stringtranslate.com

Память на магнитных сердечниках

Плоскость памяти 32 × 32 сердечника, хранящая 1024 бита (или 128 байт ) данных. Маленькие черные кольца на пересечениях проводов сетки, организованные в четыре квадрата, — это ферритовые сердечники.

В вычислительной технике память на магнитных сердечниках является формой памяти с произвольным доступом . Она доминировала примерно 20 лет между 1955 и 1975 годами и часто называется просто памятью на сердечниках или, неформально, ядром .

Память на сердечниках использует тороиды (кольца) из твердого магнитного материала (обычно полужесткого феррита ). Каждый сердечник хранит один бит информации. Через каждый сердечник проходит два или более проводов, образуя массив сердечников XY. Когда к проводам подается электрический ток выше определенного порога, сердечник намагничивается. Сердечник, которому должно быть присвоено значение — или записано — выбирается путем подачи питания на один провод X и один провод Y на половину требуемой мощности, так что только один сердечник на пересечении будет записан. В зависимости от направления токов сердечник будет улавливать магнитное поле по часовой стрелке или против часовой стрелки, сохраняя 1 или 0.

Этот процесс записи также вызывает индуцирование электричества в близлежащих проводах. Если новый импульс, подаваемый в провода XY, такой же, как последний, подаваемый на этот сердечник, существующее поле ничего не сделает, и индукция не возникнет. Если новый импульс направлен в противоположном направлении, будет сгенерирован импульс. Обычно он улавливается отдельным «чувствительным» проводом, что позволяет системе узнать, содержал ли этот сердечник 1 или 0. Поскольку этот процесс считывания требует, чтобы сердечник был записан, этот процесс известен как деструктивное считывание и требует дополнительной схемы для сброса сердечника к его исходному значению, если процесс перевернул его.

Когда они не считываются и не записываются, ядра сохраняют последнее значение, которое у них было, даже если питание отключено. Таким образом, они являются типом энергонезависимой памяти . В зависимости от того, как она была подключена, память ядер может быть исключительно надежной. Например, память только для чтения использовалась в критически важном компьютере управления Apollo, необходимом для успешных посадок NASA на Луну. [ 1]

Используя меньшие ядра и провода, плотность памяти ядра медленно увеличивалась. К концу 1960-х годов плотность около 32 килобит на кубический фут (около 0,9 килобит на литр) была типичной. Стоимость снизилась за этот период с примерно 1 доллара за бит до примерно 1 цента за бит. Достижение такой плотности требует чрезвычайно тщательного производства, которое почти всегда выполнялось вручную, несмотря на неоднократные крупные усилия по автоматизации процесса. Ядро было почти универсальным до появления первых полупроводниковых чипов памяти в конце 1960-х годов, и особенно динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) в начале 1970-х годов. Первоначально примерно по той же цене, что и ядро, DRAM была меньше и проще в использовании. Ядро постепенно вытеснялось с рынка в период между 1973 и 1978 годами.

Хотя основная память устарела, компьютерную память все еще иногда называют «основной», хотя она сделана из полупроводников, особенно людьми, которые работали с машинами, имеющими настоящую основную память. Файлы, которые получаются в результате сохранения всего содержимого памяти на диск для проверки, что в настоящее время обычно выполняется автоматически, когда в компьютерной программе происходит серьезная ошибка, все еще называются « дампами основной памяти». Алгоритмы, которые работают с большим объемом данных, чем может вместить основная память, также называются алгоритмами вне основной памяти . Алгоритмы, которые работают только внутри основной памяти, иногда называются алгоритмами внутри основной памяти.

История

Разработчики

Память на ядре проекта Whirlwind

Основная концепция использования квадратной петли гистерезиса определенных магнитных материалов в качестве запоминающего или коммутационного устройства была известна с самых ранних дней развития компьютеров. Большая часть этих знаний была получена благодаря пониманию трансформаторов , которые допускали усиление и работу, подобную работе переключателя, при использовании определенных материалов. Стабильное поведение переключения было хорошо известно в области электротехники , и его применение в компьютерных системах было незамедлительным. Например, Дж. Преспер Экерт и Джеффри Чуан Чу провели некоторую работу по разработке концепции в 1945 году в Школе Мура во время работ над ENIAC . [2]

Пионер робототехники Джордж Девол подал патент [3] на первую статическую (неподвижную) магнитную память 3 апреля 1946 года. Магнитная память Девола была дополнительно усовершенствована с помощью 5 дополнительных патентов [4] [5] [6] [7] [8] и в конечном итоге использована в первом промышленном роботе . Фредерик Вие подал заявки на различные патенты на использование трансформаторов для построения цифровых логических схем вместо релейной логики , начиная с 1947 года. Полностью разработанная система ядра была запатентована в 1947 году и позже куплена IBM в 1956 году. [9] Однако эта разработка была малоизвестна, и основная разработка ядра обычно связана с тремя независимыми командами.

