Вот уже несколько лет я коллекционирую образцы отечественных ферритовых запоминающих устройств. Данная статья, первая часть из планируемых трёх, посвящена обзору оперативной памяти на тороидальных магнитных сердечниках, но не со стороны исторической справки или физических принципов хранения информации, а со стороны технического устройства и инженерных решений, лежащих в конструкциях матриц, пластин, собираемых из них кубов, кассет и блоков памяти.
Летом 2013 года, на руинах расформированной военной части близ посёлка Амдерма, я нашёл красивую и непонятную, как я тогда подумал, радиодеталь, которую принял за трансформатор из-за обилия медных проводов. Тогда я лишь подивился виду красивой детальки и, так и не разобравшись что это, оставил где нашёл. Через два года после того случая, я вновь случайно нашёл несколько кубов памяти другого вида, забрал с собой и дома, я таки понял, что это за штуки. Кубы поразили меня обилием мелких деталей и кропотливостью изготовления. Похожее ощущение вызывает созерцание точной механики часов и автоматических коробок передач «в разрезе» на автосалонах, а знание того, что это ещё и деталь компьютера усилило визуальный экстаз, ферритовая память стала для меня эдакой Толкиеновской «моя преллесть».
Найденные кубы я оставил себе, а заодно вспомнил про оставленную первую находку. Через некоторое время нашёлся товарищ, который привёз его для меня из тех руин. Вот так началось моё увлечение ферритовой памятью и с тех пор я что-то находил лично, что-то менял и покупал. Коллекционеров её в России немного, но есть. Есть образцы в различных IT-музеях (я даже составляю список того что и где можно увидеть). В настоящее время в моей коллекции около ста различных экспонатов, в подавляющем большинстве отечественного производства. Зарубежные образцы тоже имеются, но все они были найдены на территории бывшего СССР. К слову, собираю я только такую память, где единицу хранения бита можно увидеть невооружённым глазом и потрогать руками.
Целью моего коллекционирования (помимо любования, конечно), является составление каталога производившихся ферритовых матриц и блоков памяти различных устройств, включая описания и фотографии. Кроме этого, интересна систематизация большого многообразия конструкций ферритовой памяти. Подключение какого-нибудь куба к современному компьютеру в качестве «флешки» не является первоочередной задачей, хотя это было бы весьма интересно.
Под конструкцией ферритового запоминающего устройства понимается пригодная для повторения в производстве сложная композиция большого числа соединённых между собой элементов, обладающих заданными свойствами в условиях внешних воздействий. Имея набор ферритовых сердечников и прошивочных проводов можно создавать устройства различной сложности. Прошитые сердечники образуют группы, которые объединяются в ферритовые матрицы или пластины, которые далее становятся более крупными элементами, такими как кубы, коврики или кассеты памяти. Следующим этапом начинают добавляться элементы защиты от внешних воздействий, корпус и электроника обрамления, получая блок памяти. Несколько блоков, продолжая процесс укрупнения, образуют модуль памяти. Модуль памяти, включая в себя соответствующую электронную часть и корпус, становится запоминающим устройством, функциональным узлом вычислительной машины.
Разнообразие конструкций блоков ферритовой памяти можно продемонстрировать вышеприведённой схемой взятой из образовательного диафильма.
Начну с ферритовых матриц. Классическая конструкция — рамка из полимера, внутри которой, по четырём сторонам, запрессованы электрические выводы. В общем случае, рамки выпускаются заводом «пустыми», рамка получает наименование модели, определяемое лишь формой, геометрическими размерами и числом выводов. Затем, внутри рамки создаётся структура из прошивочных проводов, на пересечениях которых висят в воздухе ферритовые колечки — рождается ферритовая матрица. Сборка матрицы может происходить как в том же месте, где выпускают рамки, так и совершенно другом.
Именно здесь и начинается разнообразие. В зависимости от конструкции вычислительной техники, для одной модели рамки, разработчики могут выбирать размеры, марку ферритовых сердечников и варианты прошивки. Визуально это выражается разными «рисунками переплетения» проводов, числом групп и ориентацией соседних сердечников относительно друг друга. После сборки матрица получает собственное название.
Ниже приведу несколько примеров матриц с одинаковой рамкой, но разными прошивками.
Рамка называется М-1 (отштамповано на ней), её размеры 10 на 10 сантиметров. На торце рамок присутствуют рукописные надписи, определяющие уже матрицу. Версия на 128 колечек называется МЭ-5, использовалась в контроллере АЦПУ-128 из состава ЭВМ серии «Урал».
На основе одной из самых крупных советских рамок М-3-2П, размером 25 на 25 сантиметров была создана матрица МЭ-10. Содержит 16384 сердечника, применялась в кубах памяти ЭВМ «Урал-11».
Использовалась в измерительной установке для определения состава почвогрунта. Размеры рамки 6.5 на 6.5 сантиметров, содержит 100 (очень крупных) сердечников.
Применялась в ЭВМ БЭСМ-4, размеры рамки 18 на 18 сантиметров, содержит 4096 сердечников, распределённых в 16 групп. Рамка собирается из четырёх отдельных элементов внахлёст, элементы скреплены между собой болтиками и металлическими накладками.
Из куба памяти специального вычислителя разработки ВНИИА. Обладает рамкой прямоугольной формы, размеры 8.7 на 7.7 сантиметра, 1024 сердечника в двух группах. Рамка собирается из двух половинок с П-образным профилем. Источник фото коллекция Paolo Cuzzi.
Стоит отдельно упомянуть, про рамки, в которых провода с сердечниками натянуты не внутри одной рамки, а между двух одинаковых. Характерная черта таких рамок — четыре крупных резьбовых соединения по углам.
От вспомогательных систем ЭВМ Минск-32. Размеры рамки 9.7 см на 9.7 см, содержит 612 сердечников, разделённых на четыре группы.
Матрицы (хотя официально это кассеты) подобного типа (но крупнее) использовались так же в ЭВМ М-20, «Наири» и БЭСМ-2. Рамка изготовлена из текстолита, углы усилены металлическими скобами. С двух боковых сторон стояли защитные крышки. С одного торца расположены два направляющих штыря для упрощения монтажа, а на другом две ручки, которыми рамка крепилась к стойке. Часть пространства внутри рамки занимают ферритовые дроссели.
