Magnetisk kärnminne eller ferritminne är en lagringsenhet som lagrar information i form av magnetiseringsriktningen för små ferritkärnor , vanligtvis ringformade . Ferritringarna placerades i en rektangulär matris och två till fyra ledningar passerade genom varje ring (beroende på lagringsenhetens design) för att läsa och skriva information. Magnetisk kärnminne var den huvudsakliga typen av datorminne från mitten av 1950-talet till mitten av 1970-talet.
Det fanns flera varianter av minne på magnetkärnor.
Biax är en ferritkärna med två inbördes vinkelräta hål. Att läsa information från Biax sker utan att informationen förstörs, så det tar inte tid att återställa den. Används i vissa datorer i BESM- familjen .
Kretsen med ringformade kärnor och fyra ledare fungerar på principen om sammanfallande strömmar. Magnetiseringsriktningen för en ferritring gör att du kan lagra en bit information. Fyra trådar passerar genom ringen: två exciteringstrådar X och Y, en spärrtråd Z i 45° vinkel, en avkänningsledning S i 90° vinkel. För att avläsa värdet på en bit appliceras en strömpuls på magnetiseringstrådarna på ett sådant sätt att summan av strömmarna genom kärnhålet gör att magnetiseringen av ringen tar en viss riktning, oavsett vilken riktning den hade innan. . Värdet på en bit kan bestämmas genom att mäta strömmen på avkänningstråden: om magnetiseringen av kärnan har ändrats, så uppstår en induktionsström i avkänningstråden .
Läsprocessen (som i en minnes-CRT ) förstör den lagrade informationen, därför måste biten efter läsningen skrivas om.
För att skriva till magnetiseringstrådarna appliceras en strömpuls i motsatt riktning och kärnmagnetiseringen ändrar riktning (relativt den den har efter avläsning). Men om en ström appliceras på spärrtråden i den andra riktningen, räcker inte summan av strömmar genom ringen för att ändra magnetiseringen av kärnan, och den förblir densamma som efter avläsning.
Minnesmatrisen består av N² ringformade kärnor uppträdda på skärningspunkterna mellan vinkelräta exciteringstrådar X 1 ... X N och Y 1 ... Y N . En avläsningstråd och en spärrtråd vävs genom alla kärnor. Således tillåter matrisen endast att bitar kan läsas eller skrivas sekventiellt.
Strömstyrkan i magnetiseringstrådarna och kärnans material väljs så att strömmen genom en tråd inte skulle räcka för att förändra kärnans magnetisering. Detta är nödvändigt eftersom flera dussin kärnor är uppträdda på en excitationstråd, och bara en av dem behöver ändra magnetiseringsriktningen. Det bör noteras att den minsta strömmen som kan ändra magnetiseringen av kärnan beror på kärnans temperatur. Tillverkare av datorutrustning löste detta problem på olika sätt. DEC :s datorer i PDP -serien styrde excitationsströmmen med en termistor . I IBM -datorer placerades minnesarrayer i en luft-"ugn" eller i ett oljebad [1] , där en konstant hög temperatur hölls.
Det fanns andra varianter av ferritminne, som skilde sig både i ledningar och i konfigurationen av kärnorna. Till exempel kan läs- och avaktiveringsfunktionerna kombineras till en tråd.
I vissa datorer - till exempel i Packard Bell 440 och i vissa datorer i BESM- familjen - installerade de minne inte med ringformade kärnor, utan med biaxlar . Biaxen hade två vinkelräta hål; lästråden gick genom den ena, skrivtråden gick genom den andra. Ett sådant schema gjorde det möjligt att läsa lite utan att förstöra information. [2]
Idén om en lagringsenhet i form av en matris av ferritkärnor kom först 1945 med John Presper Eckert , en av grundarna av ENIAC . Hans rapport fick stor spridning bland amerikanska datavetare. 1949 uppfann Wang An och Wo Weidong , unga kinesiskfödda anställda vid Harvard University , det magnetiska kärnskiftregistret (Wang kallade det en " pulsöverföringskontrollanordning ") och principen "skriv-läs-återställning", som gjorde det möjligt att användning av kärnor där läsprocessen förstör information. I oktober 1949 ansökte Wang om ett patent och fick det 1955. [3] Vid mitten av 1950-talet var minne med magnetisk kärna redan i utbredd användning. Wang stämde IBM och IBM var tvungen att köpa ut Wangs patent för 500 000 dollar.
Under tiden arbetade Jay Forrester på MIT och arbetade med datorsystemet Whirlwind . Initiala planer på att använda minne på en matris av lagrings-CRT ledde inte till framgång. År 1949, liksom Van, hade Forrester idén om magnetiskt kärnminne. Enligt Forrester själv kom han fram till detta beslut oberoende av Wang. I mars 1950 utvecklade Forrester och hans team ett ferritminne som fungerar på principen om sammanfallande strömmar; hans föreslagna fyrtrådskrets - X, Y, read, inhibit - blev allmänt accepterad (se beskrivning ovan ). I maj 1951 ansökte Forrester om ett patent, som beviljades 1956. [fyra]
1970 släppte Intel DRAM på ett halvledarchip . _ Till skillnad från magnetiskt kärnminne krävde inte minne på mikrokretsar en kraftfull strömkälla under drift och mödosamt manuellt arbete under produktion, och dess kapacitet växte exponentiellt enligt Moores lag . Således tvingades magnetiska kärnminne bort från marknaden på 1970-talet.
Men till skillnad från halvledare var magnetiska kärnor inte rädda för strålning och elektromagnetisk puls , och därför fortsatte magnetiska kärnminne att användas i militära och rymdsystem under en tid - i synnerhet användes det i omborddatorerna på Shuttle fram till 1991 . [5]
Spår av ferritminnets allestädes närvarande era fanns kvar i datortermen core dump (bokstavligen "skriva ut innehållet i kärnorna", i moderna Unix- och Linux-system är detta namnet på filen i vilken operativsystemet sparar innehållet i den arbetande minne av processen för felsökning ), såväl som "firmware" (inspelning till minne - ferrit-ROM flashades fysiskt med en tråd enligt sekvensen av "inspelade" bitar).