Pamięć z rdzeniem magnetycznym - Magnetic-core memory
| Pamięć komputera i typy przechowywania danych |
|---|
| Lotny |
| Nielotny |
Pamięć z rdzeniem magnetycznym była dominującą formą pamięci komputerowej o dostępie swobodnym przez 20 lat między 1955 a 1975 rokiem. Taka pamięć jest często nazywana po prostu pamięcią rdzeniową lub, nieformalnie, rdzeniem .
Pamięć rdzenia wykorzystuje toroidy (pierścienie) z twardego materiału magnetycznego (zwykle półtwardego ferrytu ) jako rdzeni transformatora , gdzie każdy drut przewleczony przez rdzeń służy jako uzwojenie transformatora. Przez każdy rdzeń przechodzą trzy lub cztery przewody. Histereza magnetyczna pozwala każdemu z rdzeni „zapamiętać” lub przechowywać stan.
Każdy rdzeń przechowuje jeden bit informacji. Rdzeń można namagnesować w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Wartość bitu przechowywanego w rdzeniu wynosi zero lub jeden w zależności od kierunku namagnesowania tego rdzenia. Impulsy prądu elektrycznego w niektórych przewodach przechodzących przez rdzeń umożliwiają ustawienie kierunku namagnesowania w tym rdzeniu w dowolnym kierunku, zachowując w ten sposób jedynkę lub zero. Kolejny przewód przechodzący przez każdy rdzeń, przewód wykrywający, służy do wykrywania, czy rdzeń zmienił stan.
Proces odczytu rdzenia powoduje, że rdzeń zostaje zresetowany do zera, a tym samym go wymazuje. Nazywa się to odczytem destrukcyjnym . Gdy nie są odczytywane ani zapisywane, rdzenie zachowują ostatnią wartość, jaką miały, nawet jeśli zasilanie jest wyłączone. Dlatego są rodzajem pamięci nieulotnej .
Używając mniejszych rdzeni i przewodów, gęstość pamięci rdzenia powoli rosła, a pod koniec lat 60. typowa była gęstość około 32 kilobitów na stopę sześcienną (około 0,9 kilobitów na litr). Jednak osiągnięcie tej gęstości wymagało niezwykle starannej produkcji, która prawie zawsze była wykonywana ręcznie, pomimo powtarzanych poważnych wysiłków w celu zautomatyzowania procesu. Koszt spadł w tym okresie z około 1 dolara za bit do około 1 centa za bit. Wprowadzenie pod koniec lat sześćdziesiątych pierwszych półprzewodnikowych układów pamięci , które początkowo tworzyły statyczną pamięć o dostępie swobodnym ( SRAM ), zaczęło podważać rynek pamięci rdzeniowych. Pierwsza udana pamięć dynamiczna o dostępie swobodnym ( DRAM ), Intel 1103 , pojawiła się w 1970 roku. Jej dostępność w ilości 1 centa na bit oznaczała początek końca pamięci rdzeniowej.
Ulepszenia w produkcji półprzewodników doprowadziły do szybkiego wzrostu pojemności pamięci masowej i spadku ceny za kilobajt, podczas gdy koszty i specyfikacje pamięci rdzeniowej niewiele się zmieniły. Pamięć rdzeniowa była stopniowo wypierana z rynku w latach 1973-1978.
W zależności od tego, jak została okablowana, pamięć rdzeniowa może być wyjątkowo niezawodna. Na przykład, pamięć linowa tylko do odczytu została wykorzystana w krytycznym dla misji komputerze naprowadzającym Apollo, niezbędnym do udanych lądowań NASA na Księżycu.
Chociaż pamięć rdzeniowa jest przestarzała, pamięć komputera nadal jest czasami nazywana „rdzeniem”, mimo że jest wykonana z półprzewodników, szczególnie przez ludzi, którzy pracowali z maszynami posiadającymi rzeczywistą pamięć rdzeniową. Pliki, które powstają w wyniku zapisania całej zawartości pamięci na dysku do wglądu, co jest obecnie powszechnie wykonywane automatycznie w przypadku wystąpienia poważnego błędu w programie komputerowym, nadal nazywane są „ zrzutami rdzenia ”.
