Magnetkerngedächtnis

"Core Memory" leitet hier weiter. Für andere Verwendungen siehe Kerngedächtnis (Disambiguierung).
A 32 x 32 Kernspeicherebene, die 1024 Bit (oder 128) speichert Bytes) von Dateien. Die kleinen schwarzen Ringe an den Kreuzungen der in vier Quadrate organisierten Netzkabel sind die Ferritkernen.

Magnetkerngedächtnis war die vorherrschende Form von Zufallszugriff Computerspeicher Seit 20 Jahren zwischen 1955 und 1975 wird eine solche Erinnerung oft gerufen Kerngedächtnisoder informell, Ader.

Kernspeicher verwendet Toroide (Ringe) von a hartes magnetisches Material (normalerweise a halbhartes Ferrit) wie Transformator Kerne, bei denen jeder Draht durch den Kern eingebunden ist, dient als Transformatorwicklung. Zwei oder mehr Drähte verlaufen jeden Kern. Magnetisch Hysterese Ermöglicht jedem der Kerne, sich zu erinnern oder einen Staat zu speichern.

Jeder Kern speichert einen bisschen von Informationen. Ein Kern kann entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn magnetisiert werden. Der Wert des in einem Kern gespeicherten Bit ist gemäß der Richtung der Magnetisierung dieses Kerns Null oder eins. Elektrischer Strom Impulse in einigen Drähten durch einen Kern ermöglichen es, dass die Richtung der Magnetisierung in diesem Kern in beide Richtungen eingestellt wird, wodurch ein Eins oder eine Null gespeichert wird. Ein weiterer Draht durch jeden Kern, der Sinnesdraht, wird verwendet, um festzustellen, ob der Kernzustand verändert wurde.

Der Prozess des Lesens des Kerns führt dazu, dass der Kern auf eine Null zurückgesetzt wird, wodurch er löscht. Das nennt man zerstörerische Anzeige. Wenn die Kerne nicht gelesen oder geschrieben werden, behalten sie den letzten Wert bei, den sie hatten, auch wenn die Macht ausgeschaltet ist. Daher sind sie eine Art von Art von nicht flüchtig Erinnerung.

Verwenden kleinerer Kerne und Drähte die Speicherdichte des Kerns nahm langsam zu, und in den späten 1960er Jahren war typisch eine Dichte von etwa 32 Kilobit pro Kubikfuß (etwa 0,9 Kilobit pro Liter). Das Erreichen dieser Dichte erforderte jedoch eine äußerst sorgfältige Herstellung, die trotz wiederholter größeren Bemühungen zur Automatisierung des Prozesses fast immer von Hand ausgeführt wurde. Die Kosten gingen in diesem Zeitraum von etwa 1 USD pro Bit auf etwa 1 Cent pro Bit zurück. Die Einführung des ersten Halbleitergedächtnis Chips in den späten 1960er Jahren, die zunächst statische Zufallszugriffsgedächtnis erzeugt haben (Sram), begann den Markt für das Kerngedächtnis zu untergraben. Der erste erfolgreiche dynamische Zufallszugriffsgedächtnis (Dram), das Intel 1103, gefolgt von 1970. Die Verfügbarkeit in der Menge bei 1 Cent pro Bit markierte den Beginn des Endes für das Kerngedächtnis.[1]

Verbesserungen der Herstellung von Halbleiter führten zu einer raschen Steigerung der Lagerkapazität und zu einem Rückgang des Preises pro Kilobyte, während sich die Kosten und Spezifikationen des Kernspeichers kaum veränderten. Das Kerngedächtnis wurde zwischen 1973 und 1978 allmählich vom Markt getrieben.

Je nachdem, wie es verdrahtet wurde, könnte der Kerngedächtnis außergewöhnlich zuverlässig sein. Schreibgeschützt Kernseilspeicherzum Beispiel wurde für die missionskritische Verwendung verwendet Apollo Guidance Computer wichtig für NASAerfolgreicher Mondlandungen.

Obwohl der Kerngedächtnis veraltet ist, wird der Computerspeicher manchmal immer noch als "Kern" bezeichnet, obwohl er aus Halbleitern besteht, insbesondere von Menschen, die mit Maschinen mit dem tatsächlichen Kernspeicher gearbeitet haben. Die Dateien, die sich aus dem Speichern des gesamten Speicherinhalts in der Festplatte zur Inspektion ergeben, die heutzutage häufig automatisch ausgeführt werden, wenn ein großer Fehler in einem Computerprogramm auftritt, werden weiterhin aufgerufen. "Kernpolster".

Geschichte

Entwickler

Projekt Wirbelwind Kerngedächtnis

Das grundlegende Konzept der Verwendung des Quadrats Hysterese Die Schleife bestimmter magnetischer Materialien als Speicher- oder Schaltgerät war aus den frühesten Tagen der Computerentwicklung bekannt. Ein Großteil dieses Wissens hatte sich aufgrund eines Verständnisses von entwickelt Transformer, was eine Verstärkung und eine schaltrige Leistung ermöglichte, wenn sie mit bestimmten Materialien erstellt wurden. Das stabile Schaltverhalten war in der bekannt Elektrotechnik Feld und seine Anwendung in Computersystemen waren unmittelbar. Zum Beispiel, J. Presper Eckert und Jeffrey Chuan Chu hatte einige Entwicklungsarbeiten zum Konzept 1945 in der Moore School während der Eniac Bemühungen.[2]