Значительная работа в этой области была проделана американскими физиками, родившимися в Шанхае, Ан Ваном и Вай-Донг Ву, которые в 1949 году создали устройство управления передачей импульсов . [10] В патенте описывался тип памяти, который сегодня известен как система с линией задержки или сдвиговым регистром . Каждый бит хранился с помощью пары трансформаторов, один из которых хранил значение, а второй использовался для управления. Генератор сигналов производил серию импульсов, которые отправлялись в управляющие трансформаторы с энергией, составляющей половину энергии, необходимой для изменения полярности. Импульсы были рассчитаны по времени так, чтобы поле в трансформаторах не исчезало до прихода следующего импульса. Если поле трансформатора хранения соответствовало полю, созданному импульсом, то общая энергия вызывала подачу импульса в следующую пару трансформаторов. Те, которые не содержали значения, просто исчезали. Таким образом, сохраненные значения перемещались по цепочке бит за битом с каждым импульсом. Значения считывались в конце и возвращались в начало цепочки, чтобы значения непрерывно циклически проходили через систему. [11] Такие системы имеют тот недостаток, что не являются системами с произвольным доступом, чтобы прочитать какое-либо конкретное значение, нужно ждать, пока оно пройдет по цепочке. В то время Ван и Ву работали в вычислительной лаборатории Гарвардского университета , а университет не был заинтересован в продвижении изобретений, созданных в их лабораториях. Ван смог запатентовать систему самостоятельно.

Компьютеру проекта Whirlwind MIT требовалась быстрая система памяти для отслеживания самолетов в реальном времени . Сначала использовался массив трубок Уильямса — система хранения на основе электронно-лучевых трубок — но она оказалась капризной и ненадежной. Несколько исследователей в конце 1940-х годов задумали использовать магнитные сердечники для компьютерной памяти, но инженер-компьютерщик MIT Джей Форрестер получил основной патент на свое изобретение памяти на сердечниках с совпадающим током, которая позволила хранить информацию в 3D. [12] [13] Уильям Папиан из проекта Whirlwind сослался на одну из таких разработок — «Статическую магнитную линию задержки» Гарварда — во внутренней записке. Первая оперативная память на сердечниках 32 × 32 × 16 бит была установлена ​​на Whirlwind летом 1953 года. Папян заявил: «У памяти на магнитных сердечниках есть два больших преимущества: (1) большая надежность с последующим сокращением времени обслуживания, затрачиваемого на хранение; (2) меньшее время доступа (время доступа к ядру составляет 9 микросекунд: время доступа к трубке составляет приблизительно 25 микросекунд), что увеличивает скорость работы компьютера». [14]

В апреле 2011 года Форрестер вспоминал: «Использование ядер Ваном не оказало никакого влияния на мою разработку памяти с произвольным доступом. Память Ванга была дорогой и сложной. Насколько я помню, что может быть не совсем верно, она использовала два ядра на двоичный бит и по сути была линией задержки, которая немного продвигалась вперед. В той степени, в которой я мог сосредоточиться на этом, подход не подходил для наших целей». Он описывает изобретение и связанные с ним события в 1975 году. [15] С тех пор Форрестер заметил: «Нам потребовалось около семи лет, чтобы убедить отрасль, что память на магнитных сердечниках с произвольным доступом является решением недостающего звена в компьютерных технологиях. Затем мы провели следующие семь лет в патентных судах, убеждая их, что они не все додумались до этого первыми». [16]

Третьим разработчиком, участвовавшим в ранней разработке сердечника, был Ян А. Райхман из RCA . Плодовитый изобретатель, Райхман разработал уникальную систему сердечника, используя ферритовые полосы, обернутые вокруг тонких металлических трубок, [17] построив свои первые образцы с использованием переоборудованного пресса для аспирина в 1949 году. [9] Позднее Райхман разработал версии трубки Уильямса и руководил разработкой Selectron . [ 18]

