Твисторная память

Твисторная память — это форма компьютерной памяти, образованная путем наматывания магнитной ленты на провод с током. В функциональном отношении твистор был очень похож на основную память . Твистор также можно использовать для создания ПЗУ , включая перепрограммируемую форму, известную как комбинированный твистор . Обе формы можно было производить с использованием автоматизированных процессов, что, как ожидалось, приведет к гораздо более низким производственным затратам, чем системы на основе ядра.

Представленный Bell Labs в 1957 году, первое коммерческое использование было в их переключателе 1ESS , который вступил в эксплуатацию в 1965 году. Твистор использовался лишь недолго в конце 1960-х и начале 1970-х годов, когда полупроводниковые устройства памяти заменили почти все более ранние системы памяти. Основные идеи, лежащие в основе твистора, также привели к разработке пузырьковой памяти , хотя ее коммерческий срок жизни был столь же коротким.

Основная память [ править ]

Строительство [ править ]

В памяти ядра небольшие кольцеобразные магниты — сердечники — пронизаны двумя скрещенными проводами X и Y , образуя матрицу, известную как плоскость . Когда на один провод X и один Y подается питание, магнитное поле генерируется под углом 45 градусов к проводам. Магниты с сердечником располагаются на проводах под углом 45 градусов, поэтому на одиночный сердечник, обернутый вокруг точки пересечения питаемых проводов X и Y, будет воздействовать индуцированное поле.

Материалы, используемые для изготовления магнитов с сердечником, были специально выбраны так, чтобы иметь очень «квадратную» картину магнитного гистерезиса . Это означало, что поля чуть ниже определенного порога не будут ничего делать, а поля чуть выше этого порога вызовут воздействие этого магнитного поля на ядро; он резко изменит свое состояние намагниченности. Квадратный рисунок и резкое переключение состояний гарантируют, что в сетке можно обращаться к одному ядру; близлежащие ядра будут видеть немного другое поле и не будут затронуты.

Получение данных [ править ]

Основная операция в основной памяти — запись. Это достигается путем подачи питания на выбранные провода X и Y до уровня тока, который сам по себе создаст половину критического магнитного поля. Это приведет к тому, что поле в точке пересечения будет больше, чем точка насыщения сердечника, и сердечник уловит внешнее поле. Единицы и нули обозначают направление поля, которое можно установить, просто изменив направление тока в одном из двух проводов.

В основной памяти третий провод — линия измерения/запрета — необходим для записи или чтения битов . Чтение использует процесс письма; линии X и Y подаются таким же образом, как если бы они записывали «0» в выбранное ядро. Если в это время на этом ядре находится «1», то магнитное состояние переключается на «0», и этот переход приводит к индуцированию короткого электрического импульса в линии измерения/запрета. Если импульс не виден, значит, переворота не произошло, следовательно, в ядре уже есть «0». Этот процесс разрушительен; если ядро действительно содержало «1», этот шаблон уничтожается во время чтения и должен быть переустановлен в последующей операции.

Линия обнаружения/запрета используется всеми ядрами в определенной плоскости, а это означает, что одновременно можно прочитать (или записать) только один бит. Базовые плоскости обычно складывались друг в друга, чтобы хранить по одному биту слова на каждую плоскость, и слово можно было прочитать или записать за одну операцию, обрабатывая все плоскости одновременно.

Между чтением и записью данные сохранялись на магнитах. Это означает, что ядро является энергонезависимой памятью .

Производство [ править ]

Производство ядра было серьезной проблемой. Провода X и Y нужно было пропустить через сердечники по схеме переплетения, а линия измерения/запрета проходила через каждую жилу в плоскости. Несмотря на значительные усилия, никому не удалось автоматизировать производство ядра, ^{[ нужна ссылка ]} которая оставалась ручной задачей до 1970-х годов. Для увеличения плотности памяти приходилось использовать ядра меньшего размера, что значительно увеличивало сложность их подключения к линиям.

Twistor[editТвистор

Ранняя версия Твистора состояла из скрученной ферромагнитной проволоки, продетой через ряд концентрических соленоидов. Чем длиннее соленоид — катушка SENSE, тем короче — катушка WRITE. Один бит был записан путем подачи на катушку ЗАПИСИ тока + (1) или - (0), достаточного для намагничивания спиральной области под катушкой в одном из двух направлений. На одном конце натянутого провода находился соленоид READ — при подаче импульса он посылал по проводу акустическую волну. Когда акустический импульс проходил под каждой катушкой SENSE, он вызывал небольшой электрический импульс, либо +, либо - в зависимости от направления намагничивания участка провода. Таким образом, с каждым импульсом можно было последовательно считывать «байт».