Колечкам не обязательно висеть в воздухе. Их можно разместить на текстолитовой пластине, зажав последнюю между двух типовых рамок, тем самым получив двустороннюю матрицу с удвоенным объёмом хранимой памяти, при практически тех же габаритах. Вдобавок, это увеличивает механическую прочность конструкции.
Состоит из двух, уже упоминавшихся выше, рамок М-1. Содержит 8192 сердечника, по 4096 штук с каждой стороны.
Схожая конструкция и у другой матрицы (её официальное название не известно). Рамки скреплены резьбовыми соединениями. Размеры 12 см на 12 см. Содержит 8192 сердечника, по 4096 штук с каждой стороны.
Размеры 7.5 см на 7.5 см. Двухсторонняя, полностью литая неразборная пластиковая конструкция. На каждой стороне по 1024 сердечника. Эта не симметричная рамка производилась на Ереванском опытном заводе «Феррит».
Следующим этапом по увеличению надёжности ферритовых матриц является заливка колечек защитным компаундом. Это увеличивает вибростойкость и предохраняет колечки от случайных механических повреждений. Такие решения часто встречаются в военной аппаратуре. Могут быть односторонними и двусторонними.
Размеры рамки 8.5 см на 8.5 см. Двухсторонняя. Содержит 512 запоминающих сердечников, по 256 с каждой стороны. Матрица залита прозрачным защитным силиконовым компаундом. Применялась в приборе Р-063 терминального оборудования связи ВМФ.
Компаунд не обязательно должен быть прозрачным, как, например, у матрицы БМ3.299.070, применявшейся в оборудовании АСУ ПВО.
Матрица состава ОЗУ ЭВМ М4-2М. Обладает металлической рамкой с дополнительным ребром жёсткости (на фотографии оно с другой стороны). Размеры рамки 23 см на 23 см. Содержит 4096 сердечников, которые уложены осями вдоль плоскости пластины. Матрица залита прозрачным защитным силиконовым компаундом. К ней мы ещё вернёмся ниже.
Как уже упоминалось выше, плоские матрицы можно собрать в трёхмерные пакеты — кубы памяти. Хотя ничего не мешает распаять на плате одну-единственную матрицу.
Блок памяти на 1024 сердечника, содержащий одну-единственную матрицу МП-1. Применялся в электронной фактурной машине ЭФМ-446М.
Но обычно, кубы памяти состоят из гораздо большего числа матриц (мне попадалось максимум 52 штуки), а рамок может быть ещё больше. Было бы неправильно рассматривать в кубах только матрицы, забыв об электронной части, разъёмов и корпуса, поскольку они могут играть важную роль в конструкции. Так, торцы кубов часто прикрываются платами/глухими рамками с электроникой обрамления (группы диодов или интегральных диодных сборок). В других случаях, используют защитные пластины из металла и пластика.
Применялся УВМ «Днепр». Восемь матриц составляют куб, каждая матрица занимает свою печатную плату, а платы собраны этажеркой на некотором расстоянии друг от друга. Сами ферритовые матрицы спроектированы по структуре 2D, где для хранения одного бита требуется два сердечника. Всего куб может хранить 512 26-разрядных слов (1664 байта), не считая контрольных разрядов.
В кубе памяти ЭВМ М4-2М матрицы не только спаяны друг с другом выводами, но и дополнительно закреплены болтами на внешнем корпусе куба.
Распайка выводов матриц производится электрическими проводами, для удобства длинные провода скручивают в жгуты. Концы этих проводов оканчиваются разъёмами подключающими куб к вычислительному устройству, но возможна и прямая распайка небольшого куба на печатной плате.
Куб, вероятно, их некого научного оборудования. С разных сторон куба отходят жгуты разноцветных проводов, заканчивающиеся шестнадцатью разъёмами. Запоминающая часть состоит из 20 ферритовых пластин, каждая из которых содержит 1024 сердечника. Общий объём памяти куба 2.5 килобайта.
Конечно, разъёмы в таком количестве не должны хаотично топорщиться в разные стороны, а собираются в блок из нескольких рядом, соединительные провода аккуратно прижимаются к кубу (просто куб достался уже в таком виде). Для примера «как надо делать» продемонстрирую куб производства завода «Счётмаш».
Куб состоит из 20 ферритовых пластин типа МЭ-5, каждая из которых содержит 128 сердечников. Полный объем памяти куба 320 байт. Мало для ОЗУ ЭВМ, но для памяти контроллера принтера АЦПУ-128-3М (или иной модификации) вполне достаточно.
Приведу ещё несколько примеров кубов с краткими описаниями, преимущественно из матриц, что упоминал ранее. Объёмы памяти не буду выражать в количестве сколки-то разрядных слов, а сведу к байтам и килобайтам, для упрощения вычислений в уме.
Куб аппаратуры АСУ ПВО. Состоит из 20 ферритовых матриц М-4, каждая из которых содержит 1024 сердечника. Полный объем памяти куба 2.5 килобайта. Оба торца прикрыты прозрачными окошечками из оргстекла.
Куб специального вычислителя разработки ВНИИА. Матрицу Т62 от него рассматривали выше. Состоит из 25 ферритовых матриц, каждая из которых содержит 1024 сердечника. Торцы закрываются алюминиевыми крышечками. Полный объем куба 3200 байт.
Куб БП-20 (Блок Памяти). Такие кубы использовались в вычислительных комплексах семейства СМ-2 (М-6000/М-7000 АСВТ-М). Конструктивно куб выполнен в виде пакета, состоящего из 18 ферритовых матриц 1M2-Б по 4096 сердечников каждая из 4-х однотипных плат диодных матриц. (на фото они видны, их тыльные части). Объём памяти 9 килобайт. Производился различными заводами. БП-20 из самых часто встречающихся кубов в компьютерных музеях на территории СНГ.
