Pamięć z rdzeniem magnetycznym
| Pamięć komputera i typy przechowywania danych |
|---|
| Lotny |
| Nielotne |
Pamięć z rdzeniem magnetycznym była dominującą formą pamięci komputerowej o dostępie swobodnym przez 20 lat, między około 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 rdzenie transformatora , gdzie każdy drut przewleczony przez rdzeń służy jako uzwojenie transformatora. Przez każdy rdzeń przechodzą dwa lub więcej drutów. Histereza magnetyczna pozwala każdemu z rdzeni „zapamiętać” lub zapisać 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. prądu elektrycznego w niektórych drutach przechodzących przez rdzeń umożliwiają ustawienie kierunku magnesowania w tym rdzeniu w dowolnym kierunku, a tym samym zapisanie jedynki lub zera. Kolejny przewód przechodzący przez każdy rdzeń, przewód czujnikowy, służy do wykrywania, czy rdzeń zmienił stan.
Proces odczytu rdzenia powoduje wyzerowanie rdzenia, a tym samym jego wymazanie. Nazywa się to odczytem destrukcyjnym . Gdy nie są odczytywane ani zapisywane, rdzenie zachowują ostatnią posiadaną wartość, nawet po wyłączeniu zasilania. Dlatego są rodzajem nieulotnej .
Używając mniejszych rdzeni i drutów, gęstość pamięci rdzenia powoli rosła, a pod koniec lat 60. gęstość około 32 kilobitów na stopę sześcienną (około 0,9 kilobita na litr) była typowa. Jednak osiągnięcie tej gęstości wymagało niezwykle starannej produkcji, która prawie zawsze była wykonywana ręcznie, pomimo wielokrotnych dużych wysiłków w celu zautomatyzowania procesu. Koszt spadł w tym okresie z około 1 dolara za bit do około 1 centa za bit. pod koniec lat 60. pierwszych półprzewodnikowych układów pamięci , które początkowo tworzyły statyczną pamięć o dostępie swobodnym ( SRAM ), zaczął podkopywać rynek pamięci rdzeniowych. Pierwsza odnosząca sukcesy dynamiczna pamięć o dostępie swobodnym ( DRAM ), Intel 1103 , pojawiła się w 1970 roku. Jej dostępność w ilości 1 centa za bit oznaczała początek końca pamięci rdzeniowej.
Ulepszenia w produkcji półprzewodników doprowadziły do szybkiego wzrostu pojemności pamięci 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 mogła być wyjątkowo niezawodna. Na przykład pamięć liny rdzeniowej tylko do odczytu była używana w krytycznym komputerze Apollo Guidance Computer , niezbędnym do udanych lądowań NASA na Księżycu.
Chociaż pamięć rdzeniowa jest przestarzała, pamięć komputerowa jest nadal czasami nazywana „rdzeniem”, mimo że jest wykonana z półprzewodników, szczególnie przez ludzi, którzy pracowali z maszynami posiadającymi rzeczywistą pamięć rdzeniową. Pliki powstałe w wyniku zapisania całej zawartości pamięci na dysk w celu wglądu, co obecnie jest powszechnie wykonywane automatycznie w przypadku wystąpienia poważnego błędu w programie komputerowym, nadal nazywane są „zrzutami pamięci ” .
Historia
Deweloperzy
Podstawowa koncepcja wykorzystania kwadratowej pętli histerezy niektórych materiałów magnetycznych jako urządzenia do przechowywania lub przełączania była znana od najwcześniejszych dni rozwoju komputerów. Znaczna część tej wiedzy rozwinęła się dzięki zrozumieniu transformatorów , co umożliwiło wzmocnienie i działanie podobne do przełączników, gdy zbudowano je z określonych materiałów. Stabilne zachowanie przełączania było dobrze znane w elektrotechniki , a jego zastosowanie w systemach komputerowych było natychmiastowe. Na przykład J. Presper Eckert i Jeffrey Chuan Chu wykonał pewne prace rozwojowe nad koncepcją w 1945 roku w Moore School podczas wysiłków ENIAC .
