역사적, 비기계적 메모리 기술

아마도 가장 독창적인 기술은 지연 라인 . 지연선은 펄스 또는 파동 신호의 전파를 지연시키는 모든 종류의 장치입니다. 협곡이나 동굴을 통해 앞뒤로 소리가 메아리치는 소리를 들어본 적이 있다면 오디오 지연선을 경험한 적이 있을 것입니다. 소음파는 음속으로 이동하여 벽에서 튕겨져 나와 이동 방향을 반대로 합니다.

지연선은 신호가 주기적으로 강화되지 않으면 매우 일시적으로 데이터를 "저장"하지만 데이터를 전혀 저장한다는 사실 자체가 메모리 기술에 활용할 수 있는 현상입니다.

초기 컴퓨터 지연 라인은 음파가 튜브의 길이를 따라 이동하는 물리적 매체로 사용된 액체 수은으로 채워진 긴 튜브를 사용했습니다. 전기/음향 변환기가 각 끝에 장착되어 하나는 전기 충격에서 음파를 생성하고 다른 하나는 음파에서 전기 충격을 생성합니다.

직렬 이진 데이터 스트림이 전압 신호로 전송 변환기에 전송되었습니다. 음파의 시퀀스는 튜브의 수은을 통해 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하고 다른 쪽 끝에 있는 변환기에 수신됩니다. 수신 변환기는 전송된 것과 동일한 순서로 펄스를 수신합니다.

수신 변환기에 연결된 피드백 회로는 전송 변환기를 다시 구동하여 동일한 시퀀스의 펄스를 튜브를 통해 음파와 같이 보내고 피드백 회로가 계속 기능하는 한 데이터를 저장합니다.

지연 라인은 FIFO(선입 선출) 시프트 레지스터처럼 작동했으며 외부 피드백은 해당 시프트 레지스터 동작을 링 카운터로 바꾸어 비트를 무기한 순환합니다.

지연 라인 개념은 당시 사용 가능한 재료와 기술로 인해 많은 제한을 받았습니다. 1950년대 초의 EDVAC 컴퓨터는 128개의 수은이 채워진 튜브를 사용했으며, 각 튜브는 길이가 약 5피트이고 최대 384비트를 저장합니다.

온도 변화는 수은의 음속에 영향을 미치므로 각 튜브의 시간 지연이 왜곡되고 타이밍 문제가 발생합니다. 이후의 설계에서는 액체 수은 매질을 유리, 석영 또는 종파(세로)파보다 비틀림(비틀림)파를 지연시키고 훨씬 더 높은 주파수에서 작동하는 특수 금속의 단단한 막대로 대체했습니다.

그러한 지연 라인 중 하나는 전체 패키지 크기를 줄이기 위해 감겨진 약 95피트 길이의 특수 니켈-철-티타늄 와이어(좋은 온도 안정성을 위해 선택됨)를 사용했습니다. 전선의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지의 총 지연 시간은 약 9.8밀리초였으며 실제 가장 높은 클록 주파수는 1MHz였습니다.

이는 주어진 시간에 약 9800비트의 데이터를 지연 라인 와이어에 저장할 수 있음을 의미합니다. 환경 변수(예:긴 광섬유 내부의 직렬 펄스)에 영향을 받지 않는 신호를 지연시키는 다른 수단을 감안할 때 이 접근 방식은 언젠가 다시 적용될 수 있습니다.

초기 컴퓨터 엔지니어가 실험한 또 다른 접근 방식은 이진 데이터를 저장하기 위해 오실로스코프, 레이더 및 텔레비전 보기 화면에 일반적으로 사용되는 유형인 음극선관(CRT)을 사용하는 것이었습니다. 일반적으로 CRT의 집중되고 지향된 전자빔은 튜브 내부의 인광 화학물질을 만드는 데 사용되어 화면에서 볼 수 있는 이미지를 생성합니다.

그러나 이 응용 프로그램에서 원하는 결과는 전자빔의 충격에 의해 스크린 유리에 전하가 생성되는 것이었습니다. 전자빔은 CRT 바로 앞에 배치된 금속 격자에 의해 감지됩니다. 지연선과 마찬가지로 소위 Williams Tube 데이터를 유지하기 위해 외부 회로로 주기적으로 메모리를 새로 고쳐야 합니다. 지연선 메커니즘과 달리 온도와 진동의 환경적 요인에 거의 영향을 받지 않습니다.

IBM 모델 701 컴퓨터는 4 킬로바이트 용량의 Williams Tube 메모리를 사용했으며 잘못된 "1" 상태가 화면의 인접 지점으로 넘칠 수 있도록 연속적으로 다시 작성하여 튜브 화면의 비트를 "과충전"하는 나쁜 습관을 자랑했습니다.

컴퓨터 메모리의 다음 주요 발전은 엔지니어가 이진 데이터를 저장하는 수단으로 자성 재료로 전환했을 때 이루어졌습니다. 특정 철 화합물, 즉 "페라이트"가 거의 정사각형인 히스테리시스 곡선을 가지고 있음이 발견되었습니다.