Historia
Deweloperzy
Podstawowa koncepcja wykorzystania kwadratowej pętli histerezy niektórych materiałów magnetycznych jako urządzenia pamięciowego lub przełączającego była znana od najwcześniejszych dni rozwoju komputerów. Duża część tej wiedzy została rozwinięta dzięki zrozumieniu transformatorów , które umożliwiły wzmocnienie i działanie podobne do przełączników, gdy zostały zbudowane z określonych materiałów. Stabilne zachowanie przełączania było dobrze znane w dziedzinie elektrotechniki , a jego zastosowanie w systemach komputerowych było natychmiastowe. Na przykład J. Presper Eckert i Jeffrey Chuan Chu wykonali pewne prace rozwojowe nad koncepcją w 1945 roku w Szkole Moore'a podczas wysiłków ENIAC .
Pionier robotyki, George Devol, złożył 3 kwietnia 1946 r. patent na pierwszą statyczną (nieruchomą) pamięć magnetyczną. Pamięć magnetyczna Devol została dodatkowo udoskonalona dzięki 5 dodatkowym patentom i ostatecznie wykorzystana w pierwszym robocie przemysłowym . Od 1947 roku Frederick Viehe ubiegał się o różne patenty na zastosowanie transformatorów do budowy cyfrowych układów logicznych zamiast logiki przekaźnikowej . W pełni rozwinięty system rdzenia został opatentowany w 1947 roku, a później zakupiony przez IBM w 1956 roku. jednak główny nurt rozwoju rdzenia jest zwykle związany z trzema niezależnymi zespołami.
Znaczące prace w tej dziedzinie wykonali urodzeni w Szanghaju amerykańscy fizycy An Wang i Way-Dong Woo , którzy w 1949 roku stworzyli urządzenie kontrolujące transfer impulsu . Nazwa odnosiła się do sposobu, w jaki można było wykorzystać pole magnetyczne rdzeni kontrolować przełączanie prądu; jego patent koncentrował się na wykorzystaniu rdzeni do tworzenia systemów pamięci z linią opóźniającą lub z rejestrem przesuwnym . Wang i Woo pracowali w tym czasie w Laboratorium Obliczeniowym Uniwersytetu Harvarda , a uniwersytet nie był zainteresowany promowaniem wynalazków tworzonych w ich laboratoriach. Wang był w stanie samodzielnie opatentować system.
Komputer MIT Project Whirlwind wymagał systemu szybkiej pamięci do śledzenia samolotów w czasie rzeczywistym . Początkowo stosowano szereg lamp Williamsa — system przechowywania oparty na lampach elektronopromieniowych — ale okazał się temperamentny i zawodny. Kilku badaczy pod koniec lat 40. wpadło na pomysł wykorzystania rdzeni magnetycznych w pamięci komputera, ale inżynier komputerowy z MIT, Jay Forrester, otrzymał główny patent za swój wynalazek pamięci rdzenia współbieżnego, która umożliwia przechowywanie informacji w 3D. William Papian z Project Whirlwind przytoczył jeden z tych wysiłków, „Statyczną linię opóźniającą magnetycznie” Harvardu w wewnętrznej notatce. Pierwsza pamięć rdzeniowa o wymiarach 32 x 32 x 16 bitów została zainstalowana w Whirlwind latem 1953 roku. Papian stwierdził: „Magazynowanie z rdzeniem magnetycznym ma dwie duże zalety: (1) większa niezawodność, aw konsekwencji skrócenie czasu konserwacji poświęconego na przechowywanie; (2) krótszy czas dostępu (czas dostępu do rdzenia wynosi 9 mikrosekund: czas dostępu do tuby wynosi około 25 mikrosekund), zwiększając tym samym szybkość działania komputera."
W kwietniu 2011 r. Forrester przypomniał: „wykorzystanie rdzeni Wanga nie miało żadnego wpływu na mój rozwój pamięci o dostępie swobodnym. Pamięć Wang była droga i skomplikowana. na bit binarny i zasadniczo była to linia opóźniająca, która przesunęła się nieco do przodu. W zakresie, w jakim mogłem się na tym skoncentrować, podejście to nie było odpowiednie dla naszych celów”. Opisuje wynalazek i związane z nim wydarzenia w 1975 roku. Od tego czasu Forrester zauważył: „Zajęło nam około siedmiu lat przekonanie branży, że pamięć z rdzeniem magnetycznym o dostępie swobodnym jest rozwiązaniem brakującego ogniwa w technologii komputerowej. po siedmiu latach spędzonych w sądach patentowych, które przekonały ich, że nie wszyscy pomyśleli o tym pierwsi”.