Robotik Pioneer George Devol ein Patent eingereicht[3] Für das erste statische (nicht bewegende) Magnetgedächtnis am 3. April 1946. Der Magnetgedächtnis von Devol wurde über 5 zusätzliche Patente weiter verfeinert[4][5][6][7][8] und letztendlich in der ersten verwendet Industrieboter. Frederick VieHe beantragte verschiedene Patente bei der Verwendung von Transformer zum Aufbau digitaler Logikschaltungen anstelle von Relaislogik ab 1947. Ein voll entwickeltes Kernsystem wurde 1947 patentiert und später von gekauft von IBM 1956.[9] Diese Entwicklung war jedoch wenig bekannt, und die Mainstream-Entwicklung des Kerns ist normalerweise mit drei unabhängigen Teams verbunden.

Wesentliche Arbeiten vor Ort wurden von der durchgeführt Shanghai-geboren amerikanisch Physiker Ein Wang und way-dong woo, der das geschaffen hat Impulsübertragungssteuergerät 1949.[10][11] Der Name bezog sich auf die Art und Weise, wie das Magnetfeld der Kerne verwendet werden konnte, um das Stromumschalten zu steuern; Sein Patent konzentrierte sich auf die Verwendung von Kernen zum Erstellen Verzögerungslinie oder Schieberegister Speichersysteme. Wang und Woo arbeiteten an Harvard UniversitätDas Rechenlabor zu dieser Zeit, und die Universität war nicht daran interessiert, Erfindungen zu fördern, die in ihren Labors erstellt wurden. Wang konnte das System alleine patentieren.

Der MIT Projekt Wirbelwind Computer benötigte ein schnelles Speichersystem für Echtzeit Flugzeugverfolgung. Zunächst eine Auswahl an Williams Tubes- Ein Speichersystem basierend auf Kathodenstrahlröhren- Wurde, aber als temperamentvoll und unzuverlässig erwiesen. Mehrere Forscher Ende der 1940er Jahre konzipierten die Idee, Magnetkerne für den Computerspeicher zu verwenden, aber der MIT -Computeringenieur Jay Forrester Erfuhr das Hauptpatent für seine Erfindung des übereinstimmenden Kernspeichers, der die 3D-Speicherung von Informationen ermöglichte.[12][13] William Papian von Project Whirlwind zitierte eine dieser Bemühungen, Harvards "statische Magnetverzögerungslinie", in einem internen Memo. Die erste Kerngedächtnis von 32 × 32 × 16 Bit wurde im Sommer 1953 auf Whirlwind installiert. Papian erklärte: "Magnetic-Core-Speicher hat zwei große Vorteile: (1) eine höhere Zuverlässigkeit mit einer daraus resultierenden Verringerung der Wartungszeit, die der Lagerung gewidmet ist; (2) kürzerer Zugangszeit (Kernzugriffszeit ist 9 Mikrosekunden: Die Rohrzugriffszeit beträgt ungefähr 25 Mikrosekunden) und erhöht die Geschwindigkeit des Computerbetriebs. "[14]

Im April 2011 erinnerte sich Forrester: "Die Wang-Verwendung von Kernen hatte keinen Einfluss auf meine Entwicklung des Zufallszugriffsgedächtnisses. Das Wang-Gedächtnis war teuer und kompliziert. Wie ich mich erinnere, die möglicherweise nicht ganz richtig ist, verwendete es zwei Kerne Per Binärbit und war im Wesentlichen eine Verzögerungslinie, die sich etwas nach vorne bewegte. In dem Maße, in dem ich mich möglicherweise darauf konzentriert habe, war der Ansatz für unsere Zwecke nicht geeignet. " Er beschreibt 1975 die Erfindung und die damit verbundenen Ereignisse.[15] Forrester hat seitdem beobachtet: "Wir haben ungefähr sieben Jahre gebraucht, um die Branche davon zu überzeugen, dass der zufällige Magnetkerngedächtnis die Lösung für einen fehlenden Zusammenhang mit der Computertechnologie war. Dann verbrachten wir die folgenden sieben Jahre bei den Patentgerichten, die sie davon überzeugen, dass sie davon überzeugt sind Hatte nicht zuerst daran gedacht. "[16]

Ein dritter Entwickler, der an der frühen Entwicklung des Kerns beteiligt war Jan A. Rajchman bei RCA. Rajchman, ein produktiver Erfinder, entwarf ein einzigartiges Kernsystem mit Ferritbändern, die um dünne Metallrohre gewickelt waren.[17] Bauen Sie seine ersten Beispiele mit einem konvertierten Aufbau Aspirin Presse im Jahr 1949.[9] Rajchman entwickelte später Versionen des Williams Tube und leitete die Entwicklung des Seleektronen.[18]

Zwei wichtige Erfindungen führten 1951 zur Entwicklung des magnetischen Kerngedächtnisses. Der erste, ein Wang, war der Schreibabschlusszyklus, in dem das Problem der Verwendung eines Speichermedium die Konstruktion einer seriellen, eindimensionalen Konstruktion ermöglichen Schieberegister (von 50 Bit) mit zwei Kernen, um etwas zu speichern. Ein Wang Core Shift Register befindet sich in der Revolution -Ausstellung am Computergeschichte Museum. Das zweite, Forrester's, war das Zufallsstromsystem, das es einer kleinen Anzahl von Drähten ermöglichte, eine große Anzahl von Kernen zu steuern, die 3D-Speicherarrays von mehreren Millionen Bit ermöglichen. Die erste Verwendung von Core fand im Wirbelsturmcomputer statt, und das "berühmteste Beitrag des Projekts Whirlwind" war das zufällige Zugriff, magnetischer Kernspeicherfunktion.[19] Die Kommerzialisierung folgte schnell. Magnetkern wurde in Peripheriegeräten der verwendet IBM 702[20] geliefert im Juli 1955 und später im 702 selbst. Das IBM 704 (1954) und die Ferranti Quecksilber (1957) verwendeten Magnet-Core-Speicher.

