l'origine tous les tores de la matrice soient à l'état 0. Si nous envoyons à la fois dans les deux fils une impulsion de courant au moins égale à Im, le tore bascule à l'état 1. Si maintenant nous faisons parcourir les deux mêmes fils par un courant de sens inverse, le tore va rebasculer dans l'état 0 et le fil de test qui traverse tous les tores de la matrice sera le siège d'une impulsion résultant de la lecture de l'information contenue en mémoire.

Nous voyons que la lecture de la mémoire est destructive, c'est-à-dire que l'information est perdue après chaque lecture ; il est donc nécessaire dans cette technologie, de réécrire l'information après chaque lecture.

Dans les systèmes proposés par les constructeurs, au lieu d'inverser le sens des impulsions dans une paire de fils pour la lecture et l'écriture de l'information, on utilise deux fils verticaux et deux fils horizontaux alimentés en sens inverse. Une paire est spécialisée pour l'écriture et l'autre pour la lecture. Pour réécrire l'information après lecture, il suffit donc de réinjecter sur les fils d'écriture une impulsion légèrement retardée par rapport à celle de lecture.

La figure 55 représente le schéma synoptique d'un tel dispositif de réécriture.

Synoptique_d_un_systeme_lecture_ecriture_dans_un_tore.gif

La figure 56 donne un exemple de circuit de commande de tores par transistors tels qu'il était utilisé.

Circuit_de_commande_a_transistors_d_un_tore.gif

HAUT DE PAGE 5. 2. - LES MÉMOIRES A BULLES MAGNÉTIQUES

Les mémoires à bulles magnétiques sont, tout comme les mémoires CCD, des mémoires à accès série.

5. 2. 1. - BULLE MAGNÉTIQUE

Dans un matériau magnétique en couche mince, les zones aimantées prennent des allures quelconques et se répartissent de manière aléatoire ; toutefois, si l'on applique un champ magnétique extérieur, perpendiculaire croissant, ces zones se rétrécissent jusqu'à former de minuscules cylindres (figure 57).

Effet_d_un_champ_magnetique_sur_un_materiau_en_couche_mince.gif

Ces cylindres, que l'on brise par un champ magnétique inverse, constituent des «bulles magnétiques» et peuvent servir à mémoriser des informations.

5. 2. 2. - DESCRIPTION DES MÉMOIRES A BULLES

La figure 58 représente une mémoire à bulles vue en coupe.

Memoire_a_bulles_vue_en_coupe.gif

Les bulles de 2 µm de diamètre circulent dans la couche magnétique mince (2 à 3 µm) déposée sur un substrat non magnétique (généralement un grenat d'yttrium gadolinium ou de verre).

Le champ magnétique permanent extérieur, perpendiculaire au plan de la mémoire, est indispensable à l'existence des bulles. Il est fourni par un jeu d'aimants permanents.

Un champ magnétique tournant est fourni par deux petits enroulements orthogonaux en fils d'aluminium. Ce champ magnétique tournant très faible par rapport au champ magnétique permanent, dit de stabilisation, permet de faire circuler les bulles (figure 59).

Memoire_a_bulles_et_champs_magnetiques.gif

Les bulles sont guidées dans leurs déplacements par un guide en Permalloy dont les motifs varient suivant les constructeurs (figure 60).

Differents_motifs_en_Permalloy.gif

5. 2. 3. - FONCTIONNEMENT DES MÉMOIRES A BULLES

Une mémoire à bulles est constituée d'une sorte de registre à décalage rebouclé sur lui-même dans lequel une bulle représente un bit 1 et son absence, un bit 0.

Pour écrire en mémoire, il faudra donc créer des bulles.

Pour lire, il faudra détecter la présence des bulles. Mais il faudra attendre que les bulles correspondant à l'adresse choisie défilent dans le détecteur de bulles du fait de l'accès séquentiel de la mémoire, d'où la nécessité de les faire circuler.

On réalise tout cela en organisant différents trajets en anneaux ou en boucles grâce aux guides en Permalloy.

La figure 61 montre l'organisation d'une mémoire à bulles.

Memoire_a_bulles_magnetiques_de_capacite_100637_bits.gif

Afin d'augmenter la capacité de ces mémoires, on ajoute à l'anneau principal des anneaux secondaires qui sont de petits registres en anneau dans lesquels circulent les bulles.

Pour lire la mémoire, il faudra sélectionner l'anneau secondaire, transférer les données de celui-ci dans l'anneau principal puis lire les données en série.

Nous voyons sur la figure 61 qu'il est nécessaire pour lire une information de dupliquer la bulle.

En effet, la lecture étant destructive, on fabrique grâce à un circuit approprié un double de celle-ci et c'est cette nouvelle bulle qui passe dans le circuit de lecture alors que celle d'origine continue à tourner dans la boucle principale.

La détection de la bulle proprement dite s'effectue au moyen d'un pont de magnéto-résistances. La bulle, en passant sur une magnéto-résistance, produit alors une impulsion de tension.

Le transfert de la bulle d'une boucle secondaire à la boucle principale est réalisé grâce à un circuit spécialisé appelé poste de transfert et dont le principe ressemble à celui du circuit de duplication.

5. 2. 4. - PROPRIÉTÉS DES MÉMOIRES A BULLES

Les mémoires à bulles magnétiques présentent l'avantage de posséder une grande capacité (de l'ordre de un million de bits) sous un faible volume mais ont un temps d'accès élevé (10 à 50 ms).

Elles sont appelées à remplacer les mémoires de masse à disques magnétiques du fait de leur grande fiabilité, de leur faible poids et de leur volume restreint.

La mémoire donnée en exemple à la figure 61 comprend 157 boucles secondaires de 641 bulles chacune, soit 100 637 bits.

Certaines mémoires comprennent plusieurs boucles principales, on dit qu'elles ont plusieurs pages.

Les mémoires à bulles disponibles dans le commerce sont conditionnées en cassettes comprenant l'ensemble des circuits nécessaires à leur fonctionnement. Leur capacité varie de 60K octets à 4M octets, leur temps d'accès est de quelques dizaines de ms.

Avec les mémoires à bulles s'achève ce panorama des mémoires. Dans la prochaine théorie 13, vous pourrez voir les réseaux logiques programmables qui, dans certains cas, peuvent avantageusement remplacer les mémoires ROM car ils sont moins coûteux.



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