Два ключевых изобретения привели к разработке памяти на магнитных сердечниках в 1951 году. Первое, изобретение Ань Вана, было циклом записи после чтения, который решил проблему использования носителя информации, в котором акт чтения стирал считанные данные, что позволило построить последовательный одномерный сдвиговый регистр (50 бит), используя два сердечника для хранения бита. Сдвиговый регистр Вана находится на выставке Revolution в Музее компьютерной истории . Второе, изобретение Форрестера, было системой совпадающих токов, которая позволяла небольшому количеству проводов управлять большим количеством сердечников, позволяя создавать массивы трехмерной памяти из нескольких миллионов бит. Первое использование магнитного сердечника было в компьютере Whirlwind [19] , и «наиболее известным вкладом проекта Whirlwind была функция хранения на магнитных сердечниках с произвольным доступом». [20] Коммерциализация последовала быстро. Магнитный сердечник использовался в периферийных устройствах ENIAC в 1953 году [21] , IBM 702 [22], поставленного в июле 1955 года, а позднее и в самом 702. IBM 704 (1954) и Ferranti Mercury (1957) использовали память на магнитном сердечнике.

В начале 1950-х годов корпорация Seeburg разработала одно из первых коммерческих приложений памяти на сердечниках с совпадающими токами в памяти «Tormat» своей новой серии музыкальных автоматов , начиная с модели V200, разработанной в 1953 году и выпущенной в 1955 году. [23] Затем последовали многочисленные применения в вычислительной технике, телефонии и управлении промышленными процессами .

Патентные споры

Патент Вана не был выдан до 1955 года, и к тому времени память на магнитных сердечниках уже использовалась. Это положило начало длинной серии судебных исков, которая в конечном итоге закончилась, когда IBM выкупила патент у Вана за 500 000 долларов США . [24] Ван использовал эти средства для значительного расширения Wang Laboratories , которую он основал совместно с доктором Ге-Яо Чу, школьным товарищем из Китая.

MIT хотел взимать с IBM роялти в размере 0,02 доллара за бит на сердечниках памяти. В 1964 году, после многих лет юридических споров, IBM заплатила MIT 13 миллионов долларов за права на патент Форрестера — крупнейшее патентное урегулирование на тот момент. [25] [26]

Экономика производства

В 1953 году протестированные, но еще не натянутые сердечники стоили 0,33 доллара США за штуку. По мере увеличения объемов производства к 1970 году IBM производила 20 миллиардов сердечников в год, а цена за сердечник упала до 0,0003 доллара США . Размеры сердечников за тот же период уменьшились с диаметра около 0,1 дюйма (2,5 мм) в 1950-х годах до 0,013 дюйма (0,33 мм) в 1966 году. [27] Мощность, необходимая для переворота намагниченности одного сердечника, пропорциональна объему, поэтому это представляет собой снижение энергопотребления в 125 раз.

Стоимость полных систем памяти на сердечниках определялась стоимостью протягивания проводов через сердечники. Система согласованных токов Форрестера требовала, чтобы один из проводов проходил под углом 45 градусов к сердечникам, что оказалось сложным для машинного монтажа, поэтому массивы сердечников приходилось собирать под микроскопами рабочим с точной моторикой.

В 1956 году группа в IBM подала заявку на патент на машину для автоматической продевания первых нескольких проводов через каждый сердечник. Эта машина удерживала всю плоскость сердечников в «гнезде», а затем проталкивала через сердечники массив полых игл для направления проводов. [28] Использование этой машины сократило время, необходимое для продевания прямых линий выбора X и Y, с 25 часов до 12 минут на массиве сердечников 128 на 128. [29]

Более мелкие сердечники сделали использование полых игл непрактичным, но были многочисленные достижения в полуавтоматической заправке сердечников. Были разработаны опорные гнезда с направляющими каналами. Сердечники были постоянно связаны с подложкой «заплатой», которая поддерживала их во время производства и последующего использования. Иглы для заправки были приварены встык к проволокам, диаметры иглы и проволоки были одинаковыми, и были предприняты усилия по исключению использования игл. [30] [31]

Самым важным изменением, с точки зрения автоматизации, было объединение чувствительного и запрещающего проводов, что исключило необходимость в обходном диагональном чувствительном проводе. С небольшими изменениями в компоновке это также позволило гораздо плотнее упаковать сердечники в каждой заплатке. [32] [33]

К началу 1960-х годов стоимость сердечников упала до такой степени, что они стали практически универсальной основной памятью , заменив как недорогую низкопроизводительную барабанную память , так и дорогостоящие высокопроизводительные системы, использующие в качестве памяти электронные лампы , а позднее и дискретные транзисторы . Стоимость сердечниковой памяти резко снизилась за время существования технологии: затраты начались примерно с 1,00 долл. США за бит и упали примерно до 0,01 долл. США за бит.