Es war in den frühen 1950er Jahren das Seeburg Corporation entwickelte eine der ersten kommerziellen Anwendungen des übereinstimmenden Kernspeicherspeichers in der "Tormat"-Erinnerung an die neue Spektrum an Jukeboxen, beginnend mit dem 1953 entwickelten V200 und veröffentlicht 1955.[21] Zahlreiche Verwendungen in Computer, Telefonie und Industrie Prozesssteuerung gefolgt.

Patentstreitigkeiten

Wangs Patent wurde erst 1955 gewährt, und zu diesem Zeitpunkt war der Magnetkerngedächtnis bereits verwendet. Dies begann eine lange Reihe von Klagen, die schließlich endete, als IBM kaufte das Patent sofort von Wang für US $ 500.000.[22] Wang benutzte die Mittel, um sich stark auszudehnen Wang Laboratorien, was er mit Dr. Ge-Yao Chu, einem Schulkamerad aus China, mitbegründet hatte.

MIT wollte IBM $ 0,02 pro Bit Lizenzgebühren im Kerngedächtnis berechnen. Nach Jahren des legalen Wranglings zahlte IBM 1964 13 Millionen Mio. USD für das Rechte an Forresters Patent - die größte Patentvereinbarung bis zu diesem Zeitpunkt.[23][24]

Produktionsökonomie

Im Jahr 1953 kosten getestete, aber noch nicht bespannte Kerne US $ 0,33 jeder. Mit zunehmendem Fertigungsvolumen produzierte IBM 1970 20 Milliarden Kerne pro Jahr, und der Preis pro Kern fiel auf US $ 0,0003. Die Kerngrößen schrumpften über den gleichen Zeitraum zwischen einem Durchmesser von etwa 0,1 Zoll in den 1950er bis 0,013 Zoll (0,33 mm) im Jahr 1966.[25] Die Leistung, die zum Umdrehen der Magnetisierung eines Kerns erforderlich ist, ist proportional zum Volumen. Dies stellt einen Stromverbrauch um den Faktor von 125 dar.

Die Kosten für vollständige Kernspeichersysteme wurden von den Kosten für die Klimaanlage der Kabel durch die Kerne dominiert. Forresters übereinstimmendes Strom-System erforderte, dass eines der Drähte mit 45 Grad zu den Kernen geführt werden musste, was sich als maschinell als schwierig erwies, sodass Kernarrays von Arbeitern mit Feinmotorik unter Mikroskopen zusammengebaut werden mussten.

1956 beantragte eine Gruppe von IBM ein Patent auf einer Maschine, um die ersten Kabel automatisch durch jeden Kern zu fädeln. Diese Maschine hielt die volle Ebene von Kernen in einem "Nest" und schob dann eine Reihe von Hohlnadeln durch die Kerne, um die Drähte zu führen.[26] Die Verwendung dieser Maschine reduzierte die Zeit, die zum Einfädeln der geraden X- und Y -Linien von 25 Stunden bis 12 Minuten auf einem 128 -128 -Kernarray reduziert wurde.[27]

Kleinere Kerne machten die Verwendung von Hohlnadeln unpraktisch, aber es gab zahlreiche Fortschritte beim halbautomatischen Kernfaden. Es wurden Unterstützungsnester mit Führungskanälen entwickelt. Die Kerne wurden dauerhaft an ein "Patch" ein Backblech gebunden, das sie während der Herstellung und spätere Verwendung unterstützte. Fadennadeln waren Hintern geschweißt Für die Drähte waren die Nadel- und Drahtdurchmesser gleich, und es wurden Anstrengungen unternommen, um die Verwendung von Nadeln vollständig zu beseitigen.[28][29]

Die wichtigste Änderung aus Sicht der Automatisierung war die Kombination des Sinnes und der Hemmung von Drähten, wodurch die Notwendigkeit eines schäuerigen diagonalen Sinnesdrahtes beseitigt wurde. Mit kleinen Veränderungen im Layout ermöglichte dies auch eine viel engere Verpackung der Kerne in jedem Patch.[30][31]

In den frühen 1960er Jahren gingen die Kernkosten so weit, dass es fast universell wurde wie Haupterinnerungbeide kostengünstigen niedrigen Leistungen ersetzen Drum -Speicher und kostspielige Hochleistungssysteme verwenden Vakuumröhrenund später diskret Transistoren als Erinnerung. Die Kosten für den Kerngedächtnis gingen über die Lebensdauer der Technologie stark zurück: Die Kosten begannen bei ungefähr US $ 1,00 pro Stück und zu ungefähr fallen US $ 0,01 pro bisschen. Der Kern wurde ersetzt durch integriert Halbleiter RAM Chips in den 1970er Jahren.