Trzecim deweloperem zaangażowanym we wczesne tworzenie rdzenia był Jan A. Rajchman z RCA . Płodny wynalazca, Rajchman, zaprojektował unikalny system rdzenia wykorzystujący ferrytowe taśmy owinięte wokół cienkich metalowych rurek, budując swoje pierwsze egzemplarze przy użyciu przekonwertowanej prasy do aspiryny w 1949 r. Rajchman rozwijał również wersje rurki Williamsa i kierował rozwojem Selectrona .
Dwa kluczowe wynalazki doprowadziły w 1951 r. do rozwoju pamięci z rdzeniem magnetycznym. Pierwszym, An Wanga, był cykl zapisu po odczycie, który rozwiązał problem korzystania z nośnika pamięci, w którym odczyt wymazywał odczytane dane. , umożliwiający budowę szeregowego, jednowymiarowego rejestru przesuwnego (50 bitów), wykorzystującego dwa rdzenie do przechowywania bitu. Rejestr zmiany rdzenia Wanga znajduje się na wystawie Revolution w Muzeum Historii Komputerów . Drugi, Forrestera, był systemem prądu koincydencyjnego, który umożliwiał za pomocą niewielkiej liczby przewodów sterowanie dużą liczbą rdzeni, umożliwiając tworzenie wielomilionowych macierzy pamięci 3D. Pierwsze użycie rdzenia miało miejsce w komputerze Whirlwind, a „najsłynniejszym wkładem Projektu Whirlwind była funkcja przechowywania rdzenia magnetycznego o dostępie swobodnym”. Komercjalizacja nastąpiła szybko. Firma Jacobs Instrument Company zastosowała własny wyrafinowany rdzeń magnetyczny z prądem zbieżnym w serii potężnych minikomputerów JAINCOMP, począwszy od 1951 roku. wyniki rywalizujące z typowymi wówczas komputerami instytucjonalnymi wielkości pokoju, budowanymi przez uniwersytety i prywatnych wykonawców na dużą skalę. Rdzeń magnetyczny zastosowano w peryferiach IBM 702 dostarczonego w lipcu 1955, a później w samym 702. IBM 704 (1.954) i Ferrantiego Merkury (1957) używane pamięć ferrytowa.
To właśnie na początku lat pięćdziesiątych firma Seeburg Corporation opracowała jedno z pierwszych komercyjnych zastosowań współbieżnych pamięci rdzeniowych w pamięci „Tormat” nowej gamy szaf grających, poczynając od V200 opracowanego w 1953 r. i wydanego w 1955 r. Liczne zastosowania w informatyce, telefonii i kontroli przemysłowej.
Spory patentowe
Patent Wanga przyznano dopiero w 1955 roku, a do tego czasu pamięć z rdzeniem magnetycznym była już w użyciu. Rozpoczęło to długą serię procesów, które ostatecznie zakończyły się, gdy IBM kupił patent od Wanga za 500 000 USD . Wang wykorzystał fundusze, aby znacznie rozwinąć Wang Laboratories , które założył wraz z dr Ge-Yao Chu, kolegą szkolnym z Chin.
Firma MIT chciała obciążyć IBM opłatą licencyjną w wysokości 0,02 USD za bit za pamięć rdzeniową. W 1964 roku, po latach sporów prawnych, IBM zapłacił MIT 13 milionów dolarów za prawa do patentu Forrestera — największej do tej pory ugody patentowej.
Ekonomika produkcji
W 1953 r. przetestowane, ale jeszcze nie naciągnięte rdzenie kosztowały 0,33 USD za sztukę. Wraz ze wzrostem wielkości produkcji cena za rdzeń spadła do 0,0003 USD do 1970 r. Do 1970 r. IBM produkował 20 miliardów rdzeni rocznie. Rozmiary rdzeni skurczyły się w tym samym okresie z około 0,1 cala (2,5 mm) średnicy w latach 50. do 0,013 cala (0,33 mm) w 1966 r. Moc wymagana do odwrócenia namagnesowania jednego rdzenia jest proporcjonalna do objętości, więc oznacza to spadek w zużyciu energii o współczynnik 125.
Koszt kompletnych systemów pamięci rdzeniowych był zdominowany przez koszt prowadzenia przewodów przez rdzenie. System prądu koincydencyjnego Forrestera wymagał, aby jeden z przewodów był poprowadzony pod kątem 45 stopni do rdzeni, co okazało się trudne do okablowania maszynowego, tak że matryce rdzeni musiały być montowane pod mikroskopami przez pracowników z precyzyjnym sterowaniem silnikiem. Początkowo wykorzystywano pracowników przemysłu odzieżowego. Pod koniec lat pięćdziesiątych zakładano zakłady przemysłowe w Azji Wschodniej do budowy rdzenia. Wewnątrz setki pracowników nawleczono rdzenie za niską płacę.