Кубы на матрицах с условным названием «Саратов-2». Каждый куб содержит 14 ферритовых матриц, по 4096 сердечников в каждой, что даёт 7 килобайт хранимых данных. Торцы куба закрыты печатными платами с диодами системы выбора адреса (МСП — Матрица Селекторная Памяти). Кроме того, через эти платы осуществляется подключение куба к стойке ЭВМ. Использовался, по меньшей мере, в 12-разрядных ЭВМ «Саратов-2». Как и предыдущий куб БП-20, встречается очень часто c вариациями форм пластиковых «ушек».
Большие кубы на 52 ферритовые матрицы типа «Саратов-2», по 26 килобайт хранимой памяти каждый. К сожалению, где они использовались, не известно. По числу матриц, подходит ЭВМ БЭСМ-6, но, насколько мне известно, в ней использовали более крупные матрицы на рамках М-3-2П.
Куб неизвестного (более чем уверен, что военного) происхождения, состоящий из 18 залитых компаундом, ферритовых матриц МЗ-2. Полный объём памяти куба 18 килобайт. Торцевые платы с диодами, скорее всего, были выломаны, компаунд частично повреждён.
Некоторым ферритовым сердечникам требуется стабильная температура для сохранения рабочих характеристик, вне зависимости от температуры окружающей среды. Для этой цели кубы памяти делают термостатированными, а именно матрицы помещают в теплоизолирующий корпус, а окружающей их теплопроводной средой может быть как техническое масло, так и обычная атмосфера. Кроме того, нужны нагревательные элементы. В одних моделях кубов это провода или фольга, размещаемые, как между запоминающих матриц, так и внутри них. В других нагревается часть корпуса. Контроль и поддержание заданной температуры осуществляется с помощью термореле, ртутных термоконтакторов или терморезисторов.
Несмотря на то, что стойка с кубами должна была функционировать внутри отапливаемого здания вычислительного центра, для поддержания стабильного температурного режима работы, технически проще воздух внутри корпуса куба нагреть, корпус утеплить, а затем лишь поддерживать заданную температуру. Рассмотрим это на примере куба памяти системы 5Ц19 «Резеда», предназначенной для обмена данными между вычислительными центрами СПРН и ОКИК.
Куб У-5468 использовался в контроллере АЦПУ У-546 из состава ЭВМ «Урал-11». Состоит из десяти матриц МЭ-5, закреплённых в металлическом шасси. Каждая пластина содержит 128 сердечников. Объём хранимой памяти 1280 бит.
Уже упоминавшийся ранее, куб памяти ЭВМ М4-2М. Состоит из 32-х матриц, залитых прозрачным защитным компаундом. Каждая матрица содержит 4096 сердечников, при общем объёме памяти в 16 килобайт.
Магнитное оперативное запоминающее устройство из состава ЦВМ «Пламя-КВ», комплекса ПВО С-200. На куб надевается термостат, а сверху пластиковый корпус. На термостате расположены два регулятора температуры.
В качестве запоминающих элементов не обязательно должны использоваться отдельные сердечники. Если в цельной пластине из феррита прорезать отверстия и подсоединить с ним провода прошивки, то зоны вокруг отверстий смогут намагничиваться в двух разных состояниях, тем самым кодируя логический 0 или 1. Обычно, такие пластины не заключают в рамки, размещая пакет (или несколько пакетов) пластин в общем корпусе. Технология позволяет получать лёгкие малогабаритные кубы с высокими антивибрационными характеристиками.
Самый наглядный пример куба такого типа, уже упоминавшийся выше куб из ОЗУ ЦВМ «Пламя-КВ». Куб может хранить 128 16-разрядных чисел или 256 байт.
На фотографии видны отверстия в пластинах (торец самих пластин прикрыт защитной прокладкой).
Так же стоит упомянуть куб КП 128/17-M70. Возможно, это чаще всего упоминающийся куб в Рунете. Позволяет хранить 128 17-разрядных слов, а М70 марка применяющегося в нём феррита. Куб применялся, в частности, в качестве оперативной памяти различных морских ЦВМ.
Неразборная конструкция представляет собой параллелепипед в нижней части которого расположены электрические ножки-выводы, а внутри пакеты запоминающих пластин, дешифратор и соединительные шлейфы, залитые защитным компаундом. Объём хранимой памяти 272 байта. Существуют, по меньшей мере, две модифицации таких кубов, отличающиеся используемым для сердечников материалом — либо М70, либо 1М, причём 1М это самые ранние модели.
Гораздо менее известен его «младший собрат» — Куб КП-128/22 (в составе микросборки 4СЯ-20). Куб очень маленький, без учёта ширины торцевых крышек его размеры составляют 16x20x22 мм. Применялся в оборудовании космических аппаратов, в частности военных спутниках видовой разведки «Янтарь-4КС1», куда устанавливался блоками по 8 штук на общем шасси.
Кубы серии КП-III-XXX/19 — дальнейшее развитие идеи малогабаритных интегральных кубов памяти, где XXX число хранимых 19-разрядных слов. Кубы собираются из однотипных запоминающих кассет (К-III-32/19), каждая из которых может хранить 32 слова (608 байт без учёта контрольных разрядов). Соединяя несколько кассет вместе, можно получать различный объём памяти. Обычно встречается вариант из 16 кассет на 512 слов, но мне попадались фотографии версий на 8 и 4 кассеты. Последние, кстати, бывают двух видов исполнения. В «классическом» виде диодные сборки встроены в саму кассету, а в другой выполнены в виде внешних элементов.
«Классическая» версия куба КП-III-512/19Б, заключённая во внешний корпус с разъёмами подключения. Использовался в блоке ОЗУ УВМ (Управляющая Вычислительная Машина) «Электроника-К200».
Статья вышла достаточно объёмной, при этом я не затронул многих вещей, например, феррит-транзисторные ячейки или варианты взаимной ориентации сердечников в матрице. Вторая часть статьи будет посвящена нетипичным инженерным решениям в конструкциях кубов памяти, ферритовым пластинам, коврикам и эстетике мелких колечек.