Ein Beispiel für die Skala, Wirtschaft und Technologie des Kerngedächtnisses in den 1960er Jahren war das 256K 36-Bit-Wort (1.2 MiB[32]) Kernspeichereinheit, die auf der installiert ist PDP-6 Bei der Labor für künstliche Intelligenz MIT bis 1967.[33] Dies wurde damals als "unvorstellbar groß" angesehen und nannte die "Moby -Erinnerung".[34] Es kostete 380.000 US -Dollar (0,04 USD/Bit) und war 69 Zoll breit, 50 Zoll groß und 25 Zoll tief mit seiner Stützschaltung (189 Kilobit/Kubikfuß = 6,7 Kilobit/Liter). Die Zykluszeit betrug 2,75 μs.[35][36][37]

Beschreibung

Diagramm einer 4 × 4-Ebene des magnetischen Kerngedächtnisses in einem X/Y-Zeilen-Zufallsaufbau. X und y sind Antriebslinien, S ist sinnvoll, z hemmt. Pfeile geben die Stromrichtung zum Schreiben an.
Nahaufnahme einer Kernebene. Der Abstand zwischen den Ringen beträgt ungefähr 1 mm (0,04 Zoll). Die grünen horizontalen Drähte sind x; Die Y -Drähte sind stumpfbraun und vertikal nach hinten. Die Sinnesdrähte sind diagonal, farbig orange und die Hemmdrähte sind vertikale verdrehte Paare.

Der Begriff "Kern" stammt von konventionell Transformer deren Wicklungen umgeben a magnetischer Kern. Im Kerngedächtnis gelangen die Drähte einmal durch einen bestimmten Kern-sie sind Einzelgedrehte. Die Eigenschaften von Materialien, die für Speicherkerne verwendet werden, unterscheiden sich dramatisch von denen, die in Krafttransformatoren verwendet werden. Das magnetische Material für ein Kerngedächtnis erfordert einen hohen Grad an Magnet Erinnerung, die Fähigkeit, hoch magnetisiert zu bleiben und eine niedrige Koerzivität so dass weniger Energie erforderlich ist, um die Magnetisierungsrichtung zu ändern. Der Kern kann zwei Zustände nehmen und ein bisschen kodieren. Der Kernspeichergehalt wird auch dann beibehalten, wenn das Speichersystem abgeschaltet wird ((Nichtflüchtiger Gedächtnis). Wenn der Kern jedoch gelesen wird, wird er auf einen "Null" -Wert zurückgesetzt. Schaltkreise im Computerspeichersystem stellen dann die Informationen in einem sofortigen Umschreibungszyklus wieder her.

Wie Kerngedächtnis funktioniert

Eines von drei miteinander verbundenen Modulen, aus denen eine Omnibus-basierte (PDP 8/E/F/M) PDP-8-Kernspeicherebene besteht.
Eines von drei miteinander verbundenen Modulen, aus denen eine Omnibus-basierte PDP-8-Kernspeicherebene besteht. Dies ist die Mitte der drei und enthält das Array der tatsächlichen Ferritkernen.
Eines von drei miteinander verbundenen Modulen, aus denen eine Omnibus-basierte PDP-8-Kernspeicherebene besteht.

Die häufigste Form des Kerngedächtnisses, X/Y-Linie Zufallsströmung, verwendet für den Hauptspeicher eines Computers, besteht aus einer großen Anzahl von kleinen Toroidal ferrimagnetisch Keramik Ferriten (Kerne) in einer Gitterstruktur zusammengehalten (organisiert als "Stapel" von Schichten genannt Flugzeuge) mit Drähten, die durch die Löcher in den Zentren der Kerne gewebt werden. In frühen Systemen gab es vier Drähte: X, Y, Sinn, und Hemmen, aber spätere Kerne kombinierten die beiden letztgenannten Drähte zu einem Sinn/Hemmung Linie.[30] Jeder Toroid hat einen gespeichert bisschen (0 oder 1). Ein Bit in jeder Ebene kann in einem Zyklus zugegriffen werden, sodass jede Maschine Wort In einer Reihe von Wörtern wurde über einen "Stapel" von Flugzeugen verteilt. Jedes Flugzeug würde ein bisschen ein Wort manipulieren parallel, damit das vollständige Wort in einem Zyklus gelesen oder geschrieben werden kann.

Der Kern beruht auf den Eigenschaften des Ferritmaterials "Quadratschlaufe" des Ferritmaterials, mit dem die Toroide hergestellt werden. Ein elektrischer Strom in einem Draht, der durch einen Kern fließt, erzeugt ein Magnetfeld. Nur a Magnetfeld größer als eine bestimmte Intensität ("select") kann dazu führen, dass der Kern seine magnetische Polarität verändert. Um einen Speicherort auszuwählen, wird eine der x und eine der Y-Zeilen mit der Hälfte des Stroms ("halb-selekte") angetrieben, die erforderlich sind, um diese Änderung zu verursachen. Nur das kombinierte Magnetfeld erzeugt, bei dem die x- und y -Linien (eine logische und Funktion) ausreichen, um den Zustand zu ändern; Andere Kerne sehen nur die Hälfte des benötigten Feldes ("halb ausgewählt") oder gar keine. Durch Fahren des Stroms durch die Drähte in eine bestimmte Richtung, die resultierende induziert Feld erzwingt den magnetischen Fluss des ausgewählten Kerns, um in die eine oder andere Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) in die eine oder andere Richtung zu zirkulieren. Eine Richtung ist ein gespeicherter 1, während der andere ein gespeicherter ist 0.

