歴史的な非機械的メモリ技術

おそらく最も独創的なテクニックは、ディレイラインのテクニックでした。 。遅延線は、パルスまたは波動信号の伝播を遅らせるあらゆる種類のデバイスです。峡谷や洞窟で音が前後にエコーするのを聞いたことがある場合は、音声の遅延線が発生しています。ノイズ波は音速で伝わり、壁で跳ね返り、進行方向が逆になります。

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信号が定期的に強化されていない場合、遅延線は非常に一時的にデータを「保存」しますが、データを保存するという事実自体が、メモリ技術に悪用される現象です。

初期のコンピューター遅延線は、音波が管の長さに沿って伝わる物理的媒体として使用された液体水銀で満たされた長い管を使用していました。電気/音響トランスデューサーが両端に取り付けられ、1つは電気インパルスから音波を生成し、もう1つは音波から電気インパルスを生成します。

シリアルバイナリデータのストリームは、電圧信号として送信トランスデューサに送信されました。一連の音波は、チューブ内の水銀を通って左から右に伝わり、もう一方の端にあるトランスデューサーによって受信されます。受信トランスデューサは、送信されたのと同じ順序でパルスを受信します。

受信トランスデューサーに接続されたフィードバック回路は、送信トランスデューサーを再び駆動し、音波と同じ一連のパルスをチューブに送り、フィードバック回路が機能し続ける限りデータを保存します。

遅延線は先入れ先出し（FIFO）シフトレジスタのように機能し、外部フィードバックがそのシフトレジスタの動作をリングカウンターに変え、ビットを無期限に循環させました。

遅延線の概念は、当時利用可能だった材料と技術から多くの制限を受けました。 1950年代初頭のEDVACコンピュータは、128本の水銀を充填したチューブを使用していました。各チューブの長さは約5フィートで、最大384ビットを保存します。

温度変化は水銀の音速に影響を与えるため、各チューブの時間遅延が歪められ、タイミングの問題が発生します。その後の設計では、液体水銀媒体が、縦波（縦波）ではなくねじれ波（ねじれ波）を遅らせ、はるかに高い周波数で動作するガラス、石英、または特殊金属の固体ロッドに置き換えられました。

そのような遅延線の1つは、長さ約95フィートの特殊なニッケル-鉄-チタン線（優れた温度安定性のために選択）を使用し、全体のパッケージサイズを縮小するためにコイル状に巻かれていました。ワイヤの一方の端からもう一方の端までの合計遅延時間は約9.8ミリ秒で、実際の最高クロック周波数は1MHzでした。

これは、約9800ビットのデータをいつでも遅延線に格納できることを意味します。環境変数（長い光ファイバー内の光のシリアルパルスなど）の影響を受けにくい信号を遅延させるさまざまな手段を考えると、このアプローチはいつか再適用される可能性があります。

初期のコンピューターエンジニアが実験した別のアプローチは、バイナリデータを格納するために、オシロスコープ、レーダー、およびテレビのビュースクリーンに一般的に使用されるタイプのブラウン管（CRT）を使用することでした。通常、CRTで集束および方向付けされた電子ビームは、管の内側にある化学物質の一部を光らせるために使用され、画面上に表示可能な画像を生成します。

しかし、このアプリケーションでは、望ましい結果は、電子ビームの衝撃によってスクリーンのガラス上に電荷を生成することでした。これは、CRTの真正面に配置された金属グリッドによって検出されます。ディレイラインのように、いわゆるウィリアムス管 データを保持するには、メモリを外部回路で定期的に更新する必要がありました。ディレイラインメカニズムとは異なり、温度や振動などの環境要因の影響をほとんど受けませんでした。

IBMモデル701コンピューターは、4キロバイトの容量を持つWilliams Tubeメモリを搭載し、誤った「1」状態が画面上の隣接するスポットにオーバーフローする可能性があるため、連続して再書き込みを行うと、チューブ画面のビットを「過充電」するという悪い習慣がありました。

コンピュータメモリの次の大きな進歩は、エンジニアがバイナリデータを保存する手段として磁性材料に目を向けたときに起こりました。鉄の特定の化合物、つまり「フェライト」が、ほぼ正方形のヒステリシス曲線を持っていることが発見されました。