W 1956 roku grupa IBM złożyła wniosek o patent na maszynę, która automatycznie przeciąga kilka pierwszych przewodów przez każdy rdzeń. Ta maszyna utrzymywała pełną płaszczyznę rdzeni w „gnieździe”, a następnie przepychała szereg pustych igieł przez rdzenie, aby poprowadzić druty. Użycie tej maszyny skróciło czas potrzebny na nawlekanie prostych linii X i Y Select z 25 godzin do 12 minut w macierzy o wymiarach 128 na 128 rdzeni.
Mniejsze rdzenie sprawiły, że użycie pustych igieł stało się niepraktyczne, ale pojawiły się liczne postępy w półautomatycznym nawlekaniu rdzenia. Opracowano gniazda podporowe z prowadnicami. Rdzenie były trwale połączone z „łatą” podkładową, która podtrzymywała je podczas produkcji i późniejszego użytkowania. Igły do nawlekania zostały przyspawane do drutów doczołowo , dzięki czemu średnice igły i drutu były takie same, a także starano się całkowicie wyeliminować stosowanie igieł.
Najważniejszą zmianą, z punktu widzenia automatyzacji, było połączenie przewodów czujnikowych i hamujących, eliminując potrzebę stosowania okrężnego przewodu czujnikowego po przekątnej. Dzięki niewielkim zmianom w układzie, umożliwiło to również znacznie ciaśniejsze upakowanie rdzeni w każdej łatce.
Na początku lat sześćdziesiątych koszt rdzenia spadł do tego stopnia, że stał się niemal uniwersalny jako pamięć główna , zastępując zarówno niedrogą pamięć bębnową o niskiej wydajności, jak i kosztowne systemy o wysokiej wydajności wykorzystujące lampy próżniowe , a później dyskretne tranzystory jako pamięć. Koszt pamięci rdzeniowej gwałtownie spadł w okresie eksploatacji technologii: koszty zaczęły się od około 1,00 USD za bit i spadły do około 0,01 USD za bit. W latach 70. rdzeń został zastąpiony zintegrowanymi półprzewodnikowymi układami pamięci RAM .
Przykład skali, ekonomii i technologii pamięci rdzeniowej 1960 był 36-bitowe słowo 256K (1,2 MiB jednostkę) pamięci rdzeń zainstalowany na PDP-6 w MIT Artificial Intelligence Laboratory przez 1967 Uznano „nieprawdopodobnie ogromnym" w tym czasie i nazywany "Moby Memory". Kosztował 380 000 USD (0,04 USD/bit) i miał 69 cali szerokości, 50 cali wysokości i 25 cali głębokości z obwodami podtrzymującymi (189 kilobitów na stopę sześcienną = 6,7 kilobitów na litr). Jego czas cyklu wynosił 2,75 μs.
Opis
Termin „rdzeń” pochodzi od konwencjonalnych transformatorów, których uzwojenia otaczają rdzeń magnetyczny . W pamięci rdzeniowej przewody przechodzą raz przez dowolny rdzeń — są to urządzenia jednoobrotowe. Właściwości materiałów używanych na rdzenie pamięci znacznie różnią się od tych stosowanych w transformatorach mocy. Materiał magnetyczny dla pamięci rdzenia wymaga wysokiego stopnia remanencji magnetycznej , zdolności do pozostawania w wysokim stopniu namagnesowania i niskiej koercji, dzięki czemu do zmiany kierunku namagnesowania potrzeba mniej energii. Rdzeń może przyjmować dwa stany, kodując jeden bit. Zawartość pamięci podstawowej jest zachowywana nawet po wyłączeniu systemu pamięci ( pamięć nieulotna ). Jednak, gdy rdzeń jest odczytywany, jest resetowany do wartości „zerowej”. Obwody w systemie pamięci komputera następnie odtwarzają informacje w natychmiastowym cyklu ponownego zapisu.