Die toroidale Form eines Kerns wird bevorzugt, da der Magnetweg geschlossen ist, es keine magnetischen Pole und damit nur sehr wenig externer Fluss gibt. Dadurch können die Kerne eng zusammengepackt werden, ohne dass ihre Magnetfelder interagieren können. Die abwechselnde 45-Grad-Positionierung, die in frühen Kernarrays verwendet wurde, wurde durch die diagonalen Sensedrähte erforderlich. Mit der Beseitigung dieser diagonalen Drähte war eine engere Verpackung möglich.[31]

Lesen und Schreiben

Diagramm der Hysterese Kurve für einen magnetischen Gedächtniskern während eines Lesevorgangs. Der Stromleitungsstrompuls ist hoch ("1") oder niedrig ("0"), abhängig vom ursprünglichen Magnetisierungszustand des Kerns.

Um ein bisschen Kernspeicher zu lesen, versucht die Schaltung, das Bit auf die dem 0 -Status zugewiesene Polarität umzudrehen, indem die ausgewählten x- und y -Linien gefahren werden, die sich in diesem Kern überschneiden.

  • Wenn das Bit bereits 0 war, ist der physische Zustand des Kerns nicht betroffen.
  • Wenn das Bit zuvor 1 war, ändert der Kern die magnetische Polarität. Diese Änderung führt nach einer Verzögerung einen Spannungsimpuls in die Sinneslinie.

Der Nachweis eines solchen Impulses bedeutet, dass das Bit zuletzt ein 1. Fehlen des Impulses enthielt, bedeutet, dass das Bit eine 0 enthält. Zugriffszeit des Kerngedächtnisses.

Nach einer solchen Lektüre enthält das Bit ein 0. Dies zeigt, warum ein Kernspeicherzugriff als a genannt wird zerstörerische Lektüre: Jede Operation, die den Inhalt eines Kerns liest, löscht diese Inhalte und sie müssen sofort nachgebaut werden.

Um ein bisschen Kernspeicher zu schreiben, geht die Schaltung davon aus, dass es einen Lesevorgang gegeben hat und das Bit im 0 -Zustand ist.

  • Um ein 1 -Bit zu schreiben, werden die ausgewählten X- und Y -Zeilen angetrieben, wobei der Strom in der entgegengesetzten Richtung wie für die Lesevorrichtung ist. Wie beim Lesen verändert der Kern am Schnittpunkt der X- und Y -Linien die magnetische Polarität.
  • Um ein 0 -Bit zu schreiben, können zwei Methoden angewendet werden. Der erste entspricht dem Lesenprozess mit Strom in der ursprünglichen Richtung. Die zweite hat die Logik umgekehrt. Mit anderen Worten, das Schreiben eines 1 -Bits zu schreiben. Die gleiche Menge an Strom wird auch durch die Hemmlinie gesendet. Dies reduziert den Nettostrom, der durch den jeweiligen Kern fließt, auf die Hälfte des ausgewählten Stroms und hemmt die Änderung der Polarität.

Die Zugriffszeit plus die Zeit zum Umschreiben ist die Speicherzykluszeit.

Der Sinnesdraht wird nur während des Lesevorgangs verwendet, und der Hemmdraht wird nur während des Schreibens verwendet. Aus diesem Grund kombinierten spätere Kernsysteme die beiden in einen einzelnen Kabel und verwendeten Schaltkreise im Speicherregler, um die Funktion des Kabels zu schalten. Wenn Sense Draht jedoch zu viele Kerne überquert, kann der halb ausgewählte Strom aufgrund der Überlagerung der Spannung bei jedem einzelnen Kern auch eine beträchtliche Spannung über die gesamte Linie induzieren. Dieses potenzielle Risiko für "falsch verstanden" begrenzt die Mindestanzahl des Sinnesdrahtes. Erhöhung der Sinnesdrähte erfordert mehr Dekodienschaltungen.

Core Memory Controller wurden so konzipiert, dass jede Lektüre sofort von einem Schreiben verfolgt wurde (weil die Lektüre alle Bits auf 0 erzwang, und weil das Schreiben davon ausgegangen war, dass dies passiert war). Computer nutzten diese Tatsache aus. Zum Beispiel könnte ein Wert im Speicher gelesen und inkrementiert werden (wie zum Beispiel von der Aos Anweisung am PDP-6) Fast so schnell wie es gelesen werden konnte; Die Hardware erhöhte einfach den Wert zwischen der Lesephase und der Schreibphase eines einzelnen Speicherzyklus (möglicherweise signalisierte der Speichercontroller kurz in der Mitte des Zyklus). Dies kann doppelt so schnell sein wie der Prozess des Erhaltens des Wertes mit einem Leseschreiberzyklus, dem Inkrementieren des Werts in einem Prozessorregister und dann den neuen Wert mit einem anderen Leseschreiberzyklus.