横軸に印加磁場の強さ（磁場強度）をグラフに表示 ）、および縦軸の実際の磁化（フェライト材料内の電子スピンの配向）（磁束密度 ）、印加された磁場が臨界しきい値を超えるまで、フェライトは一方向に磁化されません。その臨界値を超えると、フェライト内の電子が磁気配向に「スナップ」し、フェライトが磁化されます。

その後、印加された磁場をオフにすると、フェライトは完全な磁性を維持します。フェライトを反対方向（極性）に磁化するには、印加される磁場が反対方向の臨界値を超えている必要があります。その臨界値を超えると、フェライト内の電子は反対方向に磁気配向に「スナップ」します。もう一度、印加された磁場をオフにすると、フェライトは完全な磁性を維持します。簡単に言えば、フェライト片の磁化は「双安定」です。

フェライトのこの奇妙な特性を利用して、この自然の磁気「ラッチ」を使用して、データのバイナリビットを格納できます。この「ラッチ」を設定またはリセットするには、ワイヤまたはコイルを流れる電流を使用して必要な磁場を生成し、それをフェライトに適用します。

MITのJayForresterは、この原則を適用して、1970年代に主要なコンピュータメモリテクノロジとなった磁気「コア」メモリを発明しました。

互いに電気的に絶縁されたワイヤーのグリッドが、それぞれが「コア」と呼ばれる多くのフェライトリングの中心を横切っていました。 DC電流が電源からアースにワイヤーを通って移動すると、その通電されたワイヤーの周りに円形の磁場が生成されました。

抵抗値は、安定化電源電圧での電流量が、フェライトリングのいずれかを磁化するために必要な臨界磁場強度の1/2をわずかに超える量を生成するように設定されました。したがって、列＃4のワイヤーに通電すると、その列のすべてのコアがその1つのワイヤーからの磁場にさらされますが、これらのコアのいずれかの磁化を変更するのに十分な強度はありません。

ただし、列＃4のワイヤーと行＃5のワイヤーの両方に通電した場合、列＃4と行＃5の交差点のコアは、これら2つの磁場の合計にさらされます。そのコアの磁化を「リセット」します。言い換えると、各コアは行と列の共通部分によってアドレス指定されました。 「セット」と「リセット」の違いは、コアの磁気極性の方向であり、データのビット値は、行と列のワイヤが通電される電圧の極性（グランドに対する）によって決定されます。 。

次の写真は、1960年代後半または1970年代初頭の、DataGeneralブランドの「Nova」モデルコンピュータのコアメモリボードを示しています。合計ストレージ容量は4キロバイト（キロ）でした。 メガではなくバイト バイト！）。サイズ比較のためにボールペンが表示されています：

このボードの周囲に見られる電子部品は、列と行のワイヤを電流で「駆動」するため、およびコアのステータスを読み取るために使用されます。クローズアップ写真は、マトリックスワイヤーが通っているリング状のコアを示しています。ここでも、サイズ比較のためにボールペンが表示されています：

次の写真は、後の設計（1971年頃）のコアメモリボードを示しています。そのコアははるかに小さく、より高密度にパックされており、以前のボードよりも多くのメモリストレージ容量を提供します（4キロバイトではなく8キロバイト）：

そして、コアの別のクローズアップ：

コアメモリへのデータの書き込みは簡単でしたが、そのデータの読み取りは少しトリックでした。この重要な機能を促進するために、「読み取り」ワイヤーがすべてに通されました。 メモリマトリックスのコア。一方の端は接地され、もう一方の端は増幅回路に接続されています。

アドレス指定されたコアが変更された場合、この「読み取り」ワイヤに電圧のパルスが生成されます。 状態（0から1、または1から0）。つまり、コアの値を読み取るには、書き込む必要がありました。 そのコアに対して1または0のいずれかを使用し、読み取りワイヤに誘導される電圧を監視して、コアが変更されたかどうかを確認します。明らかに、コアの状態が変更された場合は、元の状態にリセットする必要があります。そうしないと、データが失われてしまいます。