Pionier robotyki, George Devol, złożył patent na pierwszą statyczną (nieruchomą) pamięć magnetyczną 3 kwietnia 1946 r. Pamięć magnetyczna Devola została dodatkowo udoskonalona dzięki 5 dodatkowym patentom i ostatecznie wykorzystana w pierwszym robocie przemysłowym . Frederick Viehe złożył wniosek o różne patenty dotyczące wykorzystania transformatorów do budowy cyfrowych obwodów logicznych zamiast logiki przekaźnikowej, począwszy od 1947 r. W pełni rozwinięty system podstawowy został opatentowany w 1947 r., A później zakupiony przez IBM w 1956 roku. Rozwój ten był jednak mało znany, a główny nurt rozwoju rdzenia jest zwykle kojarzony z trzema niezależnymi zespołami.
Znaczne prace w tej dziedzinie wykonali urodzeni w Szanghaju amerykańscy fizycy An Wang i Way-Dong Woo, którzy w 1949 roku stworzyli urządzenie kontrolujące transfer impulsów. Nazwa odnosiła się do sposobu wykorzystania pola magnetycznego rdzeni do kontrolować przełączanie prądu; jego patent skupiał się na wykorzystaniu rdzeni do tworzenia z linią opóźniającą lub rejestrem przesuwnym . Wang i Woo pracowali na Uniwersytecie Harvarda ówczesnego Laboratorium Obliczeniowego, a uczelnia nie była zainteresowana promowaniem wynalazków powstających w ich pracowniach. Wang był w stanie samodzielnie opatentować system.
MIT Project Whirlwind wymagał systemu szybkiej pamięci do śledzenia samolotów w czasie rzeczywistym . Początkowo stosowano układ lamp Williamsa — system przechowywania oparty na lampach elektronopromieniowych — ale okazał się on porywczy i zawodny. Kilku badaczy pod koniec lat czterdziestych wpadło na pomysł wykorzystania rdzeni magnetycznych do pamięci komputera, ale inżynier komputerowy z MIT, Jay Forrester , otrzymał główny patent na swój wynalazek pamięci rdzeniowej z prądem zbieżnym, która umożliwiła przechowywanie informacji w 3D. William Papian z Project Whirlwind zacytował jeden z tych wysiłków, „Static Magnetic Delay Line” Harvardu, w wewnętrznej notatce. Pierwsza pamięć rdzenia 32 × 32 × 16 bitów zostało zainstalowanych w Whirlwind latem 1953 roku. Papian stwierdził: „Magnetic-Core Storage ma dwie duże zalety: (1) większa niezawodność, aw konsekwencji skrócenie czasu konserwacji poświęconego na przechowywanie; (2) krótszy dostęp czasu (czas dostępu do rdzenia wynosi 9 mikrosekund: czas dostępu do rurki wynosi około 25 mikrosekund), zwiększając w ten sposób szybkość działania komputera.
Forrester wspominał, że w kwietniu 2011 r. „Wykorzystanie rdzeni przez Wanga nie miało żadnego wpływu na mój rozwój pamięci o dostępie swobodnym. Pamięć Wang była droga i skomplikowana. Jak pamiętam, co może nie do końca być poprawne, wykorzystywała dwa rdzenie na bit binarny i była zasadniczo linią opóźniającą, która przesunęła się nieco do przodu. W stopniu, w jakim mogłem się na tym skupić, podejście to nie było odpowiednie dla naszych celów. Opisuje wynalazek i związane z nim wydarzenia w 1975 roku. Od tego czasu Forrester zauważył: „Przekonanie branży zajęło nam około siedmiu lat, że pamięć z rdzeniem magnetycznym o dostępie swobodnym jest rozwiązaniem brakującego ogniwa w technologii komputerowej. po siedmiu latach w sądach patentowych przekonując ich, że nie wszyscy pomyśleli o tym pierwsi”.