Andere Formen des Kerngedächtnisses

Eine 10,8 × 10,8 -cm -Ebene des magnetischen Kerngedächtnisses mit 4 kb (64 x 64 Bit), wie in a verwendet CDC 6600. Einschubshows Wortzeile Architektur mit zwei Drähten pro Stück

Wortzeile Der Kernspeicher wurde häufig verwendet, um Registerspeicher bereitzustellen. Andere Namen für diesen Typ sind lineare Auswahl und 2-d. Diese Form des Kerngedächtnisses hat typischerweise drei Drähte durch jeden Kern in der Ebene geführt. Wort gelesen, Wort schreiben, und Ein bisschen Sinn/Schreiben. Um Wörter zu lesen oder zu klären, wird der volle Strom auf einen oder mehrere angewendet Wort gelesen Linien; Dies löscht die ausgewählten Kerne und alle, die Flip in ihren Spannungsimpulsen induzieren Ein bisschen Sinn/Schreiben Linien. Zum Lesen normalerweise nur eine Wort gelesen Linie würde ausgewählt; Aber für klar, mehrere Wort gelesen Linien könnten ausgewählt werden, während die Ein bisschen Sinn/Schreiben Zeilen ignoriert. Um Wörter zu schreiben, wird der halbe Strom auf einen oder mehrere angewendet Wort schreiben Linien und halber Strom wird auf jeden angewendet Ein bisschen Sinn/Schreiben Zeile für ein bisschen festgelegt. In einigen Designs die Wort gelesen und Wort schreiben Die Linien wurden zu einem einzigen Draht kombiniert, was zu einem Speicherarray mit nur zwei Drähten pro Bit führte. Zum Schreiben, mehrere Wort schreiben Linien könnten ausgewählt werden. Dies bot einen Leistungsvorteil gegenüber X/Y-Linie Zufallsströmung In diesem Fall können mehrere Wörter in einem einzigen Zyklus mit demselben Wert gelöscht oder geschrieben werden. Bei einem typischen Maschinenregister -Set wurden normalerweise nur eine kleine Ebene dieser Form des Kernspeichers verwendet. Mit dieser Technologie wurden einige sehr große Erinnerungen aufgebaut, zum Beispiel der Hilfsspeicher des erweiterten Kernspeichers (ECS) in der CDC 6600, was bis zu 2 Millionen 60-Bit-Wörter waren.

Eine andere Form des Kerngedächtnisses genannt Kernseilspeicher bereitgestellt schreibgeschützte Speicher. In diesem Fall wurden die Kerne, die linearere magnetische Materialien hatten, einfach als verwendet als Transformer; In den einzelnen Kernen wurden tatsächlich keine Informationen magnetisch gespeichert. Jedes Stück des Wortes hatte einen Kern. Das Lesen des Inhalts einer bestimmten Speicheradresse erzeugte einen Stromimpuls in einem Draht, der dieser Adresse entspricht. Jeder Adressdraht wurde entweder über einen Kern eingeführt, um ein binäres [1] oder um die Außenseite dieses Kerns zu kennzeichnen, um ein binäres [0] zu kennzeichnen. Wie erwartet waren die Kerne physisch viel größer als die des Kerngedächtnisses von Leseschreiber. Diese Art von Speicher war außergewöhnlich zuverlässig. Ein Beispiel war das Apollo Guidance Computer verwendet für die NASA Mondlandungen.

Physikalische Eigenschaften

Die Leistung früher Kernerinnerungen kann in heutigen Begriffen als sehr grob mit einer Taktrate von 1 vergleichbar sein MHz (entspricht den Heimcomputern der frühen 1980er Jahre wie die Apple II und Commodore 64). Frühe Kerngedächtnissysteme hatten Zykluszeiten von ungefähr 6 µs, die in den frühen 1970er Jahren auf 1,2 µs gefallen war und Mitte der 70er Jahre auf 600 gesunken war ns (0,6 µs). Einige Designs hatten eine wesentlich höhere Leistung: die CDC 6600 hatte 1964 eine Speicherzykluszeit von 1,0 µs, unter Verwendung von Kernen, die einen halben Auswahlstrom von 200 mA benötigten.[38] Alles, was möglich war, wurde getan, um die Zugriffszeiten zu verkürzen und die Datenraten (Bandbreite) zu erhöhen, einschließlich der gleichzeitigen Verwendung mehrerer Kerngitter, wobei jedes ein Stück Datenwort speichert. Zum Beispiel kann eine Maschine 32 Kerngitter mit einem einzigen Bit der verwenden 32-Bit Word in jedem einzelnen und der Controller könnte in einem einzigen Lese-/Schreibzyklus auf das gesamte 32-Bit-Wort zugreifen.

Kerngedächtnis ist Nichtflüchtiger Speicher- Es kann seinen Inhalt ohne Macht auf unbestimmte Zeit behalten. Es ist auch relativ unberührt von EMP und Strahlung. Dies waren wichtige Vorteile für einige Anwendungen wie Industrial der ersten Generation Programmierbare Controller, Militärinstallationen und Fahrzeuge wie Kämpferflugzeuge, ebenso gut wie Raumfahrzeugund führte dazu, dass der Kern für einige Jahre nach Verfügbarkeit von verwendet wird Halbleiter MOS -Speicher (siehe auch Mosfet). Zum Beispiel die Space Shuttle IBM AP-101B Flugcomputer verwendeten den Kernspeicher, der den Speicherinhalt sogar durch die erhalten hatte Herausforderer'S Auflösung und anschließende Sprung ins Meer im Jahr 1986.[39] Ein weiteres Merkmal des frühen Kerns war, dass die Zwangskraft sehr temperaturempfindlich war; Der richtige halbauswahlstrom bei einer Temperatur ist bei einer anderen Temperatur nicht der ordnungsgemäße halbe Auswahlstrom. Ein Speichercontroller würde also einen Temperatursensor enthalten (normalerweise a Thermistor) Um die Stromniveaus für Temperaturänderungen korrekt anzupassen. Ein Beispiel hierfür ist der Kernspeicher, der von verwendet wird Digital Equipment Corporation für ihre PDP-1 Computer; Diese Strategie wurde durch alle nachfolgenden Kerngedächtnungssysteme fortgesetzt, die von erstellt wurden, Dez für ihre PDP Linie von luftgekühlten Computern. Eine andere Methode zum Umgang mit der Temperaturempfindlichkeit bestand darin, den magnetischen Kernstapel in einem temperaturgesteuerten Ofen einzuschließen. Beispiele hier IBM 1620 (Es könnte bis zu 30 Minuten dauern, bis es erreicht ist Betriebstemperatur, ca. 41 ° C und der Kerngedächtnis des erhitzten Ölbades an der IBM 7090, frühzeitig IBM 7094s, und IBM 7030.