このプロセスは、破壊的読み取りとして知られています。 、データが読み取られるときにデータが変更（破棄）される可能性があるためです。したがって、すべての場合ではありませんが（つまり、コアの状態が ではない場合）、コアメモリを使用して更新する必要があります。 1または0のいずれかが書き込まれたときに変更されます。

遅延線やウィリアムス管に対するコアメモリの主な利点の1つは、非揮発性でした。フェライトコアは、電力やリフレッシュを必要とせずに、無期限に磁化を維持しました。また、以前のどのモデルよりも構築が比較的簡単で、密度が高く、物理的に頑丈でした。

コアメモリは、1960年代から1970年代後半まで、Apollo宇宙プログラムに使用されるコンピュータ、CNC工作機械制御コンピュータ、ビジネス（「メインフレーム」）コンピュータ、産業用制御システムなど、多くのコンピュータシステムで使用されていました。コアメモリは古くから使用されていませんが、「コア」という用語は、コンピュータのRAMメモリに関連して使用されることがあります。

遅延線、ウィリアムス管、およびコアメモリ技術が発明されている間、単純なスタティックRAMは、より小さなアクティブコンポーネント（真空管またはトランジスタ）技術で改善されていました。スタティックRAMは、競合他社によって完全に凌駕されることはありませんでした。1950年代の古いENIACコンピュータでさえ、データレジスタと計算に真空管リングカウンター回路を使用していました。しかし、最終的には、ますます小規模なICチップ製造技術により、トランジスタは他の技術よりも実用的な優位性を獲得し、コアメモリは1980年代に博物館の一部となりました。

コアよりも優れた磁気メモリでの最後の試みは、バブルメモリでした。 。バブルメモリは、ガーネットと呼ばれる鉱物の特有の現象を利用しました 、薄膜に配置され、フィルムに垂直な一定の磁場にさらされると、他の外部磁場を突き出すことによってフィルムに沿って微調整できる、反対に磁化された「気泡」の小さな領域をサポートしました。

「トラック」をガーネットに配置して、フィルムの表面に磁性材料を堆積させることにより、気泡の動きに焦点を合わせることができます。ガーネット上に無限軌道が形成され、気泡が移動する長いループが形成され、ガーネットに巻き付けられた一対のワイヤーコイルで気泡に原動力が加えられ、2相電圧で通電されました。泡の経路に戦略的に配置されたワイヤーの小さなコイルを使用して、泡を作成または破壊することができます。

バブルの存在はバイナリ「1」を表し、バブルの不在はバイナリ「0」を表しました。データは、カセットテーププレーヤーの読み取り/書き込み「ヘッド」とほぼ同じように、ワイヤーの小さなコイルを通過するときに移動する磁気バブルのこのチェーンで読み取りおよび書き込みを行い、テープが移動するときにテープの磁化を読み取​​ります。

コアメモリと同様に、バブルメモリは不揮発性でした。永久磁石は、電源がオフになったときにバブルをサポートするために必要なバックグラウンドフィールドを供給しました。ただし、コアメモリとは異なり、バブルメモリには驚異的なストレージ密度がありました。数百万ビットをガーネットのチップにわずか数平方インチのサイズで保存できました。静的および動的RAMの実行可能な代替手段としてバブルメモリを殺したのは、その低速でシーケンシャルなデータアクセスでした。

信じられないほど長いシリアルシフトレジスタ（リングカウンタ）にすぎないため、シリアル文字列内のデータの特定の部分へのアクセスは、他のメモリテクノロジと比較して非常に遅くなる可能性があります。

バブルメモリの静電的同等物は、電荷結合デバイスです。 （CCD）メモリ、デジタル写真で使用されるCCDデバイスの適応。バブルメモリのように、ビットはクロックパルスによって基板材料のチャネルに沿って連続的にシフトされます。バブルメモリとは異なり、静電荷は減衰するため、リフレッシュする必要があります。

したがって、CCDメモリは揮発性であり、高いストレージ密度とシーケンシャルアクセスを備えています。おもしろいですね。古いウィリアムス管のメモリは、CRTの表示から採用されました。 テクノロジー、およびビデオ録画テクノロジーからのCCDメモリ 。