Память на сердечниках устарела из- за появления полупроводниковых интегральных схем в 1970-х годах, хотя ее продолжали использовать для критически важных и высоконадежных приложений в IBM System/4 Pi AP-101 (использовавшемся в космическом челноке до модернизации в начале 1990-х годов, а также в бомбардировщиках B-52 и B-1B ). [34] [35] [36]

Примером масштаба, экономичности и технологии сердечниковой памяти в 1960-х годах был  сердечник памяти объемом 256 Кб 36-битных слов (1,2 МБ [37] ), установленный на PDP-6 в Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института к 1967 году. [38] В то время он считался «невообразимо огромным» и получил прозвище «Память Моби». [39] Он стоил 380 000 долларов (0,04 доллара за бит), а его ширина, высота и глубина составляли 175 см × 127 см × 64 см (69 дюймов × 50 дюймов × 25 дюймов) с его поддерживающей схемой (189 килобит/кубический фут = 6,7 килобит/литр). Время его цикла составляло 2,75 мкс. [40] [41] [42]

В 1980 году цена платы памяти на сердечниках мощностью 16 кВт ( киловорд , эквивалент 32 кБ), которая вставлялась в компьютер DEC Q-bus, составляла около 3000 долларов США . В то время массив сердечников и поддерживающая электроника могли поместиться на одной печатной плате размером около 25 см × 20 см (10 дюймов × 8 дюймов), массив сердечников монтировался на несколько мм выше печатной платы и был защищен металлической или пластиковой пластиной. [ необходима цитата ]

Описание

Схема 4×4 плоскости памяти на магнитном сердечнике в схеме совмещенного тока X/Y. X и Y — линии привода, S — датчик, Z — запрет. Стрелки указывают направление тока для записи.
Крупный план плоскости сердечника. Расстояние между кольцами составляет примерно 1 мм (0,04 дюйма). Зеленые горизонтальные провода — это X; провода Y — тускло-коричневые и вертикальные, направленные назад. Считывающие провода — диагональные, окрашенные в оранжевый цвет, а провода запрета — это вертикальные витые пары.

Термин «сердечник» происходит от обычных трансформаторов , обмотки которых окружают магнитный сердечник . В сердечниковой памяти провода проходят один раз через любой заданный сердечник — это одновитковые устройства. Свойства материалов, используемых для сердечников памяти, резко отличаются от свойств материалов, используемых в силовых трансформаторах. Магнитный материал для сердечниковой памяти требует высокой степени остаточной намагниченности , способности оставаться сильно намагниченным и низкой коэрцитивной силы , чтобы требовалось меньше энергии для изменения направления намагничивания. Сердечник может принимать два состояния, кодируя один бит . Содержимое сердечниковой памяти сохраняется даже при отключении питания системы памяти ( энергонезависимая память ). Однако при считывании сердечника он сбрасывается до «нулевого» значения. Затем схемы в системе памяти компьютера восстанавливают информацию в немедленном цикле перезаписи.

Как работает основная память

Один из трех взаимосвязанных модулей, составляющих ядро ​​памяти PDP-8 на базе Omnibus (PDP 8/e/f/m).
Один из трех взаимосвязанных модулей, которые составляют плоскость памяти ядра PDP-8 на базе Omnibus. Это средний из трех модулей, содержащий массив реальных ферритовых сердечников.
Один из трех взаимосвязанных модулей, составляющих ядро ​​памяти PDP-8 на базе Omnibus.

Наиболее распространенная форма памяти на сердечниках, X/Y line matching-current , используемая для основной памяти компьютера, состоит из большого количества небольших тороидальных ферримагнитных керамических ферритов ( сердечников ), удерживаемых вместе в сетчатой ​​структуре (организованной как «стопка» слоев, называемых плоскостями ), с проводами, вплетенными в отверстия в центрах сердечников. В ранних системах было четыре провода: X , Y , Sense и Inhibit , но более поздние сердечники объединили последние два провода в одну линию Sense/Inhibit . [32] Каждый тороид хранил один бит (0 или 1). К одному биту в каждой плоскости можно было получить доступ за один цикл, поэтому каждое машинное слово в массиве слов было распределено по «стек» плоскостей. Каждая плоскость будет манипулировать одним битом слова параллельно , позволяя считывать или записывать полное слово за один цикл.

