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磁芯存储器 发表评论(0) 编辑词条

现代化计算机最常见的存储器是各种磁芯制成的。这种磁芯存储器正在被微型集成电路块上的半导体存储器所取代。磁芯存储器是华裔王安于1948年发明的(注)。最初的磁芯存储器只有几百个字节的容量。

磁芯的英文名称就是core,磁芯存储器就叫作core memory。如今,虽然磁芯存储器已经被淘汰,但一些人还是出于习惯把内存叫做core。

目录

磁芯存储器:华裔科学家王安的发明编辑本段回目录

   在铁氧体磁环里穿进一根导线,导线中流过不同方向的电流时,可使磁环按两种不同方向磁化,代表“1”或“0”的信息便以磁场形式储存下来。

点击看大图

The different direction of the magnetisation means data "0" or "1"

    美籍华人王安博士利用这一思想研制的“脉冲传输控制装置(Pulse transfer controlling device)”于1949年获得了美国专利,开创了磁芯存储器时代。    

点击看大图

Dr. Wan an(1920.2.7~1990.3.24)

      1951年,王安将他的磁性存储器发明专利以50万美元转让给了IBM,并创办了著名的王安实验研究公司,成功开发了数款计算器和计算机产品,促进了电脑技术的发展。

      顺便说一下,IBM于1976年诞生的360KB、5.25英寸软盘驱动器,也正是IBM应王安公司的要求而研制的(用今天的话来说,就是IBM为王安公司OEM的)。作为合作者的加拿大Dysan (大胜)公司制造了世界上第一张5.25英寸软盘。 

 IBM 5.25in floppy disk drive,1976

     磁芯存储器也称作铁氧体磁芯存储器(ferrite-core memory),是一种非易失性存储器(断电后存储的信息不会丢失),磁带、磁盘等磁存储设备基于同样的存储原理。但是,对磁芯进行存取操作时无需旋转机械的帮助,其中存储的信息可以通过寻址线立即获得,存取速度自然要快很多,因此非常适合作内存使用。今天的半导体存储器芯片的存取管理模式与磁芯存储器完全相同,RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)一词正是为了说明磁芯存储器的特性才出现的。

Structure of RAM

     从50年代初到70年初集成电路技术成熟之前长达20年的时间里,磁芯存储器在计算机的主存储器领域一直占居着统治地位。

IBM magnetic core plane,1958

    值得一提的是,1959 年9月我国自行研制成功的第一台电子管计算机104机,该机运算速度为每秒1万次,内存就是采用的自行研制的磁芯存储器,容量为2K~4K,而把速度较慢的磁鼓作为外存使用。

旋风机与磁芯存储器编辑本段回目录

50年代初,美苏两国冷战日趋加剧,美国政府希望把计算机优势用于军事目的,计划建立一个能使国家边境免遭空袭的半自动地面防御系统(SAGE)。 

SAGE是以最早的由人工操作的实时控制计算机系统,它能接收各侦察站雷达传来的信息,识别来袭飞行物,由操作者指挥地面防御武器瞄准敌对飞行器。 

当时,麻省理工学院(MIT)林肯实验室在杰·弗雷斯特(J.Forrester)博士和艾佛雷特(B. Everett)领导下,正在研制一台高速计算机,为海军提供飞机座舱飞行模拟。 

1950年, 这台被命名为“旋风”(Whirlwind)的电脑投入运行,由5000个电子管组成全新的结构,使它成为速度最高的计算机,其技术先进程度大大超过了模拟的需要。美国空军向麻省理工学院求援,许以每年100万美元的巨额研制经费,让旋风电脑充当SAGE的主要部件。杰·弗雷斯特是位富于创造的思想家,他还首创了用打字机键盘与电脑“对话”方式,为此,麻省理工学院的工程师们戏称“旋风”是一台“昂贵的打字机”。 

