Kabarcık bellek - Bubble memory

Intel 7110 manyetik balon bellek modülü
Bilgisayar hafızası türleri
Genel
Uçucu
Veri deposu
Tarihi
Uçucu olmayan
ROM
NVRAM
Erken aşama NVRAM
Manyetik
Optik
Geliştirilmekte
Tarihi

Kabarcık bellek bir tür uçucu olmayan bilgisayar hafızası küçük mıknatıslanmış alanları tutmak için manyetik bir malzemeden ince bir film kullanır. baloncuklar veya etki alanları, her biri bir tane saklıyor bit veri. Malzeme, kabarcıkların harici bir manyetik alanın etkisi altında hareket edebildiği bir dizi paralel yol oluşturacak şekilde düzenlenmiştir. Kabarcıklar, geleneksel bir manyetik pikap ile okunabilecekleri malzemenin kenarına hareket ettirilerek okunur ve ardından hafızanın malzeme içinde dönmesini sağlamak için uzak kenara yeniden yazılır. Operasyonda, kabarcık anılar benzerdir gecikme hattı hafızası sistemleri.

Bubble memory, 1980'lerde gelecek vaat eden bir teknoloji olarak başladı ve bellek yoğunluğu benzer bir siparişin sabit sürücüler ancak performans şununla daha karşılaştırılabilir çekirdek bellek hareketli parça yokken. Bu, birçok kişinin onu tüm depolama ihtiyaçları için kullanılabilecek "evrensel bellek" için bir rakip olarak görmesine neden oldu. Önemli ölçüde daha hızlı yarı iletken bellek yongalar baloncuğu ölçeğin yavaş sonuna itti ve sabit disk kapasitesindeki eşit derecede önemli iyileştirmeler onu fiyat açısından rekabetsiz hale getirdi.[1] Kabarcık bellek, hareket etmeyen doğasının bakım veya darbeye dayanıklılık nedenleriyle arzu edildiği 1970'lerde ve 80'lerde bir süre kullanıldı. Tanımı Flash RAM ve benzer teknolojiler bu niş bile rekabetsiz hale geldi ve balon 1980'lerin sonunda tamamen ortadan kalktı.

Tarih

Öncüler

Ana makale: Twistör hafızası

Kabarcık hafızası büyük ölçüde tek bir kişinin beynidir. Andrew Bobeck. Bobeck, 1960'larda manyetiklerle ilgili pek çok proje üzerinde çalıştı ve projelerinden ikisi onu balon belleğin gelişimi için özellikle iyi bir konuma getirdi. İlki, ilkinin gelişimiydi manyetik çekirdek hafızası tarafından tahrik edilen sistem transistör tabanlı denetleyici ve ikincisi, twistör hafızası.

Twistor aslında bir versiyonudur çekirdek bellek "çekirdekleri" bir parça ile değiştiren Manyetik bant. Twistörün temel avantajı, neredeyse tamamen manuel olan göbeğin aksine otomatik makinelerle monte edilebilmesidir. AT&T Bilgisayar belleğinin maliyetini büyük ölçüde azaltacağına ve onları sektör lideri bir konuma getireceğine inanan twistor için büyük umutları vardı. Yerine, DRAM 1970'lerin başında piyasaya çıkan anılar, hızla önceki tüm rasgele erişim belleği sistemleri. Twistor, çoğu AT & T'nin kendi bilgisayarları olmak üzere yalnızca birkaç uygulamada kullanılmaya başlandı.

Üretimde twistör konseptinin ilginç bir yan etkisi fark edildi; Belli koşullar altında, bandın içinde çalışan elektrik tellerinden birinden akım geçirilmesi, bant üzerindeki manyetik alanların akım yönünde hareket etmesine neden olacaktır. Düzgün kullanılırsa, depolanan bitlerin banttan aşağı itilmesine ve uçtan dışarı çıkmasına izin vererek bir tür gecikme hattı hafızası, ancak kullanılan malzemeler tarafından tanımlanan belirli bir hızda otomatik olarak ilerlemenin aksine, alanların yayılmasının bilgisayar kontrolü altında olduğu bir yer. Bununla birlikte, böyle bir sistemin, özellikle rastgele erişime izin vermediği için, twistöre göre birkaç avantajı vardı.

Geliştirme

CMOS-MagView kullanarak kabarcık alanı görselleştirme
Kabarcık bellek sürücüsü bobinleri ve kılavuzları

Bobeck 1967'de bir ekibe katıldı Bell Laboratuvarları ve geliştirmek için çalışmaya başladık bükücü. bellek yoğunluğu twistor, tellerin boyutunun bir fonksiyonuydu; herhangi bir kablonun uzunluğu kaç bit tuttuğunu belirledi ve bu tür birçok kablo daha büyük bir bellek sistemi oluşturmak için yan yana döşendi.