Jak działa pamięć rdzeniowa
Najpopularniejsza forma pamięci rdzenia, linia prądu koincydencji linii X/Y , używana w głównej pamięci komputera, składa się z dużej liczby małych toroidalnych ferrimagnetycznych ferrytów ceramicznych ( rdzeń ) utrzymywanych razem w strukturze siatki (zorganizowanych jako " stos” warstw zwanych płaszczyznami ), z drutami wplecionymi przez otwory w środkach rdzeni. We wczesnych systemach istniały cztery przewody: X , Y , Sense i Inhibit , ale późniejsze rdzenie łączyły dwa ostatnie przewody w jedną linię Sense/Inhibit . Każdy toroid przechowuje jeden bit (0 lub 1). W jednym cyklu można było uzyskać dostęp do jednego bitu w każdej płaszczyźnie, więc każde słowo maszynowe w tablicy słów było rozłożone na „stos” płaszczyzn. Każda płaszczyzna manipulowałaby równolegle jednym bitem słowa , umożliwiając odczytanie lub zapisanie całego słowa w jednym cyklu.
Rdzeń opiera się na właściwościach „kwadratowej pętli” materiału ferrytowego użytego do wykonania toroidów. Prąd elektryczny w przewodzie, który przechodzi przez rdzeń, wytwarza pole magnetyczne. Tylko pole magnetyczne większe niż określona intensywność („wybierz”) może spowodować zmianę biegunowości magnetycznej rdzenia. Aby wybrać lokalizację pamięci, jedna z linii X i jedna z linii Y są sterowane z połową prądu ("połowa wyboru") wymaganej do spowodowania tej zmiany. Tylko połączone pole magnetyczne generowane w miejscu przecięcia linii X i Y (funkcja logiczna AND) jest wystarczające do zmiany stanu; inne rdzenie zobaczą tylko połowę potrzebnego pola ("w połowie zaznaczone") lub w ogóle. Poprzez kierowanie prądu przez przewody w określonym kierunku, powstałe pole indukowane wymusza krążenie strumienia magnetycznego wybranego rdzenia w jednym lub drugim kierunku (zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara). Jeden kierunek to zapisane 1 , a drugi to zapisane 0 .
Toroidalny kształt rdzenia jest preferowany, ponieważ ścieżka magnetyczna jest zamknięta, nie ma biegunów magnetycznych, a zatem bardzo mały strumień zewnętrzny. Pozwala to na ścisłe upakowanie rdzeni bez oddziaływania ich pól magnetycznych. Naprzemienne pozycjonowanie pod kątem 45 stopni stosowane we wczesnych macierzach rdzeniowych było wymagane przez ukośne przewody czujnikowe. Dzięki wyeliminowaniu tych ukośnych drutów możliwe było ciaśniejsze upakowanie.
Czytanie i pisanie
Aby odczytać trochę pamięci rdzenia, obwód próbuje zmienić bit na biegunowość przypisaną do stanu 0, sterując wybranymi liniami X i Y, które przecinają się w tym rdzeniu.
- Jeśli bit był już 0, stan fizyczny rdzenia pozostaje nienaruszony.
- Jeśli bit był poprzednio 1, to rdzeń zmienia polaryzację magnetyczną. Ta zmiana, po pewnym czasie, indukuje impuls napięcia w linii Sense.
Wykrycie takiego impulsu oznacza, że ostatnio bit zawierał 1. Brak impulsu oznacza, że bit zawierał 0. Opóźnienie w wykryciu impulsu napięciowego nazywane jest czasem dostępu do pamięci rdzenia.
Po każdym takim odczycie bit zawiera 0. To ilustruje, dlaczego dostęp do pamięci rdzenia nazywa się odczytem destrukcyjnym : każda operacja, która odczytuje zawartość rdzenia, usuwa tę zawartość i musi zostać natychmiast odtworzona.
Aby zapisać trochę pamięci rdzenia, obwód zakłada, że nastąpiła operacja odczytu, a bit jest w stanie 0.
- Aby zapisać 1 bit, wybrane linie X i Y są sterowane prądem w przeciwnym kierunku, jak przy operacji odczytu. Podobnie jak w przypadku odczytu, rdzeń na przecięciu linii X i Y zmienia polaryzację magnetyczną.
- Aby zapisać bit 0 (innymi słowy, aby zablokować zapisywanie bitu 1), ta sama ilość prądu jest również przesyłana przez linię Inhibit. Zmniejsza to prąd netto przepływający przez odpowiedni rdzeń do połowy prądu wybranego, hamując zmianę polaryzacji.
Czas dostępu plus czas na przepisanie to czas cyklu pamięci .
Przewód Sense jest używany tylko podczas odczytu, a przewód Inhibit jest używany tylko podczas zapisu. Z tego powodu późniejsze systemy rdzeniowe połączyły te dwa w jeden przewód i wykorzystały obwody w kontrolerze pamięci do przełączania funkcji przewodu.