수평 축에 적용된 자기장의 강도(필드 강도)와 함께 그래프에 표시 ) 및 수직 축(플럭스 밀도)의 실제 자화(페라이트 재료의 전자 스핀 방향) ), 페라이트는 적용된 필드가 임계 임계값을 초과할 때까지 한 방향으로 자화되지 않습니다. 임계값을 초과하면 페라이트의 전자가 자기 정렬로 "찰칵"하고 페라이트가 자화됩니다.

적용된 필드가 꺼지면 페라이트는 완전한 자성을 유지합니다. 페라이트를 다른 방향(극성)으로 자화하려면 인가된 자기장이 반대 방향의 임계값을 초과해야 합니다. 임계값이 초과되면 페라이트의 전자가 반대 방향으로 자기 정렬에 "빠져"갑니다. 다시 한번, 적용된 필드가 꺼지면 페라이트는 완전한 자성을 유지합니다. 간단히 말해서, 페라이트 조각의 자화는 "쌍안정"입니다.

페라이트의 이 이상한 속성을 이용하여 이 자연적인 자기 "래치"를 사용하여 데이터의 이진 비트를 저장할 수 있습니다. 이 "래치"를 설정하거나 재설정하기 위해 와이어 또는 코일을 통해 전류를 사용하여 필요한 자기장을 생성할 수 있으며, 이 자기장은 페라이트에 적용됩니다.

MIT의 Jay Forrester는 1970년대에 지배적인 컴퓨터 메모리 기술이 된 자기 "코어" 메모리를 발명할 때 이 원리를 적용했습니다.

서로 전기적으로 절연된 와이어 그리드는 각각 "코어"라고 하는 많은 페라이트 링의 중심을 가로질러 교차합니다. DC 전류가 전원 공급 장치에서 접지로 와이어를 통해 이동함에 따라 에너지가 공급된 와이어 주위에 원형 자기장이 생성되었습니다.

저항 값은 조정된 전원 공급 장치 전압의 전류량이 페라이트 링 중 하나를 자화하는 데 필요한 임계 자기장 강도의 1/2보다 약간 더 많이 생성되도록 설정되었습니다. 따라서 열 #4 와이어에 전원이 공급되면 해당 열의 모든 코어가 한 와이어의 자기장을 받게 되지만 코어의 자화를 변경할 만큼 충분히 강하지 않습니다.

그러나 4열 와이어와 5열 와이어 모두에 전원이 공급되면 4열과 5열의 교차 지점에 있는 코어는 두 자기장의 합을 받게 됩니다. "설정"하거나 해당 코어의 자화를 "리셋"합니다. 즉, 각 코어는 행과 열의 교차로 처리됩니다. "set"과 "reset"의 구별은 코어의 자기 극성의 방향이었고 데이터의 비트 값은 행 및 열 와이어에 전원이 공급되는 전압의 극성(접지 기준)에 의해 결정됩니다. .

다음 사진은 1960년대 말 또는 1970년대 초에 Data General 브랜드인 "Nova" 모델 컴퓨터의 코어 메모리 보드를 보여줍니다. 총 저장 용량은 4KB(킬로)였습니다. 메가가 아닌 바이트 바이트!). 크기 비교를 위해 볼펜이 표시됩니다.

이 보드 주변에 보이는 전자 부품은 열 및 행 와이어를 전류로 "구동"하고 코어의 상태를 읽는 데 사용됩니다. 클로즈업 사진은 매트릭스 와이어가 통과하는 링 모양의 코어를 보여줍니다. 다시, 크기 비교를 위해 볼펜이 표시됩니다.

다음 사진에는 후기 디자인(1971년경)의 코어 메모리 보드가 나와 있습니다. 코어는 훨씬 더 작고 더 조밀하게 포장되어 이전 보드보다 더 많은 메모리 저장 용량을 제공합니다(4kbyte 대신 8kbyte):

그리고 코어의 또 다른 클로즈업:

코어 메모리에 데이터를 쓰는 것은 충분히 쉬웠지만 그 데이터를 읽는 것은 약간의 트릭이었습니다. 이 필수 기능을 용이하게 하기 위해 "읽기" 와이어가 모든 메모리 매트릭스의 코어, 한쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 증폭기 회로에 연결됩니다.

주소가 지정된 코어가 변경되면 이 "읽기" 와이어에서 전압 펄스가 생성됩니다. 상태(0에서 1 또는 1에서 0). 즉, 코어의 값을 읽으려면 다음을 작성해야 합니다. 해당 코어에 1 또는 0을 입력하고 읽기 와이어에 유도된 전압을 모니터링하여 코어가 변경되었는지 확인합니다. 분명히 코어의 상태가 변경된 경우 원래 상태로 다시 설정해야 합니다. 그렇지 않으면 데이터가 손실될 수 있습니다.