Twistörde kullanılan manyetik bant gibi geleneksel manyetik malzemeler, manyetik sinyalin herhangi bir yere yerleştirilmesine ve herhangi bir yönde hareket etmesine izin verdi. Paul Charles Michaelis ile çalışan permalloy manyetik ince filmler, manyetik sinyalleri film içinde ortogonal yönlerde hareket ettirmenin mümkün olduğunu keşfetti. Bu çığır açan çalışma, bir patent başvurusuna yol açtı.[2] Hafıza cihazı ve yayılma yöntemi, 15 Eylül 1967'de Boston, Massachusetts'te düzenlenen 13. Manyetizma ve Manyetik Malzemeler Konferansı'nda sunulan bir makalede anlatılmıştır. Cihaz, dikey yayılma yönleri için farklı manyetik darbe kombinasyonları gerektiren anizotropik ince manyetik filmler kullandı. Yayılma hızı aynı zamanda sert ve kolay manyetik eksenlere de bağlıydı. Bu fark, izotropik bir manyetik ortamın arzu edilebileceğini gösterdi.

Bu, hareketli alanlı twistör konseptine benzer bir bellek sistemi yapma olasılığına yol açtı, ancak birçok büküm teli yerine tek bir manyetik malzeme bloğu kullandı. Kullanarak bu konsepti genişletmek için çalışmaya başlamak ortoferrit, Bobeck ilginç bir etki daha fark etti. Twistörde kullanılan manyetik bant malzemeleriyle, verilerin nispeten büyük yamalar üzerinde depolanması gerekiyordu. etki alanları. Daha küçük alanları mıknatıslama girişimleri başarısız olur. Ortoferrit ile, yama yazılırsa ve daha sonra tüm malzemeye bir manyetik alan uygulanırsa, yama küçülerek küçülür ve ona bir kabarcık. Bu kabarcıklar, bant gibi normal ortam alanlarından çok daha küçüktü, bu da çok yüksek alan yoğunluklarının mümkün olduğunu gösteriyordu.

Bell Labs'da beş önemli keşif gerçekleşti:

  1. Permalloy filmlerde tek duvarlı alanların kontrollü iki boyutlu hareketi
  2. Ortoferritlerin uygulanması
  3. Kararlı silindirik alanın keşfi
  4. Alan erişim çalışma modunun icadı
  5. Granat sisteminde büyümeye bağlı tek eksenli anizotropinin keşfi ve granatların pratik bir malzeme olacağının farkına varılması

Kabarcık sistemi tek bir buluşla açıklanamaz, ancak yukarıdaki keşifler açısından açıklanabilir. Andy Bobeck, (4) ve (5) 'in tek keşfi ve (2) ve (3)' ün ortak keşfi idi; (1) P. Bonyhard'ın grubundaki P. Michaelis tarafından gerçekleştirildi. Bir noktada, Bell Laboratuarlarında proje üzerinde çalışan 60'ın üzerinde bilim insanı vardı ve bunların çoğu bu alanda tanındı. Örneğin Eylül 1974'te, H.E.D. Scovil, P.C. Michaelis ve Bobeck, IEEE Morris N. Liebmann Anma Ödülü IEEE tarafından aşağıdaki alıntı ile: Tek duvarlı manyetik alanların (manyetik kabarcıklar) kavramı ve geliştirilmesi ve hafıza teknolojisi için önemlerinin anlaşılması için.

Mükemmel malzemeyi bulmak biraz zaman aldı, ancak keşfedildi garnet doğru özelliklere sahipti. Kabarcıklar malzeme içinde kolaylıkla oluşur ve oldukça kolay bir şekilde itilebilir. Bir sonraki sorun, onları tekrar okunabilecekleri uygun konuma taşımaktı: twistor bir teldi ve gidecek tek bir yer vardı, ancak 2D bir sayfada işler o kadar kolay olmayacaktı. Orijinal deneylerden farklı olarak, granat, baloncukları yalnızca bir yönde hareket etmeye sınırlamadı, ancak kabarcık özellikleri göz ardı edilemeyecek kadar avantajlıydı.

Çözüm, granat yüzeyine küçük manyetik çubuklardan oluşan bir desen basmaktı. Küçük bir manyetik alan uygulandığında, bunlar mıknatıslanacak ve kabarcıklar bir uca "yapışacak". Daha sonra alanı tersine çevirerek, yüzeyde aşağı doğru hareket ederek uzak uca çekileceklerdi. Başka bir ters çevirme, onları çubuğun sonundan satırdaki bir sonraki çubuğa çıkarır.