Kontrolery pamięci rdzenia zostały zaprojektowane tak, aby po każdym odczycie następował natychmiast zapis (ponieważ odczyt wymuszał wszystkie bity na 0, a zapis zakładał, że tak się stało). Komputery zaczęły to wykorzystywać. Na przykład, wartość w pamięci może być odczytywana i zwiększana (jak na przykład za pomocą AOSinstrukcji na PDP-6 ) prawie tak szybko, jak mogłaby być odczytana; sprzęt po prostu zwiększył wartość między fazą odczytu a fazą zapisu pojedynczego cyklu pamięci (być może sygnalizując kontrolerowi pamięci, aby zrobił krótką przerwę w środku cyklu). Może to być dwa razy szybsze niż proces uzyskiwania wartości w cyklu odczytu-zapisu, zwiększania wartości w jakimś rejestrze procesora, a następnie zapisywania nowej wartości w kolejnym cyklu odczytu-zapisu.
Inne formy pamięci podstawowej
Do zapewnienia pamięci rejestru często wykorzystywana była pamięć rdzenia linii Word . Inne nazwy tego typu to zaznaczanie liniowe i 2-D . Ta forma pamięci rdzeniowej zwykle wplótł trzy przewody przez każdego rdzenia na płaszczyźnie, słowo czytać , pisać słowo , a nieco sens / zapisu . Aby przeczytać lub wyczyścić słowa, pełny prąd jest stosowany do jednego lub więcej wierszy czytania słowa ; to czyści wybrane rdzenie i wszystkie, które przerzucają, indukują impulsy napięcia w ich liniach odczytu/zapisu bitowego . W przypadku odczytu normalnie wybrany byłby tylko jeden wiersz odczytu słowa ; ale dla jasności, można wybrać wiele wierszy odczytu słów, podczas gdy linie odczytu /zapisu bitowego mogą być ignorowane. Aby zapisać słowa, połowa prądu jest przyłożona do jednej lub więcej linii zapisu słowa , a połowa prądu jest przyłożona do każdej linii odczytu/zapisu bitu w celu ustawienia bitu. W niektórych projektach wiersze odczytu i zapisu słowa zostały połączone w jeden przewód, w wyniku czego powstała macierz pamięci z zaledwie dwoma przewodami na bit. Do zapisu można wybrać wiele wierszy zapisu słów . Dało to przewagę wydajności nad współbieżnym prądem linii X/Y, ponieważ wiele słów można było usunąć lub zapisać z tą samą wartością w jednym cyklu. Typowy zestaw rejestrów maszyny zwykle wykorzystywał tylko jedną małą płaszczyznę tej formy pamięci rdzenia. Za pomocą tej technologii zbudowano kilka bardzo dużych pamięci, na przykład pamięć pomocnicza Extended Core Storage (ECS) w CDC 6600 , która mieściła do 2 milionów 60-bitowych słów.
Inna forma pamięci rdzeniowej, zwana pamięcią rdzeniową, zapewniała pamięć masową tylko do odczytu . W tym przypadku rdzenie, które miały bardziej liniowe materiały magnetyczne, były po prostu używane jako transformatory ; żadne informacje nie były faktycznie przechowywane magnetycznie w poszczególnych rdzeniach. Każdy bit tego słowa miał jeden rdzeń. Odczytanie zawartości danego adresu pamięci generowało impuls prądu w przewodzie odpowiadającym temu adresowi. Każdy przewód adresowy został przewleczony albo przez rdzeń, aby oznaczyć binarny [1], albo na zewnątrz tego rdzenia, aby oznaczyć binarny [0]. Zgodnie z oczekiwaniami rdzenie były fizycznie znacznie większe niż rdzenie pamięci do odczytu i zapisu. Ten rodzaj pamięci był wyjątkowo niezawodny. Przykładem był komputer naprowadzający Apollo używany do lądowań na Księżycu NASA .