По своей концепции Twistor был похож на основную память, но вместо круглых магнитов использовалась магнитная лента для хранения шаблонов. Лента была обернута вокруг одного набора проводов, эквивалентного линии X, таким образом, что образовала спираль под углом 45 градусов . Y-провода были заменены соленоидами, обматывающими несколько твисторных проводов. Выбор конкретного бита был таким же, как и в сердечнике, с питанием по одной линии X и Y, создавая поле под углом 45 градусов. Магнитная лента была специально выбрана так, чтобы обеспечить намагничивание только по длине ленты, поэтому только одна точка твистора имела правильное направление поля для намагничивания.

В оригинальной твисторной системе использовалась лента из пермаллоя, намотанная на медный провод толщиной 3 мила. При любой заданной длине провода лента наматывалась только на первую половину. Затем медный провод сгибался в том месте, где заканчивалась лента, и шел обратно вдоль участка с лентой, образуя обратный проводник. Это означало, что все соединения находились на одном конце. Несколько таких твисторных линий были уложены рядом, а затем ламинированы в пластиковый лист ПЭТ-пленки , причем твисторы и их обратные провода располагались на расстоянии примерно 1/10 дюйма друг от друга. Типичная лента могла иметь пять твисторных проводов и их обратные провода, поэтому ширина листа составляла чуть больше дюйма. Соленоид был сконструирован аналогично и состоял из нескольких медных лент шириной 0,15 дюйма, ламинированных в пластиковую ленту тех же основных размеров, что и твистор. В отличие от традиционного соленоида с множеством витков провода вокруг открытого сердечника, эта система, по сути, представляла собой не что иное, как отдельные провода в листе пластика.

Для построения полной системы памяти лист соленоида раскладывался плашмя, скажем, по направлению X, а затем сверху под прямым углом к нему по оси Y укладывался лист твистора. Затем ленту соленоида сгибали так, что она обертывала лист твистора, образуя ряд соленоидов U-образной формы. Теперь поверх первого накладывается еще один слой ленты соленоида, твисторная лента сгибается так, что теперь она проходит вдоль отрицательной оси Y через верхнюю часть новой ленты соленоида, а затем лента соленоида сгибается, образуя второй набор петли. Этот процесс продолжается до тех пор, пока полоска твистора не «израсходуется», образуя компактный куб памяти. Вдоль одной стороны памяти, соединенной с каждым из контуров соленоида, располагался ряд небольших сердечников, используемых исключительно для переключения (их первоначальное назначение - развитие памяти появилось позже).

Основная причина разработки компанией Bell твистора заключается в том, что этот процесс может быть высокоавтоматизирован. Хотя процесс складывания твистора можно было выполнить вручную, укладку и ламинирование листов можно было легко выполнить с помощью машины. Улучшенные версии твистора также обернули часть голой меди, первоначально использовавшуюся исключительно для обратного пути, тем самым удвоив плотность без каких-либо изменений в технологии производства.

Операция [ править ]

Запись в Twistor фактически идентична записи в ядро; конкретный бит выбирался путем подачи питания на один из проводов твистора и одну из петель соленоида на половину необходимой мощности, так что требуемая напряженность поля создавалась только на пересечении двух.

Чтение использовало другой процесс. В отличие от сердечника, твистор не имел линии измерения/запрета. Вместо этого он использовал больший ток в соленоиде, достаточно большой, чтобы перевернуть все биты в этом цикле, а затем использовал твисторные провода в качестве линии чтения.

Таким образом, Twistor читался и записывался по одной плоскости за раз, а не в ядре, где одновременно можно было использовать только один бит на плоскость.

Твистор с постоянными магнитами [ править ]

Твистор можно было модифицировать для создания ПЗУ, которое можно было легко перепрограммировать. Для этого половина каждой петли соленоида была заменена алюминиевой картой, в которую викаллоя были встроены крошечные стержневые магниты из . Поскольку соленоиды должны представлять собой целостные цепи, чтобы через них протекал ток, их по-прежнему вставляли в виде сложенных листов, но в этом случае петля была вставлена между складками твистора, а не вокруг них. Это позволило одному листу действовать как половина петли соленоида для двух сгибов твистора, сверху и снизу. Для завершения петли карту магнитов поместили на другую сторону твисторной ленты.

Чтение выполнялось путем подачи питания на соленоид до уровня, примерно половины необходимого для записи. Это поле «отражалось» алюминиевым листом, замыкая петлю магнитно. Результирующее поле было больше, чем сила записи, что привело к перевороту состояния пермаллоя. Если бит находился рядом с ненамагниченным стержневым магнитом на карте, поле не было противоположным, и переворот вызывал импульс тока в проводе твистора, считывающий «1». Однако, намагничивая стержень в этом бите, стержневой магнит противодействовал полю, создаваемому током соленоида, в результате чего его сила была ниже силы записи и предотвращалась переворот. Это читалось как «0».

Твистор с постоянными магнитами (ПМТ) был перепрограммирован путем удаления пластин и размещения их над специальным записывающим устройством. Викаллой использовался потому, что для его перемагничивания требовалось гораздо больше энергии, чем для ленты из пермаллоя, так что система никогда не приближалась к перенастройке постоянных магнитов во время использования в системе памяти. В системе записи использовались гораздо более сильные токи, которые преодолевали это сопротивление.