Как возникла моя коллекция
Летом 2013 года, на руинах расформированной военной части близ посёлка Амдерма, я нашёл красивую и непонятную, как я тогда подумал, радиодеталь, которую принял за трансформатор из-за обилия медных проводов. Тогда я лишь подивился виду красивой детальки и, так и не разобравшись что это, оставил где нашёл. Через два года после того случая, я вновь случайно нашёл несколько кубов памяти другого вида, забрал с собой и дома, я таки понял, что это за штуки. Кубы поразили меня обилием мелких деталей и кропотливостью изготовления. Похожее ощущение вызывает созерцание точной механики часов и автоматических коробок передач «в разрезе» на автосалонах, а знание того, что это ещё и деталь компьютера усилило визуальный экстаз, ферритовая память стала для меня эдакой Толкиеновской «моя преллесть».
Найденные кубы я оставил себе, а заодно вспомнил про оставленную первую находку. Через некоторое время нашёлся товарищ, который привёз его для меня из тех руин. Вот так началось моё увлечение ферритовой памятью и с тех пор я что-то находил лично, что-то менял и покупал. Коллекционеров её в России немного, но есть. Есть образцы в различных IT-музеях (я даже составляю список того что и где можно увидеть). В настоящее время в моей коллекции около ста различных экспонатов, в подавляющем большинстве отечественного производства. Зарубежные образцы тоже имеются, но все они были найдены на территории бывшего СССР. К слову, собираю я только такую память, где единицу хранения бита можно увидеть невооружённым глазом и потрогать руками.
Целью моего коллекционирования (помимо любования, конечно), является составление каталога производившихся ферритовых матриц и блоков памяти различных устройств, включая описания и фотографии. Кроме этого, интересна систематизация большого многообразия конструкций ферритовой памяти. Подключение какого-нибудь куба к современному компьютеру в качестве «флешки» не является первоочередной задачей, хотя это было бы весьма интересно.
Введение и немного теории
Теория в четыреста слов, для тех, кто с ферритовой памятью пока не знаком
Ферритовая память широко использовалась в вычислительной технике начиная с конца 50-х годов и до конца 70-х годов. Её основа маленькие тороидальные ферритовые сердечники иначе называемыми ферритовыми магнитопроводами. Это элементы из которых собираются устройства для хранения данных. Каждый сердечник позволят хранить один бит данных, благодаря тому, что может принимать два состояния намагниченности, чем самым кодируя либо логический ноль, либо логическую единицу двоичного кода. Кроме того, благодаря наличию прямоугольной петли гистерезиса, сердечник может резко переключаться между двумя состояниями намагниченности под воздействием электрического поля. Для этого через каждый сердечник пропущено несколько проводков. Подавая ток по одним и анализируя наличие тока в других, можно понять, что было записано в сердечниках и записывать в них новую информацию. Физически ряды колечек объединяются в квадратные или прямоугольные матрицы, которые соединяются в кубы памяти. Число сердечников в кубах памяти может достигать нескольких сотен тысяч штук. При отключении запоминающего устройства от электричества хранимые в нём данные не уничтожаются. Однако, они разрушаются при чтении и поэтому требуют особой процедуры восстановления, называемой регенерацией. Внутри пластиковой рамки провода располагаются параллельно горизонтально и вертикально, образуя решетку с электрическими выводами за пределы рамки. Колечки висят на всех пересечениях пар проводов собираясь в матрицу. Горизонтальные провода называются адресными, вертикальные разрядными и нужны для выбора нужного сердечника из матрицы. Третий провод называется проводом считывания, он проходит змейкой через все сердечники и используется для чтения данных. Форма змейки и её непрерывная длина определяется размерами матрицы и требованиями к помехоустойчивости. Часто добавляют ещё один провод для выполнения регенерации данных после считывания. Этот провод называется провод запрета и так-же проходит через все сердечники змейкой. Известно несколько схем построения и управления памятью, отличающиеся числом проводов, способами их прокладки и параметрами пропускаемого тока. Память собранная по разным схемам отличается объёмами, быстродействием, помехоустойчивостью и количеством необходимого внешнего оборудования. Схемы построения называют 2D или 3D, иначе называемые схемами типа Z и с совпадением двух токов. Существовали схемы с совпадением трёх токов, но они не получили развития из-за технических сложностей реализации. Кроме того, широко применялась схема 2.5D, обладающая частичными свойствами первых двух. Помимо сердечников тороидальной формы запоминающие устройства выполняют на биаксах — особых ферритовых сердечниках с двумя взаимно-перпендикулярными отверстиями разделенными перемычкой. При использовании биакса потери данных при чтении не происходит и регенерация не требуется, но при этом сильно снижается скорость записи. Кроме этого, существует большой класс долговременных запоминающих устройств, предназначенных только для чтения. В них, преимущественно, используются ферритовые сердечники П-образной формы и записать любые новые данные можно лишь значительным ручным изменением внутренней структуры устройства.
Под конструкцией ферритового запоминающего устройства понимается пригодная для повторения в производстве сложная композиция большого числа соединённых между собой элементов, обладающих заданными свойствами в условиях внешних воздействий. Имея набор ферритовых сердечников и прошивочных проводов можно создавать устройства различной сложности. Прошитые сердечники образуют группы, которые объединяются в ферритовые матрицы или пластины, которые далее становятся более крупными элементами, такими как кубы, коврики или кассеты памяти. Следующим этапом начинают добавляться элементы защиты от внешних воздействий, корпус и электроника обрамления, получая блок памяти. Несколько блоков, продолжая процесс укрупнения, образуют модуль памяти. Модуль памяти, включая в себя соответствующую электронную часть и корпус, становится запоминающим устройством, функциональным узлом вычислительной машины.
Разнообразие конструкций блоков ферритовой памяти можно продемонстрировать вышеприведённой схемой взятой из образовательного диафильма.
Устройство и конструкции ферритовых матриц
▍ Матрицы с рамкой
Начну с ферритовых матриц. Классическая конструкция — рамка из полимера, внутри которой, по четырём сторонам, запрессованы электрические выводы. В общем случае, рамки выпускаются заводом «пустыми», рамка получает наименование модели, определяемое лишь формой, геометрическими размерами и числом выводов. Затем, внутри рамки создаётся структура из прошивочных проводов, на пересечениях которых висят в воздухе ферритовые колечки — рождается ферритовая матрица. Сборка матрицы может происходить как в том же месте, где выпускают рамки, так и совершенно другом.