Trzecim deweloperem zaangażowanym we wczesny rozwój rdzenia był Jan A. Rajchman z RCA . Rajchman, płodny wynalazca, zaprojektował unikalny system rdzenia, wykorzystując opaski ferrytowe owinięte wokół cienkich metalowych rurek, budując swoje pierwsze egzemplarze przy użyciu przerobionej prasy do aspiryny w 1949 r. Rajchman później opracował wersje rurki Williamsa i kierował rozwojem Selectron .
Dwa kluczowe wynalazki doprowadziły do opracowania pamięci z rdzeniem magnetycznym w 1951 roku. Pierwszym, autorstwa An Wanga, był cykl zapisu po odczycie, który rozwiązał problem korzystania z nośnika pamięci, na którym akt odczytu kasował odczytane dane , umożliwiający budowę szeregowego, jednowymiarowego rejestru przesuwnego (50 bitów), wykorzystującego dwa rdzenie do przechowywania bitu. Rdzeń rejestru przesuwnego Wanga znajduje się na wystawie Rewolucja w Muzeum Historii Komputerów . Drugi, Forrester's, był systemem prądu zbieżnego, który umożliwiał niewielkiej liczbie przewodów sterowanie dużą liczbą rdzeni, umożliwiając macierze pamięci 3D o długości kilku milionów bitów. Pierwsze użycie rdzenia miało miejsce w komputerze Whirlwind, a „najsłynniejszym wkładem Project Whirlwind była funkcja przechowywania rdzenia magnetycznego o dostępie swobodnym”. Komercjalizacja nastąpiła szybko. Rdzeń magnetyczny był używany w urządzeniach peryferyjnych ENIAC w 1953 r., IBM 702 dostarczony w lipcu 1955 r., A później w samym 702. IBM 704 (1954) i Ferranti Mercury (1957) używali pamięci z rdzeniem magnetycznym.
To właśnie we wczesnych latach pięćdziesiątych firma Seeburg Corporation opracowała jedno z pierwszych komercyjnych zastosowań pamięci rdzeniowej z prądem zbieżnym w pamięci „Tormat” swojej nowej serii szaf grających, poczynając od V200 opracowanego w 1953 r. I wydanego w 1955 r. Liczne zastosowania następnie w informatyce, telefonii i kontroli procesów przemysłowych.
Spory patentowe
Patent Wanga został przyznany dopiero w 1955 roku, a do tego czasu pamięć z rdzeniem magnetycznym była już w użyciu. To zapoczątkowało długą serię procesów sądowych, które ostatecznie zakończyły się, gdy IBM od razu kupił patent od Wanga za 500 000 USD . Wang wykorzystał te fundusze do znacznej rozbudowy Laboratoriów Wang , które założył wraz z dr Ge-Yao Chu, kolegą ze szkoły z Chin.
MIT chciał obciążyć IBM opłatą licencyjną w wysokości 0,02 USD za bit pamięci rdzeniowej. W 1964 roku, po latach sporów prawnych, IBM zapłacił MIT 13 milionów dolarów za prawa do patentu Forrestera - największa jak dotąd ugoda patentowa.
Ekonomika produkcji
W 1953 r. przetestowane, ale jeszcze nie naciągnięte rdzenie kosztowały 0,33 USD za sztukę. Wraz ze wzrostem wielkości produkcji do 1970 roku IBM produkował 20 miliardów rdzeni rocznie, a cena za rdzeń spadła do 0,0003 USD . Rozmiary rdzeni zmniejszyły się w tym samym okresie z około 0,1 cala (2,5 mm) średnicy w latach pięćdziesiątych XX wieku do 0,013 cala (0,33 mm) w 1966 roku. Moc wymagana do odwrócenia namagnesowania jednego rdzenia jest proporcjonalna do objętości, więc oznacza to spadek zużycie energii o współczynnik 125.
