Н. — Это-то я вижу, но два обстоятельства вызывают у меня чувство сожаления: во-первых, при считывании информации ты вынужден стирать имеющуюся запись и, во-вторых, твоя система из колец, пронизанных проводами, число которых соответствует количеству записываемых данных, представляется мне несколько сложной.
Л. — Ты совершенно правильно заметил, что один из недостатков системы заключается в разрушении записи при считывании. Можно предусмотреть специальные устройства, которые сразу же после считывания, восстанавливают намагниченность тороидальных сердечников, соответствующую записи единицы. Такие устройства, естественно, усложняют систему, но они получили широкое распространение.
Необходимо отметить, что ферриты позволяют создать запоминающее устройство без стирания записи в процессе считывания. Примером может служить запоминающее устройство на ферритовой пластине с большим количеством отверстий, но я не стану его подробно описывать. Я предпочитаю уделить большее внимание твоему вопросу относительно сложности системы на тороидальных сердечниках. Систему можно значительно улучшить, если для записи единицы на тороидальном сердечнике использовать не один, а два провода. В каждый из этих проводов мы пошлем ток 0,4 а. Тогда запись будет производиться только в том случае, если ток протекает одновременно по двум проводам; наличие тока только в одном из проводов никак не скажется на состоянии сердечника.
Н. — Одним словом, получилась своеобразная схема И.
Л. — Совершенно верно. Эта система интересна тем, что позволяет вести запись по строкам и по колонкам. Посмотри на рис. 136, я расположил 16 тороидальных сердечников в точках пересечения четырех колонок (столбцов) К1…, К4 и четырех строк C1…., С4. Провод считывания пронизывает все кольца; на рисунке он показан пунктирной линией. Для записи единицы в сердечнике, расположенном на пересечении третьей колонки и второй строки, нужно послать ток 0,4 а по проводу К3 сверху вниз и по проводу С2 слева направо. Только интересующий нас сердечник получит эквивалент тока 0,8 а и соответствующим образом изменит свое магнитное состояние. Когда нам понадобится прочитать имеющуюся в этом сердечнике запись, мы пошлем токи запроса 0,4 а по проводу К3 снизу вверх и по проводу С2 справа налево. Если тороидальный сердечник в третьей колонке и во второй строке содержит запись, только в этом случае в проводе считывания появится наведенное напряжение.
Как ты понимаешь, используя 16 колонок и 16 строк, можно создать сетку, именуемую «матрицей запоминающего устройства», содержащую при очень небольшом объеме 256 элементов.
Рис. 136. Квадратная матрица запоминающего устройства из ферритовых тороидальных сердечников. Пунктирной линией показан провод считывания, по которому снимают напряжения, когда запрашивают намагниченный сердечник, расположенный в точке пересечения двух проводов.
Н. — В самом деле очень хитрая система, но я не хотел бы быть на месте тех, кому придется делать такие матрицы, ведь эта работа для женщины с вязальными спицами.
Л. — Действительно, изготовлением матриц запоминающих устройств обычно занимаются женщины. А операцию сборки из-за определенной аналогии структуры матрицы со структурой ткани называют «ткачеством». Устанавливая параллельно большее количество матриц, создают комплексное запоминающее устройство, позволяющее записать очень большое число данных.
А теперь я хочу показать тебе еще одно интересное запоминающее устройство, в котором используются туннельные диоды.
Н. — Правда, я довольно плохо знаю эти приборы и совершенно не представляю, как можно их использовать для создания запоминающих устройств.
Л. — Туннельный диод при напряжении, превышающем некоторый уровень (скажем 0,4 в), ведет себя в проводящем направлении как обычный диод. А при напряжении ниже этого уровня при пропускании тока в том же направлении наблюдается совершенно парадоксальная картина — при снижении напряжения ток диода увеличивается. Характеризуя это явление, говорят о наличии зоны отрицательного сопротивления. Некоторому напряжению, именуемому пиковым напряжением, соответствует максимальное значение тока. При дальнейшем уменьшении напряжения ток очень быстро снижается до нуля. На рис. 137 я изобразил кривую, характеризующую изменение тока диода в зависимости от напряжения на его выводах. При питании такого туннельного диода заданным напряжением через соответствующим образом подобранный резистор можно получить систему с двумя устойчивыми состояниями.
Рис. 137. Вольт-амперная характеристика германиевого туннельного диода.
Н. — Но я совершенно не вижу, как можно получить такой результат!
Л. — Посмотри приведенную на рис. 138 схему.
Рис. 138. Схема использования туннельного диода в качестве запоминающего элемента.
На этот раз ты должен признать, что она не столь уж сложная. Попробуем определить ток I диода и напряжение на его выводах U. Иначе говоря, нам нужно найти такую пару значений I и U, которая одновременно устроила бы потребителя (туннельный диод) и поставщика электроэнергии (батарею с электродвижущей силой е и внутренним сопротивлением R). Кривая требований потребителя приведена на рис. 137. Предписанные поставщиком соотношения величин U и I согласно закону Ома характеризуются прямой, которую ты знаешь под названием «нагрузочная прямая» или «нагрузочная характеристика». На рис. 139 я начертил вольтамперную характеристику туннельного диода и провел нагрузочную прямую; как ты видишь, пары значений U и I, соответствующие устойчивому состоянию, графически обозначены точками А и В.
Рис. 139. Три возможных состояния изображенной на рис. 138 схемы. Только точки А и В соответствуют устойчивым состояниям.
Н. — Туннельный диод, действительно, чудесный прибор; для создания схемы с двумя устойчивыми состояниями требуются всего лишь батарея, один резистор и один диод. Но что ты сделаешь с точкой С. Это еще одно возможное состояние?
Л. — Да, возможное, но неустойчивое. В этом месте динамическое сопротивление туннельного диода отрицательно и соответствующее ему состояние не может долго сохраняться. Как ты видишь, на нескольких туннельных диодах можно создать запоминающее устройство. Его преимущество в исключительном быстродействии; запись занимает лишь ничтожную долю микросекунды, а точнее, время здесь измеряется наносекундами, т. е. миллиардными долями секунды. В запоминающих устройствах на ферритовых тороидальных сердечниках в лучших случаях удается достичь микросекунды, так как для перемагничивания феррит требует некоторого времени. На туннельных диодах, если каждый из них питать через два резистора, можно сделать, как на ферритовых тороидах, матрицы для записи по строкам и колонкам. Кроме того, на этих диодах несложно сделать нестираемую при считывании запись.