Der Kern wurde erhitzt statt abgekühlt, da die Hauptanforderung a war konsistent Temperatur, und es war einfacher (und billiger), eine konstante Temperatur weit über Raumtemperatur aufrechtzuerhalten als eine bei oder darunter.

1980 der Preis von 16 kW (Kiloword, äquivalent zu 32 kb) Kernspeicherplatine, die in einen Dec-Q-Bus-Computer eingebaut war US $ 3.000. Zu diesem Zeitpunkt passen das Kernarray und die Stützelektronik auf eine einzelne gedruckte Leiterplatte mit einer Größe von etwa 25 × 20 cm. Das Kernarray wurde einige mm über der PCB montiert und mit einer Metall- oder Plastikplatte geschützt.

Die Diagnose von Hardwareproblemen im Kernspeicher erforderte zeitaufwändige Diagnoseprogramme. Während ein kurzer Test überprüft wurde, ob jedes Bit ein und eine Null enthalten könnte, testeten diese Diagnose den Kernspeicher mit Worst-Case-Mustern und mussten mehrere Stunden lang ausgeführt werden. Da die meisten Computer nur eine einzige Kernspeicherplatine hatten, bewegten sich diese Diagnostik auch im Speicher, was es ermöglicht, jedes Bit zu testen. Ein fortgeschrittener Test wurde als "" genannt "Schmoo -Test"in der die halbauswahlströme zusammen mit der Zeit modifiziert wurden, zu der die Sinneslinie getestet wurde (" Strobiert "). Das Datendiagramm dieses Tests schien einem Comic-Charakter zu ähneln, der genannt wurde"Schmoo, "und der Name steckte fest. In vielen Gelegenheiten konnten Fehler von sanft behoben werden Tippen Die gedruckte Leiterplatte mit dem Kernarray auf einem Tisch. Dies veränderte die Positionen der Kerne entlang der Drähte und konnte das Problem beheben. Das Verfahren wurde selten benötigt, da sich der Kernspeicher im Vergleich zu anderen Computerkomponenten des Tages als sehr zuverlässig erwies.

  • This microSDHC card holds 8 billion bytes (8 GB). It rests on a section of magnetic-core memory that uses 64 cores to hold eight bytes. The microSDHC card holds over one billion times more bytes in much less physical space.

    Dies microsdhc Karte hält 8 Milliarden Bytes (8 GB). Es ruht auf einem Abschnitt des Magnet-Core-Speichers, in dem 64 Kerne acht Bytes gehalten werden. Die microSDHC -Karte enthält mehr als eine Milliarden Mal mehr Bytes im viel weniger physischen Raum.