Koszt kompletnych systemów pamięci rdzeniowej był zdominowany przez koszt przeciągnięcia przewodów przez rdzenie. System prądów zbieżnych firmy Forrester wymagał, aby jeden z przewodów był poprowadzony pod kątem 45 stopni w stosunku do rdzeni, co okazało się trudne do okablowania maszynowego, tak więc układy rdzeni musiały być montowane pod mikroskopami przez pracowników z precyzyjną kontrolą motoryczną.
W 1956 roku grupa IBM złożyła wniosek o patent na maszynę do automatycznego przeciągania kilku pierwszych drutów przez każdy rdzeń. Ta maszyna utrzymywała pełną płaszczyznę rdzeni w „gnieździe”, a następnie przepychała szereg wydrążonych igieł przez rdzenie, aby poprowadzić druty. Użycie tej maszyny skróciło czas potrzebny do nawleczenia prostych linii wyboru X i Y z 25 godzin do 12 minut na macierzy o wymiarach 128 na 128 rdzeni.
Mniejsze rdzenie sprawiały, że stosowanie wydrążonych igieł było niepraktyczne, ale nastąpiły liczne postępy w półautomatycznym nawlekaniu rdzeni. Opracowano gniazda podporowe z kanałami prowadzącymi. Rdzenie zostały trwale połączone z „łatką” arkusza podkładowego, która wspierała je podczas produkcji i późniejszego użytkowania. Igły do nawlekania były przyspawane doczołowo do drutów, więc średnica igły i drutu była taka sama i starano się całkowicie wyeliminować użycie igieł.
Najważniejszą zmianą, z punktu widzenia automatyzacji, było połączenie przewodów czujnikowych i hamujących, eliminując potrzebę stosowania okrężnego, ukośnego przewodu czujnikowego. Dzięki niewielkim zmianom w układzie pozwoliło to również na znacznie ściślejsze upakowanie rdzeni w każdej łatce.
We wczesnych latach sześćdziesiątych koszt rdzenia spadł do tego stopnia, że stał się on prawie 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 całym okresie eksploatacji technologii: koszt zaczynał się od około 1,00 USD za bit i spadł do około 0,01 USD za bit. Rdzeń został zastąpiony zintegrowanymi półprzewodnikowymi układami RAM w latach 70.
Przykładem skali, ekonomii i technologii pamięci rdzeniowej w latach 60. była jednostka pamięci rdzeniowej o pojemności 256 tys. 36-bitowych słów (1,2 MiB ) zainstalowana na PDP-6 w Laboratorium Sztucznej Inteligencji MIT do 1967 r. Uznano to za „niewyobrażalnie ogromny” w tamtym 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 wraz z obwodami pomocniczymi (189 kilobitów / stopę sześcienną = 6,7 kilobitów / 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 użytych na rdzenie pamięci diametralnie różnią się od tych stosowanych w transformatorach mocy. Materiał magnetyczny na pamięć rdzenia wymaga wysokiego stopnia remanencji magnetycznej , zdolności do pozostawania silnie namagnesowanym i niskiej koercji tak, że do zmiany kierunku magnesowania potrzeba mniej energii. Rdzeń może przyjmować dwa stany, kodując jeden bit. Zawartość pamięci rdzenia jest zachowywana nawet po wyłączeniu systemu pamięci ( pamięć nieulotna ). Jednak po odczytaniu rdzenia jest on resetowany do wartości „zero”. Następnie obwody w systemie pamięci komputera przywracają informacje w natychmiastowym cyklu ponownego zapisu.
