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.
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.
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).
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.
Lecture :
Faisons parcourir
l'enroulement L1 par un courantI. 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.
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.
La figure 56 donne un exemple de
circuit de commande de tores par transistors tels qu'il était utilisé.
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).
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.
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).
Les bulles sont guidées dans leurs
déplacements par un guide en Permalloy dont les motifs varient suivant les
constructeurs (figure 60).
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.
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.
Mémoires Magnétiques
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.
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