Именно здесь и начинается разнообразие. В зависимости от конструкции вычислительной техники, для одной модели рамки, разработчики могут выбирать размеры, марку ферритовых сердечников и варианты прошивки. Визуально это выражается разными «рисунками переплетения» проводов, числом групп и ориентацией соседних сердечников относительно друг друга. После сборки матрица получает собственное название.
Ниже приведу несколько примеров матриц с одинаковой рамкой, но разными прошивками.
❒ Рамка М-1
Рамка называется М-1 (отштамповано на ней), её размеры 10 на 10 сантиметров. На торце рамок присутствуют рукописные надписи, определяющие уже матрицу. Версия на 128 колечек называется МЭ-5, использовалась в контроллере АЦПУ-128 из состава ЭВМ серии «Урал».
Матрица М-4 (или М4)
Рамка осталась прежней, но матрица называется М-4 (или М4), в ней 1024 сердечника, прошитых в единой группе, размером 32 x 32 сердечника. Применялась в военной аппаратуре.
Матрица МП-1
Рамка всё та-же, но матрица МП-1 на 1024 сердечника. Отличается от предыдущей тем, что сердечники образуют четыре группы (это делается для улучшения помехозащищенности). Как и предыдущая, применялась в военной аппаратуре.
❒ Рамка М-3-2П
На основе одной из самых крупных советских рамок М-3-2П, размером 25 на 25 сантиметров была создана матрица МЭ-10. Содержит 16384 сердечника, применялась в кубах памяти ЭВМ «Урал-11».
В историческом прошлом было спроектировано и выпущено значительное число различных запоминающих матриц, общего официального каталога которых, подобного каталогам радиодеталей, скорее всего не существует (поправьте, если ошибаюсь). Часть из созданного многообразия попала ко мне, часть можно найти на исторических фотографиях, многие просто упоминаются в книгах без фото. Так же, периодически, на онлайн-барахолках, в ведомственных музеях, запасниках НИИ и заводов или на заброшенных местах обнаруживаются новые модели. И хотя ознакомление читателей с максимально возможным числом матриц не является целью этой статьи, я приведу ещё несколько примеров матриц с рамками разнообразных форм. Для многих из них мне не известно официальное название и я использую условное.Матрица М-32 для ЭВМ Минск-32
Прежняя рамка, но матрица М-32 для ЭВМ «Минск-32». В неё 16384 сердечника, но рисунок прошивки иной.
❒ Матрица «почвогрунт»
Использовалась в измерительной установке для определения состава почвогрунта. Размеры рамки 6.5 на 6.5 сантиметров, содержит 100 (очень крупных) сердечников.
❒ Матрица БЭСМ-4
Применялась в ЭВМ БЭСМ-4, размеры рамки 18 на 18 сантиметров, содержит 4096 сердечников, распределённых в 16 групп. Рамка собирается из четырёх отдельных элементов внахлёст, элементы скреплены между собой болтиками и металлическими накладками.
❒ Матрица ТФП-62
Из куба памяти специального вычислителя разработки ВНИИА. Обладает рамкой прямоугольной формы, размеры 8.7 на 7.7 сантиметра, 1024 сердечника в двух группах. Рамка собирается из двух половинок с П-образным профилем. Источник фото коллекция Paolo Cuzzi.
Стоит отдельно упомянуть, про рамки, в которых провода с сердечниками натянуты не внутри одной рамки, а между двух одинаковых. Характерная черта таких рамок — четыре крупных резьбовых соединения по углам.
❒ Матрица Т62
От вспомогательных систем ЭВМ Минск-32. Размеры рамки 9.7 см на 9.7 см, содержит 612 сердечников, разделённых на четыре группы.
❒ Матрица М-22
Применялась в ЭВМ Минск-22. Размеры рамки 17 см на 17 см, содержит 1260 сердечников, провода с которыми натянуты между двумя рамками.Матрица М-22 сбоку:
❒ Матрица РМ-22
Матрица РМ-22
Размеры и объём памяти как и у предыдущей, но есть значительное отличие. Для хранения одного бита требуется два сердечника, для чего требуется уже две матрицы, расположенные между тремя рамками при общем числе сердечников 2520 штук.Матрица РМ-22 сбоку
❒ Матрица ОЗУ ЭВМ М-220
Матрицы (хотя официально это кассеты) подобного типа (но крупнее) использовались так же в ЭВМ М-20, «Наири» и БЭСМ-2. Рамка изготовлена из текстолита, углы усилены металлическими скобами. С двух боковых сторон стояли защитные крышки. С одного торца расположены два направляющих штыря для упрощения монтажа, а на другом две ручки, которыми рамка крепилась к стойке. Часть пространства внутри рамки занимают ферритовые дроссели.
Организация памяти такова, что на один бит приходится два сердечника. Запоминающая часть содержит два параллельных слоя ферритовых сердечников, каждый слой сплошное поле размером 66 на 48 каждое (всего 6336). Объём памяти матрицы составляет 396 байт.Кассета памяти М-220 - крупно
▍ Двусторонние матрицы с рамкой и подложкой
Колечкам не обязательно висеть в воздухе. Их можно разместить на текстолитовой пластине, зажав последнюю между двух типовых рамок, тем самым получив двустороннюю матрицу с удвоенным объёмом хранимой памяти, при практически тех же габаритах. Вдобавок, это увеличивает механическую прочность конструкции.
❒ Матрица МП-3
Состоит из двух, уже упоминавшихся выше, рамок М-1. Содержит 8192 сердечника, по 4096 штук с каждой стороны.
❒ Матрица с резьбовыми соединениями
Схожая конструкция и у другой матрицы (её официальное название не известно). Рамки скреплены резьбовыми соединениями. Размеры 12 см на 12 см. Содержит 8192 сердечника, по 4096 штук с каждой стороны.
❒ Матрица 2ФМ-1
Размеры 7.5 см на 7.5 см. Двухсторонняя, полностью литая неразборная пластиковая конструкция. На каждой стороне по 1024 сердечника. Эта не симметричная рамка производилась на Ереванском опытном заводе «Феррит».