Jak działa pamięć rdzeniowa
Najbardziej powszechna forma pamięci rdzeniowej, linia X/Y z prądem zbieżnym , używana w głównej pamięci komputera, składa się z dużej liczby małych toroidalnych ferrimagnetycznych ceramicznych ferrytów ( rdzeń ) utrzymywanych razem w strukturze siatki (zorganizowanej jako „ stos" warstw zwanych płaszczyznami ), z drutami przeplecionymi przez otwory w środkach rdzeni. We wczesnych systemach były cztery przewody: X , Y , Sense i Inhibit , ale późniejsze rdzenie połączyły dwa ostatnie przewody w jedną linię Sense / Inhibit . Każdy toroid przechowywał jeden bit (0 lub 1). Dostęp do jednego bitu w każdej płaszczyźnie można było uzyskać w jednym cyklu, więc każde słowo maszynowe w tablicy słów było rozłożone na „stosie” 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 większa niż pewna intensywność („wybierz”) może spowodować zmianę biegunowości magnetycznej rdzenia. Aby wybrać miejsce w pamięci, jedna z linii X i jedna z linii Y są zasilane połową prądu („półwybór”) wymaganego do spowodowania tej zmiany. Tylko połączone pole magnetyczne generowane w miejscu przecięcia się linii X i Y (funkcja logiczna AND) wystarcza do zmiany stanu; inne rdzenie będą widzieć tylko połowę potrzebnego pola („wybrane w połowie”) lub wcale. Kierując prąd przez przewody w określonym kierunku, powstaje indukowany 0 pole 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 zapisany 1 , a drugi to zapisany .
Preferowany jest toroidalny kształt rdzenia, ponieważ ścieżka magnetyczna jest zamknięta, nie ma biegunów magnetycznych, a zatem bardzo mały strumień zewnętrzny. Pozwala to na ścisłe upakowanie rdzeni bez interakcji ich pól magnetycznych. Naprzemienne pozycjonowanie pod kątem 45 stopni stosowane we wczesnych układach rdzeniowych było konieczne ze względu na ukośne przewody czujnikowe. Dzięki wyeliminowaniu tych ukośnych drutów możliwe było ściślejsze upakowanie.
Czytanie i pisanie
Aby odczytać część pamięci rdzenia, obwód próbuje odwrócić bit do polaryzacji przypisanej do stanu 0, sterując wybranymi liniami X i Y, które przecinają się w tym rdzeniu.
- Jeśli bit miał już wartość 0, stan fizyczny rdzenia pozostaje nienaruszony.
- Jeśli bit był poprzednio 1, wówczas rdzeń zmienia biegunowość magnetyczną. Ta zmiana, po pewnym czasie, indukuje impuls napięcia w linii Sense.
Wykrycie takiego impulsu oznacza, że bit ostatnio zawierał 1. Brak impulsu oznacza, że bit zawierał 0. Opóźnienie wykrycia impulsu napięcia nazywane jest czasem dostępu do pamięci rdzenia .
Po każdym takim odczycie bit zawiera 0. Ilustruje to, dlaczego dostęp do pamięci rdzenia nazywany jest odczytem destrukcyjnym : każda operacja, która odczytuje zawartość rdzenia, usuwa tę zawartość i należy ją natychmiast odtworzyć.
Aby zapisać bit 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 kierunku przeciwnym do operacji odczytu. Podobnie jak w przypadku odczytu, rdzeń na przecięciu linii X i Y zmienia biegunowość magnetyczną.
- Aby zapisać bit 0, można zastosować dwie metody. Pierwszy jest taki sam jak proces odczytu z prądem w pierwotnym kierunku. Drugi ma odwróconą logikę. Innymi słowy, zapis 0 bitów polega na wstrzymaniu zapisu 1 bitu. Ta sama ilość prądu jest również przesyłana przez linię Inhibit. Zmniejsza to prąd netto przepływający przez odpowiedni rdzeń do połowy wybranego prądu, 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 przewody w jeden przewód i wykorzystały obwody w kontrolerze pamięci do przełączania funkcji przewodu. Jednakże, gdy przewód Sense przechodzi przez zbyt wiele rdzeni, prąd półwyboru może również indukować znaczne napięcie w całej linii z powodu superpozycji napięcia na każdym pojedynczym rdzeniu. To potencjalne ryzyko „błędnego odczytu” ogranicza minimalną liczbę przewodów Sense. Zwiększenie liczby przewodów Sense wymaga większej liczby obwodów dekodujących.