杰·弗雷斯特最大的贡献,是率先为“旋风”电脑配置了磁芯存储器阵列。第一代电脑的存储器,用的几乎都是水银延迟线装置,这是一种声电转换设备,由埃克特博士从军用雷达里“移植”过来的。1948年,哈佛大学刚毕业的华裔王安博士,接受MarkⅠ发明者艾肯下达的研究课题,在不到一个月的时间里,发明了一种新型的存储装置——磁芯存储器。直径不到1毫米磁芯里可穿进一根极细的导线,只要有代表“1”或“0”的讯号电流流经导线,就能使磁芯按两种不同方向磁化,信息便以磁场形式被储存。1949年10月,王安为磁芯申请了专利,他后来在磁芯存储器领域的发明专利共有34项。1988年,美国发明家纪念馆将王安列为第69位发明家,纪念他发明存储磁芯的贡献。 

王安发明的磁芯存储器是一种单线式的装置,杰·弗雷斯特又向前发展了一步,他巧妙地把磁芯排列为可以寻址的磁芯阵列,以便形成高性能的随机存储器。英国剑桥大学威尔克斯教授那时正在麻省理工学院访问,他激动地说:“几乎一夜之间就使得存储器变得稳定而可靠。”磁芯阵列后来统治了电脑存储器领域将近20余年。

磁芯存储器有迹象东山再起 编辑本段回目录

新近成立的Micromem Techn ologies公司(位于美国新墨西哥州的Santa Fe)想利用称为Magram的磁性存储器击败半导体存储器。Magram具有铁磁芯的不挥发性,又可以达到半导体存储器所能达到的密度。它有可能实现我们多年来渴望实现的梦想;制成为价格便宜,存储密度高,又具有不挥发性的器件。如果简单从概念上描述,它可以看作一个柱状的铁磁体,处于磁化状态可以储存一位二进制数字。(参看插图)
---- 写入脉冲经由封闭的导体绕过磁柱体,根据导通电流的方向在存储体上写入1或0。位于磁柱体上方或下方的敏感元件可以无损地读出单元内存储的数据。

---- 犹他大学(位于美国犹他州盐湖城)的开发工作尚处于早期阶段;制成了一个可供测试的8-位器件。每位都可以分别读或写,已经显示具有不挥发性。目前尚不清楚在8位可能排列的阵列中周围状态产生的影响情况如何。但是目前显示的准确无误的操作,已经足够鼓舞参与人员继续进行下一步的工作。  

---- 该公司宣称此项技术具有成本低的优点,如果要取代DRAM和SRAM,低成本是不可缺少的条件。但是该公司又说,进入市场的第一个产品将是小容量的不挥发存储器,可以取代蜂窝电话中使用的串接闪存和EEPROM。从这里可以看出实际的制造工艺尚未确定。

---- 虽然有许多种铁磁材料可以在开发中进行试验。但是磁化的物理机制可以使设计规则订得较小的材料,很明显具有优势。因此材料的均匀一致性如何是选择材料的一项重要指标。虽然写入的方式尚不清楚,估计将和磁芯所用的方式类似。即在行和列的写入线中通过的脉冲同向,且超过阈值则使单元翻转;如果仅在一侧有脉冲流过则对状态不产生影响。

---- 所希望开发的单元在写入方式上和其它机制不同之处,在于除了在x和y方向有写入线以外,在对角线上还有写入线。这在进行处理和访问时都增加了麻烦。

---- 开发中遇到的另一个问题是关于敏感器的特性。该公司在网页上宣告犹他大学的犹他实验室已经开发成功一种新型的敏感器。推测可能是采用霍尔效应或静磁原理。这一部分是和磁芯存储器(它检测单元的状态是将它翻转)不同的。

---- Magram能否实现其预期的使命将取决于制造的可能性。如果在密度方面能作得和DRAM不相上下,就应该能达到相同的性能。

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标签: 磁芯存储器 core memory

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同义词: core memory

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