▍ Матрицы с защитным компаундом
Следующим этапом по увеличению надёжности ферритовых матриц является заливка колечек защитным компаундом. Это увеличивает вибростойкость и предохраняет колечки от случайных механических повреждений. Такие решения часто встречаются в военной аппаратуре. Могут быть односторонними и двусторонними.
❒ Матрицы МЗ-2
Размеры рамки 10.8 см на 10.8 см. Содержат 8192 сердечника, по 4096 штук с каждой стороны. Сердечники уложены на текстолитовую пластину и залиты прозрачным защитным компаундом. Между собой различаются числом монтажных отверстий. Применялись, в частности, в ОЗУ ЭВМ Аргон-10М.Матрица МЗ-2 версия
❒ Матрица МЗ
Размеры рамки 8.5 см на 8.5 см. Двухсторонняя. Содержит 512 запоминающих сердечников, по 256 с каждой стороны. Матрица залита прозрачным защитным силиконовым компаундом. Применялась в приборе Р-063 терминального оборудования связи ВМФ.
❒ Матрица БМ3.299.070
Компаунд не обязательно должен быть прозрачным, как, например, у матрицы БМ3.299.070, применявшейся в оборудовании АСУ ПВО.
❒ Матрица ФГ3.061.002
Матрица состава ОЗУ ЭВМ М4-2М. Обладает металлической рамкой с дополнительным ребром жёсткости (на фотографии оно с другой стороны). Размеры рамки 23 см на 23 см. Содержит 4096 сердечников, которые уложены осями вдоль плоскости пластины. Матрица залита прозрачным защитным силиконовым компаундом. К ней мы ещё вернёмся ниже.
❒ Матрицы серии ПБМ
ПБМ означает Плоский Блок Матриц. Размеры двухсторонней рамки 12 см на 12 см. На каждой стороне находится по 16384 сердечника, всего 32768 штук на матрицу. Матрицы залиты прозрачным защитным силиконовым компаундом. Внешний диаметр сердечников очень мал — 0.6 мм, благодаря чему это самая ёмкая из известных мне матриц, выпускающихся в Советском Союзе. Матрицы ПБМ производились на Астраханском заводе Прогресс, применялись в различных моделях бортовых ЭВМ военного назначения.Матрица ПБМ/0.6-3
Куб Videoton
Иногда защитный компаунд используют и в матрицах «классической» конструкции с висящими в воздухе сердечниками, например, как в кубе памяти из оборудования венгерской фирмы Videoton, выпуска 1965 года. Использовалась в оборудовании конвертации единиц времени. Рамка изготовлена не из литого пластика, а текстолита.
Устройство и конструкции кубов памяти
Как уже упоминалось выше, плоские матрицы можно собрать в трёхмерные пакеты — кубы памяти. Хотя ничего не мешает распаять на плате одну-единственную матрицу.
❒ Блок памяти электронной фактурной машины «ЭФМ-446М»
Блок памяти на 1024 сердечника, содержащий одну-единственную матрицу МП-1. Применялся в электронной фактурной машине ЭФМ-446М.
Но обычно, кубы памяти состоят из гораздо большего числа матриц (мне попадалось максимум 52 штуки), а рамок может быть ещё больше. Было бы неправильно рассматривать в кубах только матрицы, забыв об электронной части, разъёмов и корпуса, поскольку они могут играть важную роль в конструкции. Так, торцы кубов часто прикрываются платами/глухими рамками с электроникой обрамления (группы диодов или интегральных диодных сборок). В других случаях, используют защитные пластины из металла и пластика.
Сами матрицы чаще всего плотно спаиваются друг с другом соседними выводами, либо сохраняют некоторое расстояние, будучи закреплёнными на внешней раме.Глухая рамка
Иногда используют «глухую рамку» — то есть сплошную рамку без прошивочных проводов и сердечников.
❒ Блок Б-16 ОЗУ УВМ «Днепр»
Применялся УВМ «Днепр». Восемь матриц составляют куб, каждая матрица занимает свою печатную плату, а платы собраны этажеркой на некотором расстоянии друг от друга. Сами ферритовые матрицы спроектированы по структуре 2D, где для хранения одного бита требуется два сердечника. Всего куб может хранить 512 26-разрядных слов (1664 байта), не считая контрольных разрядов.
❒ Куб ЭВМ М4-2М
В кубе памяти ЭВМ М4-2М матрицы не только спаяны друг с другом выводами, но и дополнительно закреплены болтами на внешнем корпусе куба.
Распайка выводов матриц производится электрическими проводами, для удобства длинные провода скручивают в жгуты. Концы этих проводов оканчиваются разъёмами подключающими куб к вычислительному устройству, но возможна и прямая распайка небольшого куба на печатной плате.
❒ Куб «с разъёмами»
Куб, вероятно, их некого научного оборудования. С разных сторон куба отходят жгуты разноцветных проводов, заканчивающиеся шестнадцатью разъёмами. Запоминающая часть состоит из 20 ферритовых пластин, каждая из которых содержит 1024 сердечника. Общий объём памяти куба 2.5 килобайта.
Конечно, разъёмы в таком количестве не должны хаотично топорщиться в разные стороны, а собираются в блок из нескольких рядом, соединительные провода аккуратно прижимаются к кубу (просто куб достался уже в таком виде). Для примера «как надо делать» продемонстрирую куб производства завода «Счётмаш».
❒ Куб «Счётмаш»
Куб состоит из 20 ферритовых пластин типа МЭ-5, каждая из которых содержит 128 сердечников. Полный объем памяти куба 320 байт. Мало для ОЗУ ЭВМ, но для памяти контроллера принтера АЦПУ-128-3М (или иной модификации) вполне достаточно.
Приведу ещё несколько примеров кубов с краткими описаниями, преимущественно из матриц, что упоминал ранее. Объёмы памяти не буду выражать в количестве сколки-то разрядных слов, а сведу к байтам и килобайтам, для упрощения вычислений в уме.
❒ Мой самый первый куб
Куб аппаратуры АСУ ПВО. Состоит из 20 ферритовых матриц М-4, каждая из которых содержит 1024 сердечника. Полный объем памяти куба 2.5 килобайта. Оба торца прикрыты прозрачными окошечками из оргстекла.