Сердечник опирается на свойства квадратной петли гистерезиса ферритового материала, используемого для изготовления тороидов. Электрический ток в проводе, проходящем через сердечник, создает магнитное поле. Только магнитное поле , превышающее определенную интенсивность («выбор»), может заставить сердечник изменить свою магнитную полярность. Чтобы выбрать ячейку памяти, одна из линий X и одна из линий Y возбуждаются половиной тока («полувыбор»), необходимого для этого изменения. Только объединенное магнитное поле, генерируемое в месте пересечения линий X и Y ( логическое соединение ), достаточно для изменения состояния; другие сердечники увидят только половину необходимого поля («полувыбор») или вообще ничего. При движении тока по проводам в определенном направлении результирующее индуцированное поле заставляет магнитный поток выбранного сердечника циркулировать в одном или другом направлении (по часовой стрелке или против часовой стрелки). Одно направление — это сохраненная 1 , а другое — сохраненный 0 .

Тороидальная форма сердечника предпочтительна, поскольку магнитный путь замкнут, нет магнитных полюсов и, таким образом, очень мал внешний поток. Это позволяет упаковывать сердечники близко друг к другу без взаимодействия их магнитных полей. Попеременное 45-градусное расположение, используемое в ранних массивах сердечников, было обусловлено диагональными проводами считывания. С устранением этих диагональных проводов стала возможной более плотная упаковка. [33]

Чтение и письмо

Диаграмма кривой гистерезиса для сердечника магнитной памяти во время операции чтения. Импульс тока линии считывания высокий ("1") или низкий ("0") в зависимости от исходного состояния намагниченности сердечника.

Время доступа плюс время перезаписи составляет время цикла памяти .

Чтение

Чтобы прочитать бит памяти сердечника, схема пытается перевернуть бит в полярность, назначенную состоянию 0, управляя выбранными линиями X и Y, которые пересекаются в этом сердечнике.

Обнаружение такого импульса означает, что бит последним содержал 1. Отсутствие импульса означает, что бит последним содержал 0. Задержка в обнаружении импульса напряжения называется временем доступа к основной памяти.

После любого такого чтения бит содержит 0. Это иллюстрирует, почему доступ к памяти ядра называется деструктивным чтением : любая операция, которая считывает содержимое ядра, стирает это содержимое, и его необходимо немедленно создать заново.

Письмо

Чтобы записать бит основной памяти, схема предполагает, что была выполнена операция чтения и бит находится в состоянии 0.

Комбинированное восприятие и подавление

Провод Sense используется только во время чтения, а провод Inhibit используется только во время записи. По этой причине более поздние основные системы объединили их в один провод и использовали схему в контроллере памяти для переключения функции провода.

Однако, когда провод Sense пересекает слишком много жил, ток половины выбора может также индуцировать значительное напряжение по всей линии из-за суперпозиции напряжения на каждой отдельной жиле. Этот потенциальный риск "неправильного считывания" ограничивает минимальное количество проводов Sense.

Увеличение количества проводов считывания также требует большего количества схем декодирования.

Совмещенное чтение и запись с изменением

Контроллеры основной памяти были разработаны таким образом, что каждое чтение немедленно сопровождалось записью (потому что чтение принудительно устанавливало все биты в 0, а запись предполагала, что это произошло). Наборы инструкций были разработаны для использования этого преимущества.

Например, значение в памяти можно было прочитать и изменить почти так же быстро, как его можно было прочитать и записать. В PDP-6 инструкции AOS*(или SOS*) увеличивали (или уменьшали) значение между фазой чтения и фазой записи одного цикла памяти (возможно, сигнализируя контроллеру памяти о необходимости сделать короткую паузу в середине цикла). Это могло быть в два раза быстрее, чем процесс получения значения с помощью цикла чтения-записи, увеличения (или уменьшения) значения в каком-либо регистре процессора, а затем записи нового значения с помощью другого цикла чтения-записи.

Другие формы основной памяти

Плоскость памяти на магнитном сердечнике размером 10,8 × 10,8 см с емкостью 64 × 64 бита (4 Кб), используемая в CDC 6600. На врезке показана архитектура словесной шины с двумя проводами на бит.