  • Magnetic-core memory, 18×24 bits, with a US quarter for scale

    Magnetkerngedächtnis, 18 × 24 Bit, mit a US -Viertel für Skala

  • Magnetic-core memory close-up

    Magnetkerngedächtnisnahes

  • At an angle

    In einem Winkel

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Bellis, Mary (23. Februar 2018). "Wer hat den Intel 1103 Dram -Chip erfunden?". Dachte co. UNS.
  2. ^ Eckert, J. Presper (Oktober 1953). "Eine Übersicht über digitale Computerspeichersysteme". Verfahren des Zorns. Wir: IEEE. 41 (10): 1393–1406. doi:10.1109/jrproc.1953.274316. ISSN 0096-8390. S2CID 8564797.
  3. ^ "Magnetische Prozesskontrolle Nr. 2590091" (PDF). Georgedevol.com. 25. März 1952. Abgerufen 15. November 2021.
  4. ^ "Magnetspeicher und Erfassungsgerät Nr. 2741757" (PDF). Georgedevol.com. 25. März 1952. Abgerufen 15. November 2021.
  5. ^ "Erfassungsvorrichtung für Magnetdatensatz Nr. 2926844" (PDF). Georgedevol.com. 25. März 1952. Abgerufen 15. November 2021.
  6. ^ "Magnetspeichergeräte Nr. 3035253" (PDF). Georgedevol.com. 25. März 1952. Abgerufen 15. November 2021.
  7. ^ "Zufallsdetektoren Nr. 3016465" (PDF). Georgedevol.com. 25. März 1952. Abgerufen 15. November 2021.
  8. ^ "Ferroresonant Devices Nr. 3246219" (PDF). Georgedevol.com. 25. März 1952. Abgerufen 15. November 2021.
  9. ^ a b Reilly, Edwin D. (2003). Meilensteine ​​in Informatik und Informationstechnologie. Westport, CT: Greenwood Press. p.164. ISBN 1-57356-521-0.
  10. ^ "Wang Interview, die frühe Arbeit eines Wang in Kernerinnerungen". DataMation. US: Technical Publishing Company: 161–163. März 1976.
  11. ^ US 2708722, Wang, An, "Pulse Transfer Controlling Device", ausgegeben am 17. Mai 2020 .
  12. ^ Forrester, Jay W. (1951). "Digitale Informationen in drei Dimensionen unter Verwendung von Magnetkernen". Journal of Applied Physics. 22 (22). doi:10.1063/1.1699817.
  13. ^ US 2736880, Forrester, Jay W., "Multicoordinate Digital Information Storage Device", herausgegeben am 28. Februar 1956 
  14. ^ "Wirbelwind" (PDF). Der Bericht des Computermuseums. Massachusetts: Das Computermuseum: 13. Winter 1983 - über Microsoft.
  15. ^ Evans, Christopher (Juli 1983). "Jay W. Forrester Interview". Annalen der Geschichte des Computers. 5 (3): 297–301. doi:10.1109/mahc.1983.10081. S2CID 25146240.
  16. ^ Kleiner, Art (4. Februar 2009). "Jay Forresters Schock für das System". Die MIT Sloan -Bewertung. UNS. Abgerufen 1. April 2018.
  17. ^ Jan A. Rajchman, Magnetsystem, US -Patent 2.792.563, erteilt am 14. Mai 1957.
  18. ^ Hitinger, William (1992). "Jan A. Rajchman". Gedenkwesen. USA: National Academy of Engineering. 5: 229.
  19. ^ Redmond, Kent C.; Smith, Thomas M. (1980). Project Whirlwind - Die Geschichte eines Pioniercomputers. Bedford, Mass.: Digital Press. p. 215. ISBN 0932376096.
  20. ^ Pugh, Emerson W.; Johnson, Lyle R.; Palmer, John H. (1991). IBMs 360 und frühe 370 Systeme. MIT Press. p. 32. ISBN 978-0-262-51720-1.
  21. ^ Clarence Schultz und George Boesen, Selektoren für automatische Phonographien, US -Patent 2.792.563, gewährt am 2. Februar 1960.
  22. ^ "Ein Wang verkauft IBM Core Memory Patent". US: Computer History Museum. Abgerufen 12. April 2010.
  23. ^ "Magnetischer Kerngedächtnis". CHM -Revolution. Computergeschichte Museum. Abgerufen 1. April 2018.
  24. ^ Pugh, Johnson & Palmer 1991, p.182
  25. ^ Pugh, Johnson & Palmer 1991, pp.204–6
  26. ^ Walter P. Shaw und Roderick W. Link, Methode und Geräte für die Fadenartikel von Perforenpolizen, US -Patent 2.958.126, erteilt am 1. November 1960.
  27. ^ Bashe, Charles J.; Johnson, Lyle R.; Palmer, John H. (1986). IBMs frühe Computer. Cambridge, MA: MIT Press. p. 268. ISBN 0-262-52393-0.
  28. ^ Robert L. Richter, Drahtfadenverfahren und Apparat, US -Patent 3.314.131, erteilt 18. April 1967.
  29. ^ Ronald A. Beck und Dennis L. Breu, Core Patch String -Methode, US -Patent 3.872.581, erteilt 25. März 1975.
  30. ^ a b Creighton D. Barnes et al., Magnetische Kernspeichervorrichtung mit einer einzigen Wicklung sowohl für die Erfassungs- als auch für die Hemmung der Funktion, US -Patent 3.329.940, erteilt 4. Juli 1967.
  31. ^ a b Victor L. Sell und Syed Alvi, Core Memory Matrix mit hoher Dichte, US -Patent 3.711.839, erteilt am 16. Januar 1973.
  32. ^ Intern hatte das Moby-Gedächtnis 40 Bit pro Wort, aber sie waren nicht dem PDP-10-Prozessor ausgesetzt.
  33. ^ Projekt MAC. Fortschrittsbericht IV. Juli 1966-Juli 1967 (PDF) (Bericht). Massachusetts Institute of Technology. p. 18. 681342. archiviert aus das Original (PDF) am 8. Mai 2021. Abgerufen 7. Dezember 2020.
  34. ^ Eric S. Raymond, Guy L. Steele, Das Wörterbuch des neuen Hackers, 3. Auflage, 1996, ISBN0262680920 basierend auf dem Jargon -Datei, S.V. 'Moby', p. 307
  35. ^ "Fabri-Tek Mass Core 'Moby' Gedächtnis". Computergeschichte Museum. UNS. 102731715. Abgerufen 7. Dezember 2020.
  36. ^ Krakauer, Lawrence J. "Moby Memory". Abgerufen 7. Dezember 2020.
  37. ^ Steven Levy, Hacker: Helden der Computerrevolution, 2010 (25 -jährige Jubiläumsausgabe), ISBN1449393748, p. 98
  38. ^ "Sektion 4". Steuerungsdaten 6600 Trainingshandbuch. Steuerungsdatengesellschaft. Juni 1965. Dokumentnummer 60147400.
  39. ^ "Magnetischer Kerngedächtnis". USA: Nationales Labor mit hohem Magnetfeld: Museum für Elektrizität und Magnetismus. Archiviert von das Original am 10. Juni 2010.

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