❒ Куб на матрицах Т62
Куб специального вычислителя разработки ВНИИА. Матрицу Т62 от него рассматривали выше. Состоит из 25 ферритовых матриц, каждая из которых содержит 1024 сердечника. Торцы закрываются алюминиевыми крышечками. Полный объем куба 3200 байт.
Четыре одинаковых куба такого типа собираются в модуль памяти ТСВ 51.53.000-1.
❒ Куб БП-20
Куб БП-20 (Блок Памяти). Такие кубы использовались в вычислительных комплексах семейства СМ-2 (М-6000/М-7000 АСВТ-М). Конструктивно куб выполнен в виде пакета, состоящего из 18 ферритовых матриц 1M2-Б по 4096 сердечников каждая из 4-х однотипных плат диодных матриц. (на фото они видны, их тыльные части). Объём памяти 9 килобайт. Производился различными заводами. БП-20 из самых часто встречающихся кубов в компьютерных музеях на территории СНГ.
Модуль с кубом БП-20
Подключается куб БП-20 через разъёмы посредством пяти подвижных печатных вставок.
❒ Куб ОЗУ ЭВМ «Саратов-2»
Кубы на матрицах с условным названием «Саратов-2». Каждый куб содержит 14 ферритовых матриц, по 4096 сердечников в каждой, что даёт 7 килобайт хранимых данных. Торцы куба закрыты печатными платами с диодами системы выбора адреса (МСП — Матрица Селекторная Памяти). Кроме того, через эти платы осуществляется подключение куба к стойке ЭВМ. Использовался, по меньшей мере, в 12-разрядных ЭВМ «Саратов-2». Как и предыдущий куб БП-20, встречается очень часто c вариациями форм пластиковых «ушек».
❒ Куб «гигант»
Большие кубы на 52 ферритовые матрицы типа «Саратов-2», по 26 килобайт хранимой памяти каждый. К сожалению, где они использовались, не известно. По числу матриц, подходит ЭВМ БЭСМ-6, но, насколько мне известно, в ней использовали более крупные матрицы на рамках М-3-2П.
❒ Куб ОЗУ ЭВМ «Минск-22»
Куб ОЗУ ЭВМ Минск-22. Состоит из 38 пар рамок М-22 и двух «слоёв» диодов системы выбора адреса. В каждой матрице 4356 сердечников, что даёт 20691 байт (4356 слов) хранимой памяти. Куб устанавливался в тяжёлый металлический каркас, который через разъёмы подключался к стойке ОЗУ. Куб был изъят из него для реставрации.Куб ОЗУ ЭВМ Минск-22 - вид сбоку:
❒ Куб на матрицах МЗ-2
Куб неизвестного (более чем уверен, что военного) происхождения, состоящий из 18 залитых компаундом, ферритовых матриц МЗ-2. Полный объём памяти куба 18 килобайт. Торцевые платы с диодами, скорее всего, были выломаны, компаунд частично повреждён.
❒ Куб ВЗМ-7
Куб ВЗМ-7 из состава БЦВМ А-40. Собран на четырнадцати матрицах ПБМ, что даёт 56 килобайт хранимых данных. Рекордсмен по объёму памяти среди известных мне кубов. Торцы куба прикрыты «глухими рамками» ПБМ, где вместо сердечников установлены диодные сборки системы выбора адреса.Куб БЗМ-7 - диодные сборки
▍ Термостатированные кубы памяти и их конструкции
Некоторым ферритовым сердечникам требуется стабильная температура для сохранения рабочих характеристик, вне зависимости от температуры окружающей среды. Для этой цели кубы памяти делают термостатированными, а именно матрицы помещают в теплоизолирующий корпус, а окружающей их теплопроводной средой может быть как техническое масло, так и обычная атмосфера. Кроме того, нужны нагревательные элементы. В одних моделях кубов это провода или фольга, размещаемые, как между запоминающих матриц, так и внутри них. В других нагревается часть корпуса. Контроль и поддержание заданной температуры осуществляется с помощью термореле, ртутных термоконтакторов или терморезисторов.
❒ Куб памяти системы 5Ц19
Несмотря на то, что стойка с кубами должна была функционировать внутри отапливаемого здания вычислительного центра, для поддержания стабильного температурного режима работы, технически проще воздух внутри корпуса куба нагреть, корпус утеплить, а затем лишь поддерживать заданную температуру. Рассмотрим это на примере куба памяти системы 5Ц19 «Резеда», предназначенной для обмена данными между вычислительными центрами СПРН и ОКИК.
Матрицы заключены в алюминиевый корпус, обшитый изнутри поролоном, а снаружи покрытый теплоизолирующим, окрашенным серебристым цветом, мелкопористым пенопластом. На лицевой стороне корпуса расположен массивный радиатор теплового рассеивания и две ручки для облегчения монтажа в стойку.Куб памяти системы 5Ц19 - корпус и куб
Запоминающие матрицы в кубе периодически чередуются с особыми рамками, содержащими вместо ферритовых сердечников параллельно намотанные ряды нитей из провода ПЭЛШО (синего цвета), для подогрева воздушной среды внутри корпуса куба. Каждая нагревательная нить начинается от специального контакта на одной стороне, проходит параллельными витками через всю рамку, заканчиваясь на другом контакте с противоположной стороны. Для контроля температуры, в кубе установлены терморезисторы ММТ-1 (по паре с каждого торца и пара в середине).Куб памяти системы 5Ц19
Аппаратная стойка системы 5Ц19
Вот так выглядят три таких куба установленные в аппаратную стойку. Сами кубы соединяются с ней разъёмами и легко заменяемые.
❒ Куб У5468
Куб У-5468 использовался в контроллере АЦПУ У-546 из состава ЭВМ «Урал-11». Состоит из десяти матриц МЭ-5, закреплённых в металлическом шасси. Каждая пластина содержит 128 сердечников. Объём хранимой памяти 1280 бит.
Куб У-5468 - внутри корпуса
Внутри внешнего металлического корпуса с пенопластовыми плитами утепления и разъёмами внешнего подключения, находится контейнер с ферритовыми матрицами. Пространство между корпусом и контейнером проложено теплоизоляционным материалом.