Память на основе словесных линий часто использовалась для предоставления регистровой памяти. Другие названия этого типа — линейный выбор и 2-D . Эта форма памяти на основе сердечников обычно сплетала три провода через каждый сердечник на плоскости: чтение слов , запись слов и считывание/запись битов . Для чтения или очистки слов полный ток подается на одну или несколько линий чтения слов ; это очищает выбранные сердечники и любые, которые переворачиваются, вызывают импульсы напряжения в их линиях считывания/записи битов . Для чтения обычно выбирается только одна линия чтения слов ; но для очистки можно выбрать несколько линий чтения слов , в то время как линии считывания/записи битов игнорируются. Для записи слов половинный ток подается на одну или несколько линий записи слов , а половинный ток подается на каждую линию считывания/записи битов для установки бита. В некоторых конструкциях линии чтения слов и записи слов объединялись в один провод, в результате чего получался массив памяти всего с двумя проводами на бит. Для записи можно выбрать несколько линий записи слов . Это давало преимущество в производительности по сравнению с X/Y line matching-current, поскольку несколько слов могли быть очищены или записаны с тем же значением за один цикл. Типичный набор регистров машины обычно использовал только одну маленькую плоскость этой формы основной памяти. Некоторые очень большие памяти были построены с использованием этой технологии, например, вспомогательная память Extended Core Storage (ECS) в CDC 6600 , которая содержала до 2 миллионов 60-битных слов.

Память сердечника каната

Память на основе сердечника — это форма памяти с возможностью чтения только для чтения (ПЗУ) памяти на сердечниках. В этом случае сердечники, которые имели больше линейных магнитных материалов, просто использовались в качестве трансформаторов ; на самом деле никакая информация не хранилась магнитно внутри отдельных сердечников. Каждый бит слова имел один сердечник. Чтение содержимого заданного адреса памяти генерировало импульс тока в проводе, соответствующем этому адресу. Каждый адресный провод был продет либо через сердечник, чтобы обозначить двоичный код [1], либо вокруг внешней части этого сердечника, чтобы обозначить двоичный код [0]. Как и ожидалось, сердечники были намного больше физически, чем сердечники памяти с возможностью чтения и записи. Этот тип памяти был исключительно надежным. Примером был бортовой компьютер Apollo, использовавшийся для посадок NASA на Луну.

Физические характеристики

Скорость

Производительность ранних сердечников памяти можно охарактеризовать в современных терминах как очень приблизительно сопоставимую с тактовой частотой 1  МГц (эквивалентной домашним компьютерам начала 1980-х годов, таким как Apple II и Commodore 64 ). Ранние системы сердечников памяти имели время цикла около 6  мкс , которое упало до 1,2 мкс к началу 1970-х годов, а к середине 70-х годов оно снизилось до 600  нс (0,6 мкс). Некоторые конструкции имели существенно более высокую производительность: CDC 6600 имел время цикла памяти 1,0 мкс в 1964 году, используя сердечники, которым требовался полувыбранный ток 200 мА. [43] Было сделано все возможное, чтобы сократить время доступа и увеличить скорость передачи данных (пропускную способность), включая одновременное использование нескольких сеток сердечников, каждая из которых хранила один бит слова данных. Например, машина может использовать 32 сетки ядра с одним битом 32-битного слова в каждой, а контроллер может получить доступ ко всему 32-битному слову за один цикл чтения/записи.

Надежность

Память на сердечниках является энергонезависимым хранилищем — она может сохранять свое содержимое неограниченное время без питания. Она также относительно не подвержена влиянию ЭМИ и радиации. Это были важные преимущества для некоторых приложений, таких как промышленные программируемые контроллеры первого поколения , военные установки и транспортные средства, такие как истребители , а также космические корабли , и привели к использованию сердечников в течение ряда лет после появления полупроводниковой МОП-памяти (см. также МОП-транзисторы ). Например, бортовые компьютеры космического челнока IBM AP-101B использовали память на сердечниках, которая сохранила содержимое памяти даже после распада Челленджера и последующего падения в море в 1986 году. [44]

Температурная чувствительность

Другой характеристикой ранних ядер было то, что коэрцитивная сила была очень чувствительна к температуре; правильный полувыбранный ток при одной температуре не является правильным полувыбранным током при другой температуре. Поэтому контроллер памяти включал датчик температуры (обычно термистор ) для правильной регулировки уровней тока при изменении температуры. Примером этого является сердечниковая память, используемая Digital Equipment Corporation для их компьютера PDP-1 ; эта стратегия продолжалась во всех последующих системах сердечниковой памяти, созданных DEC для их линейки компьютеров PDP с воздушным охлаждением.

Другим методом управления температурной чувствительностью было помещение «стопки» магнитных сердечников в печь с контролируемой температурой. Примерами этого являются сердечники памяти с подогревом воздуха IBM 1620 (которым требовалось до 30 минут, чтобы достичь рабочей температуры , около 106 °F (41 °C) и сердечники памяти с подогревом масла в ванне IBM 7090 , ранних IBM 7094s и IBM 7030. Ядро нагревалось, а не охлаждалось, потому что основным требованием была постоянная температура, и было проще (и дешевле) поддерживать постоянную температуру значительно выше комнатной, чем на уровне или ниже нее.