이 프로세스를 파괴적인 읽기라고 합니다. , 데이터를 읽을 때 데이터가 변경(파기)될 수 있기 때문입니다. 따라서 모든 경우에 그런 것은 아니지만(즉, 코어의 상태가 그렇지 않은 경우) 코어 메모리에서 새로 고침이 필요합니다. 1 또는 0이 기록될 때 변경).

지연 라인 및 Williams Tubes에 비해 코어 메모리의 주요 이점 중 하나는 비휘발성입니다. 페라이트 코어는 전력을 공급하거나 새로 고칠 필요 없이 자화를 무기한 유지했습니다. 또한 이전 제품보다 상대적으로 만들기 쉽고 밀도가 높으며 물리적으로 더 견고했습니다.

코어 메모리는 1960년대부터 1970년대 후반까지 Apollo 우주 프로그램에 사용되는 컴퓨터, CNC 공작 기계 제어 컴퓨터, 비즈니스("메인프레임") 컴퓨터 및 산업용 제어 시스템을 포함한 많은 컴퓨터 시스템에서 사용되었습니다. 코어 메모리가 오래되었다는 사실에도 불구하고 "코어"라는 용어는 컴퓨터의 RAM 메모리와 관련하여 여전히 가끔 사용됩니다.

지연 라인, Williams Tube 및 핵심 메모리 기술이 개발되는 동안 간단한 정적 RAM은 더 작은 능동 구성 요소(진공관 또는 트랜지스터) 기술로 개선되었습니다. 정적 RAM은 경쟁사에 의해 완전히 가려진 적이 없습니다. 1950년대의 구형 ENIAC 컴퓨터조차도 데이터 레지스터 및 계산을 위해 진공관 링 카운터 회로를 사용했습니다. 하지만 결국에는 IC 칩 제조 기술이 점점 더 작아지면서 트랜지스터가 다른 기술보다 실용적인 우위를 차지하게 되었고, 1980년대에는 코어 메모리가 박물관의 한 조각이 되었습니다.

코어보다 더 나은 자기 메모리에 대한 마지막 시도는 버블 메모리였습니다. . 버블 메모리는 석류석이라는 광물의 독특한 현상을 이용했습니다. , 박막으로 배열되고 필름에 수직인 일정한 자기장에 노출되었을 때 반대 자화된 "거품"의 작은 영역을 지지했으며 다른 외부 자기장을 가하면 필름을 따라 밀리게 됩니다.

"트랙"은 필름 표면에 자성 물질을 증착하여 기포의 움직임을 집중시키기 위해 석류석에 놓일 수 있습니다. 가닛에 연속 트랙을 형성하여 기포가 이동하는 긴 루프를 형성하고 가닛 주위를 감싸고 2상 전압을 인가한 한 쌍의 와이어 코일로 기포에 원동력을 가했습니다. 거품의 경로에 전략적으로 배치된 작은 와이어 코일로 거품을 생성하거나 파괴할 수 있습니다.

거품이 있으면 이진수 "1"을 나타내고 거품이 없으면 이진수 "0"을 나타냅니다. 카세트 테이프 플레이어의 읽기/쓰기 "헤드"와 매우 유사한 와이어의 작은 코일을 통과할 때 움직이는 자기 거품의 사슬에서 데이터를 읽고 쓸 수 있으며 테이프가 움직일 때 테이프의 자화를 읽을 수 있습니다.

코어 메모리와 마찬가지로 버블 메모리는 비휘발성입니다. 영구 자석은 전원이 꺼졌을 때 버블을 지원하는 데 필요한 배경 필드를 제공했습니다. 그러나 코어 메모리와 달리 버블 메모리는 놀라운 저장 밀도를 가지고 있습니다. 수백만 비트를 가넷 칩에 저장할 수 있는 크기가 2제곱인치에 불과했습니다. 정적 및 동적 RAM에 대한 실행 가능한 대안으로 버블 메모리를 죽인 것은 느리고 순차적인 데이터 액세스였습니다.

엄청나게 긴 직렬 시프트 레지스터(링 카운터)에 불과하기 때문에 직렬 스트링에 있는 데이터의 특정 부분에 대한 액세스는 다른 메모리 기술에 비해 상당히 느릴 수 있습니다.

버블 메모리에 해당하는 정전기는 전하 결합 장치입니다. (CCD) 메모리, 디지털 사진에 사용되는 CCD 장치의 적응. 버블 메모리와 마찬가지로 비트는 클록 펄스에 의해 기판 재료의 채널을 따라 직렬로 이동됩니다. 버블 메모리와 달리 정전기 전하가 감소하므로 새로 고쳐야 합니다.

따라서 CCD 메모리는 저장 밀도가 높고 순차 액세스가 가능한 휘발성입니다. 흥미롭지 않습니까? 오래된 Williams Tube 메모리는 CRT 보기에서 채택되었습니다. 기술 및 비디오 녹화 기술의 CCD 메모리 .