Charakterystyka fizyczna
Wydajność wczesnych pamięci rdzeniowych można scharakteryzować w dzisiejszych terminach jako bardzo z grubsza porównywalną z częstotliwością zegara 1 MHz (odpowiednik komputerów domowych z wczesnych lat 80., takich jak Apple II i Commodore 64 ). Wczesne systemy pamięci rdzeniowej miały czasy cyklu około 6 µs , które spadły do 1,2 µs na początku lat 70., a w połowie lat 70. spadły do 600 ns (0,6 µs). Niektóre konstrukcje miały znacznie wyższą wydajność: CDC 6600 miał czas cyklu pamięci wynoszący 1,0 µs w 1964 roku, przy użyciu rdzeni, które wymagały prądu o wartości połowy wyboru 200 mA. Zrobiono wszystko, co możliwe, aby skrócić czas dostępu i zwiększyć szybkość transmisji danych (przepustowość), w tym jednoczesne użycie wielu siatek rdzenia, z których każdy przechowuje jeden bit słowa danych. Na przykład maszyna może używać 32 siatek rdzenia z jednym bitem 32-bitowego słowa w każdym z nich, a kontroler może uzyskać dostęp do całego 32-bitowego słowa w jednym cyklu odczytu/zapisu.
Pamięć rdzenia jest pamięcią nieulotną — może przechowywać swoją zawartość przez nieograniczony czas bez zasilania. Jest również stosunkowo niewrażliwy na EMP i promieniowanie. Były to ważne zalety dla niektórych zastosowań, takich jak przemysłowe sterowniki programowalne pierwszej generacji , instalacje wojskowe i pojazdy, takie jak samoloty myśliwskie , a także statki kosmiczne , i doprowadziły do tego, że rdzeń był używany przez kilka lat po pojawieniu się półprzewodnikowej pamięci MOS (patrz również MOSFET ) . Na przykład komputery pokładowe promu kosmicznego IBM AP-101B wykorzystywały pamięć rdzenia, która zachowywała zawartość pamięci nawet po rozpadzie Challengera , a następnie zanurzeniu się w morzu w 1986 roku. Inną cechą wczesnych rdzeni rdzenia była bardzo duża siła przymusu. wrażliwy na temperaturę; właściwy prąd wyboru połowy w jednej temperaturze nie jest właściwym prądem wyboru połowy w innej temperaturze. Tak więc kontroler pamięci będzie zawierał czujnik temperatury (zwykle termistor ) w celu prawidłowego dostosowania poziomów prądu do zmian temperatury. Przykładem tego jest rdzeń pamięci używany przez Digital Equipment Corporation w ich komputerze PDP-1 ; strategia ta była kontynuowana we wszystkich kolejnych systemach pamięci rdzeniowych zbudowanych przez firmę DEC dla linii komputerów PDP chłodzonych powietrzem. Inną metodą radzenia sobie z wrażliwością na temperaturę było zamknięcie „stosu” rdzenia magnetycznego w piecu o kontrolowanej temperaturze. Przykładami tego są pamięć rdzenia z podgrzewanym powietrzem w IBM 1620 (co może zająć do 30 minut, aby osiągnąć temperaturę roboczą , około 41 ° C) i pamięć rdzenia z podgrzewaną łaźnią olejową w IBM 7090 , wczesne IBM 7094 i IBM 7030 .
Rdzeń był podgrzewany zamiast chłodzony, ponieważ podstawowym wymogiem była stała temperatura, a utrzymanie stałej temperatury znacznie powyżej temperatury pokojowej było łatwiejsze (i tańsze) niż ta równa lub niższa.
W 1980 r. cena płyty z rdzeniem o mocy 16 kW ( kilogram , ekwiwalent 32 kB) montowanej w komputerze DEC Q-bus wynosiła około 3000 USD . W tym czasie macierz rdzeniowa i elektronika wspierająca mieściły się na jednej płytce drukowanej o wymiarach około 25 × 20 cm, macierz rdzeniowa była montowana kilka mm nad płytką drukowaną i była chroniona metalową lub plastikową płytką.
Diagnozowanie problemów sprzętowych w pamięci rdzenia wymagało uruchomienia czasochłonnych programów diagnostycznych. Podczas gdy szybki test sprawdzał, czy każdy bit może zawierać jedynkę i zero, ta diagnostyka testowała pamięć rdzeniową z najgorszymi wzorcami i musiała działać przez kilka godzin. Ponieważ większość komputerów posiadała tylko jednordzeniową kartę pamięci, diagnostyka ta również poruszała się w pamięci, umożliwiając testowanie każdego kawałka. Zaawansowany test nazwano „ testem Schmoo ”, w którym prądy półselekcyjne były modyfikowane wraz z czasem, w którym testowana była linia czujnikowa („strobowana”). Wykres danych tego testu wydawał się przypominać postać z kreskówek o nazwie „ Schmoo ”, a nazwa utknęła. W wielu przypadkach błędy można usunąć, delikatnie stukając płytką drukowaną macierzą rdzeniową o stół. To nieznacznie zmieniło położenie rdzeni wzdłuż przebiegających przez nie przewodów i mogło rozwiązać problem. Procedura ta była rzadko potrzebna, ponieważ pamięć rdzeniowa okazała się bardzo niezawodna w porównaniu z innymi komponentami komputera.