Диагностика

Диагностика аппаратных проблем в основной памяти требовала запуска трудоемких диагностических программ. В то время как быстрый тест проверял, может ли каждый бит содержать единицу и ноль, эти диагностики тестировали основную память с наихудшими шаблонами и должны были работать в течение нескольких часов. Поскольку у большинства компьютеров была только одна плата основной памяти, эти диагностики также перемещались по памяти, что позволяло тестировать каждый бит. Расширенный тест назывался « тестом Шму », в котором токи полувыбора изменялись вместе со временем, в которое проверялась линия считывания («стробировалась»). График данных этого теста, казалось, напоминал персонажа мультфильма по имени « Шму », и это название прижилось. Во многих случаях ошибки можно было устранить, осторожно постукивая печатной платой с массивом основных сердечников по столу. Это слегка изменяло положение сердечников вдоль проводов, проходящих через них, и могло устранить проблему. Процедура требовалась редко, поскольку основная память оказалась очень надежной по сравнению с другими компьютерными компонентами того времени.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Компьютер для Аполлона". MIT Science Reporter . 1965. WGBH .
  2. ^ Экерт, Дж. Преспер (октябрь 1953 г.). «Обзор систем памяти цифровых компьютеров». Труды IRE . 41 (10). США: IEEE: 1393–1406. doi :10.1109/JRPROC.1953.274316. ISSN  0096-8390. S2CID  8564797.
  3. US 2590091, Джордж К. Девол и Эрик Б. Ханселл, «Магнитное запоминающее и чувствительное устройство», опубликовано 10 апреля 1956 г. 
  4. US 2741757, Джордж К. Девол и Эрик Б. Ханселл, «Магнитное запоминающее и чувствительное устройство», опубликовано 10 апреля 1956 г. 
  5. US 2926844, Джордж К. Девол, «Датчик для магнитной записи», опубликовано 1 марта 1960 г. 
  6. US 3035253, Джордж К. Девол, «Магнитные запоминающие устройства», опубликовано 15 мая 1962 г. 
  7. US 3016465, Джордж К. Девол и Эрик Б. Хансел, «Детекторы совпадений», опубликовано 9 января 1962 г. 
  8. US 3246219, Джордж К. Девол и Морис Дж. Данн, «Феррорезонансные устройства», опубликовано 12 апреля 1966 г. 
  9. ^ ab Reilly, Edwin D. (2003). Вехи в компьютерной науке и информационных технологиях. Westport, CT: Greenwood Press. стр. 164. ISBN 1-57356-521-0.
  10. ^ "Интервью с Ваном, ранние работы Ан Вана в области Core Memories". Datamation . США: Technical Publishing Company: 161–163. Март 1976 г.
  11. ^ US 2708722, Ван, Ан, «Устройство управления передачей импульсов», выдан 17 мая 2020 г. 
  12. ^ Форрестер, Джей В. (1951). «Цифровое хранение информации в трех измерениях с использованием магнитных сердечников». Журнал прикладной физики . 22 (1): 44–48. Bibcode : 1951JAP....22...44F. doi : 10.1063/1.1699817.
  13. US 2736880, Forrester, Jay W., «Многокоординатное цифровое устройство хранения информации», выдан 28 февраля 1956 г. 
  14. ^ "Вихрь" (PDF) . Отчет Музея компьютеров . Массачусетс: Музей компьютеров: 13. Зима 1983 г. – через Microsoft.
  15. ^ Эванс, Кристофер (июль 1983 г.). «Беседа: Джей У. Форрестер». Анналы истории вычислений . 5 (3): 297–301. doi :10.1109/mahc.1983.10081. S2CID  25146240.
  16. ^ Kleiner, Art (4 февраля 2009 г.). «Шок системы Джея Форрестера». The MIT Sloan Review . США . Получено 1 апреля 2018 г.
  17. Ян А. Райхман, Магнитная система, патент США 2,792,563 , выдан 14 мая 1957 г.
  18. ^ Хиттингер, Уильям (1992). "Ян А. Райхман". Мемориальные почести . 5. США: Национальная инженерная академия: 229.
  19. ^ Хейс, Джон П. (1978). Архитектура и организация компьютера . McGraw-Hill International Book Company. стр. 21. ISBN 0-07-027363-4.