Kontrolery pamięci rdzeniowej zostały zaprojektowane w taki sposób, aby po każdym odczycie natychmiast następował zapis (ponieważ odczyt wymusił ustawienie wszystkich bitów na 0, a zapis zakładał, że tak się stało). Komputery zaczęły wykorzystywać ten fakt. Na przykład wartość w pamięci może być odczytywana i zwiększana (jak na przykład przez AOS na PDP-6 ) prawie tak szybko, jak można to było przeczytać; sprzęt po prostu zwiększył wartość między fazą odczytu a fazą zapisu pojedynczego cyklu pamięci (być może sygnalizując kontrolerowi pamięci krótką pauzę w środku cyklu). Może to być dwa razy szybsze niż proces uzyskiwania wartości w cyklu odczytu i zapisu, zwiększania wartości w jakimś rejestrze procesora, a następnie zapisywania nowej wartości w kolejnym cyklu odczytu i zapisu.
Inne formy pamięci rdzeniowej
Pamięć rdzeniowa Word Line była często używana do zapewnienia pamięci rejestrowej. Inne nazwy tego typu to wybór liniowy i 2-D . Ta forma pamięci rdzeniowej zwykle przeplatała trzy przewody przez każdy rdzeń na płaszczyźnie, odczyt słów , zapis słów i wykrywanie/zapis bitów . Aby przeczytać lub wyczyścić słowa, pełny prąd jest przykładany do jednej lub więcej linii odczytu słów ; powoduje to wyczyszczenie wybranych rdzeni i wszystkich, które odwracają, indukując impulsy napięcia w ich liniach wykrywania bitów/zapisu . Do odczytu, zwykle czytane jest tylko jedno słowo linia zostanie wybrana; ale dla wyraźnego, można wybrać wiele wierszy odczytu słów , podczas gdy linie wykrywania / zapisu bitów mogą być ignorowane. Aby zapisać słowa, połowa prądu jest przykładana do jednej lub więcej zapisu słowa , a połowa prądu jest przykładana do każdej linii odczytu/zapisu bitu , aby ustawić bit. W niektórych projektach odczytu i zapisu słów zostały połączone w jeden przewód, w wyniku czego powstała tablica pamięci z zaledwie dwoma przewodami na bit. Do zapisu można wybrać wiele linii zapisu słów . Dało to przewagę wydajności nad Współbieżny prąd linii X / Y , w którym wiele słów może zostać wyczyszczonych lub zapisanych z tą samą wartością w jednym cyklu. Zestaw rejestrów typowej maszyny zwykle wykorzystywał tylko jedną małą płaszczyznę tej formy pamięci rdzeniowej. Za pomocą tej technologii zbudowano kilka bardzo dużych pamięci, na przykład pamięć pomocnicza Extended Core Storage (ECS) w CDC 6600 , która zawierała do 2 milionów 60-bitowych słów.
Inna forma pamięci rdzeniowej, zwana pamięcią rdzeniową, zapewniała pamięć tylko do odczytu . W tym przypadku rdzenie, które miały bardziej liniowe materiały magnetyczne, zostały po prostu użyte jako transformatory ; żadne informacje nie były faktycznie przechowywane magnetycznie w poszczególnych rdzeniach. Każdy bit słowa miał jeden rdzeń. Odczytanie zawartości danego adresu pamięci generowało impuls prądu w przewodzie odpowiadającym temu adresowi. Każdy przewód adresowy był przewleczony przez rdzeń, aby oznaczyć binarny [1], lub wokół zewnętrznej części tego rdzenia, aby oznaczyć binarny [0]. Zgodnie z oczekiwaniami rdzenie były fizycznie znacznie większe niż rdzenie pamięci do odczytu i zapisu. Ten typ pamięci był wyjątkowo niezawodny. Przykładem był tzw Apollo Guidance Computer używany do lądowań NASA na Księżycu.