Zobacz też
- Pamięć linii opóźnionej
- Zrzut rdzenia
- Pamięć liny rdzeniowej
- Pamięć Twistora
- Pamięć bąbelkowa
- Pamięć cienkowarstwowa
- Magnetorezystywna pamięć o dostępie swobodnym
- Ferroelektryczna pamięć RAM
- Kalkulatory elektroniczne
- Pamięć głównie do odczytu (RMM)
Bibliografia
Patenty
- Patent USA 2,667,542 „Elektryczne urządzenie łączące” (przełącznik matrycowy z żelaznymi rdzeniami, które działają jako przełącznik krzyżowy. Szereg wejść sygnału analogowego lub telefonicznego X może być kierowany do wyjść Y.), złożony we wrześniu 1951 r., wydany w styczniu 1954 r.
- Patent USA 2 708 722 „Urządzenia sterujące transferem impulsów”, An Wang złożony październik 1949, wydany w maju 1955
- Patent USA 2,736,880 „ Multicoordinate cyfrowe urządzenie do przechowywania informacji” (system zbieżności-prąd), Jay Forrester złożony maja 1951, wydany 28 lutego 1956
- Patent USA 2 970 291 „Elektroniczny obwód przekaźnika” (uwagi patentowe „Mój wynalazek dotyczy obwodów elektrycznych wykorzystujących przekaźniki…”) złożony 28 maja 1947, wydany 31 stycznia 1961.
- Patent USA 2,992,414 „Transformator pamięci” (patent zauważa, że „Mój wynalazek dotyczy obwodów przekaźników elektrycznych, a w szczególności ulepszonych transformatorów do ich stosowania.”) złożony 29 maja 1947, wydany 11 lipca 1961.
- US Patent 3161861 „pamięć rdzenia magnetycznego” (ulepszenia) Ken Olsen złożony w listopadzie 1959, wydany w grudniu 1964
- Patent USA 3 264 713 „Metoda tworzenia struktur rdzenia pamięci” (uwagi patentowe „Wynalazek ten dotyczy urządzeń pamięci magnetycznej, a w szczególności nowej i ulepszonej struktury rdzenia pamięci i sposobu wytwarzania takich samych...”) złożonym 30 stycznia 1962 r. , wydany 9 sierpnia 1966.
- Patent USA 3,421,152 „Linear select system pamięci magnetycznej i sterowanie nim”, WJ Mahoney, wydany 7 stycznia 1969
- Patent USA 4 161 037 „Pamięć z rdzeniem ferrytowym” (produkcja zautomatyzowana), lipiec 1979 r
- Patent USA 4,464,752 „Pamięć z utwardzonym rdzeniem dla wielu zdarzeń” (ochrona przed promieniowaniem), sierpień 1984 r
Zewnętrzne linki
- Interaktywny samouczek Java - Magnetyczna pamięć rdzenia Narodowe Laboratorium Wysokiego Pola Magnetycznego
- Pamięć podstawowa na Uniwersytecie Columbia
- „Rdzenie magnetyczne” . Podstawy komputera cyfrowego (podręcznik szkolenia stawek). Dowództwo Edukacji i Szkolenia Marynarki Wojennej. 1978. s. 95-. NAVEDTRA 10088-B.
- Pamięć podstawowa w PDP-11
- Pamięć rdzeniowa i inne wczesne typy pamięci dostępne 15 kwietnia 2006 r.
- Coincident Current Ferrite Core Memories Magazyn Byte , lipiec 1976 r.
- Kalkulator Casio AL-1000 — pokazuje zbliżenia pamięci rdzenia magnetycznego w tym elektronicznym kalkulatorze biurkowym z połowy lat 60. XX wieku.
- W niemieckim muzeum komputerów nadal używano pamięci rdzeniowej w wielu urządzeniach
- Wernera, GE; wieloryb, RM; Lockhart, NF; Flaker, RC (marzec 1967). „Pamięć rdzenia ferrytowego 110 nanosekund” (PDF) . IBM Journal of Research and Development . 11 (2): 153-161. doi : 10.1147/rd.112.0153 . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 26 lutego 2009 r.
- tło na temat pamięci rdzeniowej dla komputerów