  20. ^ Редмонд, Кент С.; Смит, Томас М. (1980). Проект Вихрь - История первого компьютера . Бедфорд, Массачусетс: Digital Press. стр. 215. ISBN 0932376096.
  21. ^ Ауэрбах, Айзек Л. (2 мая 1952 г.). "Система статической магнитной памяти для ENIAC". Труды национального собрания ACM 1952 г. (Питтсбург) на - ACM '52 . стр. 213–222. doi :10.1145/609784.609813. ISBN 9781450373623. S2CID  17518946.
  22. ^ Pugh, Emerson W.; Johnson, Lyle R.; Palmer, John H. (1991). IBM's 360 и Early 370 Systems . MIT Press. стр. 32. ISBN 978-0-262-51720-1.
  23. Кларенс Шульц и Джордж Боесен, Селекторы для автоматических фонографов, патент США 2923553A , выдан 2 февраля 1960 г.
  24. ^ "An Wang Sells Core Memory Patent to IBM". США: Computer History Museum . Получено 12 апреля 2010 г.
  25. ^ "Память на магнитных сердечниках". CHM Revolution . Музей истории компьютеров . Получено 1 апреля 2018 г.
  26. ^ Пью, Джонсон и Палмер 1991, стр. 182
  27. ^ Пью, Джонсон и Палмер 1991, стр. 204–6.
  28. Уолтер П. Шоу и Родерик У. Линк, Метод и устройство для заправки перфорированных изделий, патент США 2,958,126 , выдан 1 ноября 1960 г.
  29. ^ Баше, Чарльз Дж.; Джонсон, Лайл Р.; Палмер, Джон Х. (1986). Первые компьютеры IBM . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. стр. 268. ISBN 0-262-52393-0.
  30. Роберт Л. Джадж, Метод и устройство для заправки проволоки, патент США 3,314,131 , выдан 18 апреля 1967 г.
  31. Рональд А. Бек и Деннис Л. Бреу, Метод нанизывания сердечника на заплатку, патент США 3,872,581 , выдан 25 марта 1975 г.
  32. ^ ab Крейтон Д. Барнс и др., Устройство хранения на магнитном сердечнике, имеющее одну обмотку как для функции обнаружения, так и для функции блокировки, патент США 3,329,940 , выданный 4 июля 1967 г.
  33. ^ Авторы: Виктор Л. Селл и Сайед Альви, Матрица памяти на сердечниках высокой плотности, патент США 3,711,839 , выдан 16 января 1973 г.
  34. ^ "История проекта: Память на магнитных сердечниках". web.mit.edu . Архивировано из оригинала 14 июля 2023 г. . Получено 14 июля 2023 г. .
  35. ^ Норман, П. Гленн (1987), «Новый компьютер общего назначения AP101S (GPC) для космического челнока», Труды IEEE , 75 (3): 308–319, Bibcode : 1987IEEEP..75..308N, doi : 10.1109/PROC.1987.13738, S2CID  19179436
  36. ^ Стормонт, Д. П.; Велган, Р. (23–27 мая 1994 г.). «Управление рисками для модернизации компьютера B-1B». Труды Национальной конференции по аэрокосмической технике и электронике (NAECON'94) . Том 2. С. 1143–1149. doi :10.1109/NAECON.1994.332913. ISBN 0-7803-1893-5. S2CID  109575632.
  37. ^ Внутри Moby Memory было 40 бит на слово, но они не были доступны процессору PDP-10.
  38. ^ Проект MAC. Отчет о ходе работ IV. Июль 1966 г. — июль 1967 г. (PDF) (Отчет). Массачусетский технологический институт. стр. 18. 681342. Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2021 г. Получено 7 декабря 2020 г.
  39. ^ Эрик С. Рэймонд , Гай Л. Стил , Новый словарь хакера , 3-е издание, 1996, ISBN 0262680920 , на основе Jargon File , sv 'moby', стр. 307 
  40. ^ FABRI-TEK Mass Core 'Moby' Memory. США. 4 августа 1967 г. 102731715 . Получено 7 декабря 2020 г. . {{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )CS1 maint: location missing publisher (link)
  41. ^ Кракауэр, Лоуренс Дж. "Moby Memory" . Получено 7 декабря 2020 г.
  42. ^ Стивен Леви, Хакеры: Герои компьютерной революции , 2010 (издание к 25-й годовщине), ISBN 1449393748 , стр. 98 
  43. ^ "Раздел 4". Руководство по обучению Control Data 6600. Control Data Corporation. Июнь 1965 г. Номер документа 60147400.
  44. ^ "Память на магнитных сердечниках". США: Национальная лаборатория сильных магнитных полей: Музей электричества и магнетизма. Архивировано из оригинала 10 июня 2010 г.

Внешние ссылки