В ФЭУ, использовавшемся в системе 1ESS, использовались модули со 128 картами по 2818 магнитов (на 64 44-битных слова) на каждой. В результате получился модуль с 8192 словами (8 кибислов ). В полном хранилище использовалось 16 модулей, что в общей сложности составило 131 072 слова (128 кибислов), что эквивалентно 720 896 8-битным байтам (704 КиБ).

Piggyback twistor твистер editконтрейлерный

Другая форма твисторного ПЗУ заменила карты с постоянными магнитами второй магнитной лентой, обернутой вокруг первой на твисторных линиях, в «контейнерной» конфигурации. Эта лента была покрыта кобаллоем вместо пермаллоя, который намного «тверже» магнитно и требует примерно вдвое большего поля для переворота. Чтобы сделать систему еще сложнее, лента из кобаллоя была примерно в два с половиной раза толще ленты из пермаллоя, поэтому результирующая напряженность поля была в пять раз. Внешний ток, необходимый для переворота состояния ленты из кобаллоя, примерно в 15 раз превышал нормальный рабочий ток.

Операции чтения в контрейлерном режиме идентичны версии с постоянным магнитом. Запись была немного сложнее из-за того, что все комбинированные твисторы имели магнитную ленту по всей длине X-провода. Это означало, что какой-то один соленоид обматывал как записываемый бит, так и бит на участке обратного провода. Чтобы установить то и другое, а не другое, на соленоид сначала подавалось питание в одну сторону, а затем в другую, при этом ток в твисторной линии оставался постоянным. Это поочередно создавало два магнитных поля: одно совпадало с первым участком провода, а затем со вторым. Таким образом, все операции чтения и записи выполнялись для парных битов.

Приложения [ править ]

Твистор использовался во многих приложениях. Большая часть финансирования разработки была предоставлена ВВС США , поскольку твистор должен был использоваться в качестве основной памяти в проекте LIM-49 Nike Zeus .

В Соединенных Штатах система Bell ( American Telephone & Telegraph ) также использовала твисторы с постоянными магнитами в качестве «хранилища программ» или основной памяти в своей первой электронной системе телефонной коммутации 1ESS , а также в других ESS. серии электронных телефонных коммутаторах и делал это до коммутатора 4ESS, представленного в 1976 году и продававшегося в 1980-х годах.

Кроме того, твистор использовался в системе определения местоположения службы дорожного движения (TSPS), преемнице Bell телефонных коммутаторов , которые контролировали обработку вызовов и сбор монет для местных и международных звонков.

К 2017 году все оставшиеся установки TSPS и ESS, используемые для обеспечения телефонной связи в сельских районах США, были демонтированы. Некоторые системы могут продолжать использоваться в Мексике и Колумбии , где многие американские системы были проданы и переустановлены после вывода из эксплуатации в США. ^{[ нужна ссылка ]}

Ссылки [ править ]

Цитаты

Библиография

«Телефонные запоминающие устройства» (PDF) . Практика системы Bell . № 1. Ноябрь 1968 г. Раздел 032-182-101.
«Телефонная станция будет помнить о звонках» , New Scientist , 5 ноября 1964 г., стр. 344
Бобек, А.Х. (1957). «Новый элемент хранения, подходящий для массивов памяти большого размера — твистор». Технический журнал Bell System . 36 (6): 1319–40. дои : 10.1002/j.1538-7305.1957.tb01513.x .
Бобек, Эндрю Х. (1958). «Новая концепция массивов памяти большого размера - твистор». Журнал прикладной физики . 29 (3): 485–6. Бибкод : 1958JAP....29..485B . дои : 10.1063/1.1723190 .
Стаммерджон, LW (1964). «Оценка конструкции и характеристик твисторной памяти с постоянными магнитами». Транзакции IEEE по связи и электронике . 83 (75): 817–820. дои : 10.1109/TCOME.1964.6592613 . S2CID 51651894 .
Бейкер, Вашингтон (1964). «Контейнерный твистор — электрически изменяемая твисторная память с неразрушающим считыванием». Транзакции IEEE по связи и электронике . 83 (75): 829–833. дои : 10.1109/TCOME.1964.6592616 . S2CID 51632622 .

Внешние ссылки [ править ]

Тисоне, Т.; Групен, В.; Чин, Гилберт (1970). «Нечувствительные к напряжению пермаллои для применения в памяти». Транзакции IEEE по магнетизму . 6 (3): 712–6. Бибкод : 1970ITM.....6..712T . дои : 10.1109/TMAG.1970.1066864 .
Единицы памяти ^{[ мертвая ссылка ]} - общее обсуждение систем компьютерной памяти, написанное в конце 1960-х годов, включая обсуждение твистора.
Росткий, Г. (2008). «Пузыри: лучшая память» . Неправильно понятые вехи . ЭТаймс. Архивировано из оригинала 5 сентября 2008 г.