Charakterystyka fizyczna
Wydajność wczesnych pamięci rdzeniowych można scharakteryzować w dzisiejszych warunkach jako z grubsza porównywalną z częstotliwością zegara 1 MHz (odpowiednik komputerów domowych z początku 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 do połowy lat 70. spadły do 600 ns (0,6 µs). Niektóre projekty miały znacznie wyższą wydajność: CDC 6600 miał czas cyklu pamięci 1,0 µs w 1964 roku, wykorzystując rdzenie, które wymagały prądu półwyboru 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 każda przechowuje jeden bit słowa danych. Na przykład maszyna może wykorzystywać 32 siatki rdzenia z jednym bitem 32-bitowe słowo w każdym, a kontroler mógł uzyskać dostęp do całego 32-bitowego słowa w jednym cyklu odczytu/zapisu.
Pamięć rdzeniowa jest pamięcią nieulotną — może przechowywać swoją zawartość w nieskończoność bez zasilania. Jest również stosunkowo niewrażliwy na EMP i promieniowanie. Były to ważne zalety dla niektórych zastosowań, takich jak przemysłowe programowalne kontrolery pierwszej generacji , instalacje wojskowe i pojazdy, takie jak samoloty myśliwskie , a także statki kosmiczne , i doprowadziły do używania rdzenia przez wiele lat po udostępnieniu półprzewodnikowej pamięci MOS (patrz także MOSFET ) . Na przykład prom kosmiczny IBM AP-101B wykorzystywały pamięć rdzeniową, która zachowywała zawartość pamięci nawet podczas rozpadu Challengera i późniejszego zanurzenia go w morzu w 1986 roku. Inną cechą charakterystyczną wczesnego rdzenia było to, że siła przymusu była bardzo wrażliwa na temperaturę ; właściwy prąd półwyboru w jednej temperaturze nie jest właściwym prądem półwyboru w innej temperaturze. Tak więc kontroler pamięci zawierałby czujnik temperatury (zwykle termistor ), aby prawidłowo dostosować poziomy prądu do zmian temperatury. Przykładem tego jest pamięć rdzeniowa używana przez Digital Equipment Corporation za ich komputer PDP-1 ; ta strategia była kontynuowana we wszystkich kolejnych systemach pamięci rdzeniowej zbudowanych przez DEC dla ich linii PDP komputerów chłodzonych powietrzem. Innym sposobem radzenia sobie z wrażliwością na temperaturę było zamknięcie „stosu” rdzenia magnetycznego w piecu z kontrolowaną temperaturą. Przykładami tego są pamięć z rdzeniem ogrzewanym powietrzem w IBM 1620 (osiągnięcie temperatury roboczej około 106 ° F (41 ° C) może zająć do 30 minut) oraz pamięć rdzeniowa z podgrzewaną kąpielą olejową w IBM 7090 , wczesne IBM 7094 i IBM 7030 .
Rdzeń był podgrzewany zamiast chłodzony, ponieważ głównym wymaganiem była stała temperatura, a utrzymanie stałej temperatury znacznie powyżej temperatury pokojowej było łatwiejsze (i tańsze) niż utrzymywanie jej na poziomie lub poniżej.
W 1980 r. cena płyty z rdzeniem pamięci o mocy 16 kW ( kilosłowo , co odpowiada 32 kB), która była zamontowana w komputerze DEC Q-bus, wynosiła około 3000 USD . W tamtym czasie matryca rdzeniowa i wspierająca ją elektronika mieściły się na pojedynczej płytce drukowanej o wymiarach około 25 × 20 cm, matryca rdzeniowa była montowana kilka mm nad płytką drukowaną i była chroniona metalową lub plastikową płytką.