Куб У-5468 - запоминающие матрицы
Контейнер изготовлен из толстостенного металла, обернут несколькими слоями лакированной изоляции. Весь корпус контейнера является нагревательным элементом.
Куб У-5468 - термоконтактор
На внутренней стороне нижней крышки контейнера размещено термореле, а под запоминающими матрицами ртутный термоконтактор (его стеклянный корпус видно на фотографии) с температурой срабатывания 45 градусов по Цельсию.
❒ Куб памяти ЭВМ М4-2М
Уже упоминавшийся ранее, куб памяти ЭВМ М4-2М. Состоит из 32-х матриц, залитых прозрачным защитным компаундом. Каждая матрица содержит 4096 сердечников, при общем объёме памяти в 16 килобайт.
Куб памяти ЭВМ М4-2М - термоконтакторы
Для управления температурой, по двум сторонам куба размещено по два ртутных термоконтактора с температурой срабатывания 35 градусов по Цельсию.
Куб памяти ЭВМ М4-2М - начинка
Куб со снятой металлической рамой. Слева запоминающие матрицы, от них тянутся провода к платам с диодами выбора адреса и далее к набору разъёмов.
Куб памяти ЭВМ М4-2М - фольга
Сама система подогрева встроена в каждую запоминающую матрицу — на фото это золотистая фольга в вырезах которой установлены запоминающие сердечники.
❒ Магнитное оперативное запоминающее устройство из состава ЦВМ «Пламя-КВ»
Магнитное оперативное запоминающее устройство из состава ЦВМ «Пламя-КВ», комплекса ПВО С-200. На куб надевается термостат, а сверху пластиковый корпус. На термостате расположены два регулятора температуры.
Термостат поддерживает температуру куба в пределах +40 до +60 градусов по Цельсию при диапазоне внешних температур от -40 до +50 градусов. При температуре свыше +50 градусов термостат автоматически выключается. Время прогрева куба в пределах внешних температур от -40 до +50 градусов не превышает 30 минут.Куб С200 - термостат
▍ Кубы памяти на ферритовых многоотверстевых пластинах
В качестве запоминающих элементов не обязательно должны использоваться отдельные сердечники. Если в цельной пластине из феррита прорезать отверстия и подсоединить с ним провода прошивки, то зоны вокруг отверстий смогут намагничиваться в двух разных состояниях, тем самым кодируя логический 0 или 1. Обычно, такие пластины не заключают в рамки, размещая пакет (или несколько пакетов) пластин в общем корпусе. Технология позволяет получать лёгкие малогабаритные кубы с высокими антивибрационными характеристиками.
Самый наглядный пример куба такого типа, уже упоминавшийся выше куб из ОЗУ ЦВМ «Пламя-КВ». Куб может хранить 128 16-разрядных чисел или 256 байт.
На фотографии видны отверстия в пластинах (торец самих пластин прикрыт защитной прокладкой).
❒ Куб КП 128/17-M70
Так же стоит упомянуть куб КП 128/17-M70. Возможно, это чаще всего упоминающийся куб в Рунете. Позволяет хранить 128 17-разрядных слов, а М70 марка применяющегося в нём феррита. Куб применялся, в частности, в качестве оперативной памяти различных морских ЦВМ.
Неразборная конструкция представляет собой параллелепипед в нижней части которого расположены электрические ножки-выводы, а внутри пакеты запоминающих пластин, дешифратор и соединительные шлейфы, залитые защитным компаундом. Объём хранимой памяти 272 байта. Существуют, по меньшей мере, две модифицации таких кубов, отличающиеся используемым для сердечников материалом — либо М70, либо 1М, причём 1М это самые ранние модели.
Внутренности КП 128/17-М70
❒ Куб КП-128/22
Гораздо менее известен его «младший собрат» — Куб КП-128/22 (в составе микросборки 4СЯ-20). Куб очень маленький, без учёта ширины торцевых крышек его размеры составляют 16x20x22 мм. Применялся в оборудовании космических аппаратов, в частности военных спутниках видовой разведки «Янтарь-4КС1», куда устанавливался блоками по 8 штук на общем шасси.
Внутри куба находится один пакет ферритовых пластин с отверстиями. На четырёх внешних сторонах расположены миниатюрные бескорпусные микросборки. Объём хранимой памяти 128 22-х разрядных слова или 352 байта, но для данных используются лишь 20 разрядов каждого слова (320 байт), остальные разряды нужны для коррекции ошибок.КП-128/22 - бескорпусные элементы
❒ Куб КП-III-512/19
Кубы серии КП-III-XXX/19 — дальнейшее развитие идеи малогабаритных интегральных кубов памяти, где XXX число хранимых 19-разрядных слов. Кубы собираются из однотипных запоминающих кассет (К-III-32/19), каждая из которых может хранить 32 слова (608 байт без учёта контрольных разрядов). Соединяя несколько кассет вместе, можно получать различный объём памяти. Обычно встречается вариант из 16 кассет на 512 слов, но мне попадались фотографии версий на 8 и 4 кассеты. Последние, кстати, бывают двух видов исполнения. В «классическом» виде диодные сборки встроены в саму кассету, а в другой выполнены в виде внешних элементов.
«Классическая» версия куба КП-III-512/19Б, заключённая во внешний корпус с разъёмами подключения. Использовался в блоке ОЗУ УВМ (Управляющая Вычислительная Машина) «Электроника-К200».
Крупный план кассеты К-III-32/19
Версия КП-III-512/19 с внешними диодными сборками, без дополнительного корпуса
Версия КП-III-512/19 с внешними диодными сборками. Данный экземпляр куба использовался в блоке ОЗУ авиационной БЦВМ «Орбита-20». 16 из 19-разрядов предназначены для данных, а оставшиеся три для коррекции ошибок.
Заключение
Статья вышла достаточно объёмной, при этом я не затронул многих вещей, например, феррит-транзисторные ячейки или варианты взаимной ориентации сердечников в матрице. Вторая часть статьи будет посвящена нетипичным инженерным решениям в конструкциях кубов памяти, ферритовым пластинам, коврикам и эстетике мелких колечек.
Список дополнительных источников
- 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