Diagnozowanie problemów sprzętowych w pamięci rdzeniowej wymagało uruchomienia czasochłonnych programów diagnostycznych. Podczas gdy szybki test sprawdzał, czy każdy bit może zawierać jedynkę i zero, ta diagnostyka testowała pamięć rdzenia z najgorszymi wzorcami i musiała działać przez kilka godzin. Ponieważ większość komputerów miała tylko jedną kartę pamięci rdzenia, ta diagnostyka poruszała się również w pamięci, umożliwiając testowanie każdego bitu. Zaawansowany test nazwano „ testem Shmoo ”, w którym prądy półwyboru były modyfikowane wraz z czasem, w którym testowano linię sensowną („strobowanie”). Wykres danych z tego testu wydawał się przypominać postać z kreskówki o imieniu „Szmoo” i nazwa się przyjęła . w wielu przypadkach błędy można było rozwiązać, delikatnie stukając płytkę drukowaną z układem rdzeni o stół. To nieznacznie zmieniło położenie rdzeni wzdłuż przebiegających przez nie przewodów i mogło rozwiązać problem. Procedura była rzadko potrzebna, ponieważ pamięć rdzeniowa okazała się bardzo niezawodna w porównaniu z innymi ówczesnymi komponentami komputerów.
Ta karta microSDHC mieści 8 miliardów bajtów (8 GB). Opiera się na sekcji pamięci z rdzeniem magnetycznym, która wykorzystuje 64 rdzenie do przechowywania ośmiu bajtów. Karta microSDHC mieści ponad miliard razy więcej bajtów na znacznie mniejszej przestrzeni fizycznej.
Pamięć z rdzeniem magnetycznym, 18 × 24 bity, z ćwiartką amerykańską dla skali
Zbliżenie pamięci rdzenia magnetycznego
Pod kątem
Zobacz też
- Pamięć bąbelkowa
- Zrzut rdzenia
- Pamięć rdzenia liny
- Pamięć linii opóźniającej
- Kalkulatory elektroniczne
- Ferroelektryczna pamięć RAM
- Magnetorezystancyjna pamięć o dostępie swobodnym
- Pamięć głównie do odczytu (RMM)
- Pamięć cienkowarstwowa
- Pamięć Twistora
Linki zewnętrzne
- Interaktywny samouczek Java - Pamięć rdzenia magnetycznego National High Magnetic Field Laboratory
- Pamięć rdzeniowa na Uniwersytecie Columbia
- „Rdzenie magnetyczne” . Podstawy komputera cyfrowego (podręcznik szkoleniowy Rate). Dowództwo ds. Edukacji i Szkolenia Marynarki Wojennej. 1978. s. 95–. NAWEDTRA 10088-B.
- Pamięć rdzeniowa w PDP-11
- pamięci rdzeniowej i innych wczesnych typów pamięci 15 kwietnia 2006 r
- Coincident Current Ferrite Core Memories Byte , lipiec 1976
- Kalkulator Casio AL-1000 - pokazuje zbliżenia pamięci rdzenia magnetycznego w tym elektronicznym kalkulatorze na biurko z połowy lat 60.
- Nadal używana pamięć rdzeniowa w wielu urządzeniach w niemieckim muzeum komputerowym
- Werner, GE; Whalen, RM; Lockhart, NF; Flaker, RC (marzec 1967). „Pamięć z rdzeniem ferrytowym 110 nanosekund” (PDF) . IBM Journal of Research and Development . 11 (2): 153–161. doi : 10.1147/rd.112.0153 . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 26 lutego 2009 r.
- Tło dotyczące pamięci rdzeniowej dla komputerów
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