Bir hafıza cihazı, minik sıraya dizilerek oluşturulur. elektromıknatıslar bir ucunda dedektörler diğer ucunda. Yazılan kabarcıklar yavaşça diğerine itilir ve yan yana dizilmiş bir bükülme tabakası oluşturur. Çıkışın detektörden elektromıknatıslara takılması, levhayı, bilgiyi gerektiği kadar uzun süre tutabilen bir dizi döngüye dönüştürür.

Kabarcık hafızası bir uçucu olmayan bellek. Güç kaldırıldığında bile kabarcıklar kaldı, tıpkı modellerin yüzeyinde yaptığı gibi. disk sürücüsü. Daha da iyisi, kabarcık bellek aygıtlarının hareketli parçalara ihtiyacı yoktu: Kabarcıkları yüzey boyunca iten alan elektriksel olarak üretilirken, teyp ve disk sürücüleri gibi ortamlar mekanik hareket gerektiriyordu. Son olarak, kabarcıkların küçük boyutu nedeniyle, yoğunluk teoride mevcut manyetik depolama cihazlarından çok daha yüksekti. Tek dezavantajı performanstı; baloncuklar okunabilmeleri için sayfanın en uzak ucuna gitmeleri gerekiyordu.

Ticarileştirme

MemTech imzalı kabarcık bellek (Intel Magnetics satın alan kişi).
SSCB'de yapılan kabarcık bellek.

Bobeck'in ekibi kısa süre sonra 4.096 bit depolayan 1 cm'lik (0,39 inç) kare hafızalara sahipti; bu, o zamanlar standart olan çekirdek bellek. Bu, sektöre büyük ilgi uyandırdı. Kabarcık anılar yalnızca çekirdeğin yerini almakla kalmadı, aynı zamanda bantların ve disklerin de yerini alabilecek gibi görünüyordu. Aslında, kabarcık belleğin yakında uygulamaların büyük çoğunluğunda kullanılan tek bellek biçimi olacağı görülüyordu ve yüksek performanslı pazar hizmet edemeyecekleri tek pazar olacaktı.

Teknoloji, 1974'te Bell Labs'ın deneysel cihazlarına dahil edildi.[3] 1970'lerin ortalarına gelindiğinde, neredeyse her büyük elektronik şirketinin balon bellek üzerinde çalışan ekipleri vardı.[4] Texas Instruments, 1977'de kabarcık bellek içeren ilk ticari ürünü piyasaya sürdü.[5] 1970'lerin sonlarında piyasada birkaç ürün vardı ve Intel kendi 1 megabit versiyonları olan 7110'u piyasaya sürdü. Ancak 1980'lerin başında kabarcık bellek teknolojisi, hard disk daha yüksek depolama yoğunlukları, daha yüksek erişim hızları ve daha düşük maliyetler sunan sistemler. 1981'de teknoloji üzerinde çalışan büyük şirketler balon bellek işlemlerini kapattı.[6]

Kabarcık bellek, disk sürücülerin daha yüksek mekanik arıza oranlarından kaçınmaya ihtiyaç duyan sistemlerde ve yüksek titreşimli veya zorlu ortamlarda çalışan sistemlerde 1980'lerde niş pazarlarda kullanıldı. Bu uygulama da geliştirilmesiyle birlikte eskimiş oldu. flash bellek performans, yoğunluk ve maliyet avantajları da beraberinde getirdi.

Bir uygulama Konami 's Kabarcık Sistemi atari video oyun sistemi, 1984 yılında piyasaya sürüldü. Üzerinde değiştirilebilir kabarcık bellek kartuşları vardı. 68000 tabanlı tahta. Kabarcık sistemi, oyun yüklenmeden önce yaklaşık 85 saniyelik bir "ısınma" süresi gerektirdi (açıldığında ekranda bir zamanlayıcı tarafından istenir), çünkü kabarcık belleğinin yaklaşık 30 ila 40 ° C'ye (86 ila Düzgün çalışması için 104 ° F). Keskin kabarcık bellek kullandı PC 5000 serisi, 1983'ten dizüstü bilgisayar benzeri taşınabilir bir bilgisayar. Nicolet, Model 3091 osiloskopunda dalga formlarını kaydetmek için kabarcık bellek modülleri kullandı. HP 3561A model dijital sinyal analizörünün belleğini genişleten 1595 $ 'lık balon bellek seçeneği sunan. GRiD Systems Corporation ilk dizüstü bilgisayarlarında kullandı. TIE iletişimi, MTBF oranlarını düşürmek ve uçucu olmayan bir telefon sisteminin merkezi işlemcisini üretmek için dijital telefon sistemlerinin erken geliştirilmesinde kullandı.[7] Kabarcık bellek ayrıca Quantel Mirage DVM8000 / 1 VFX sistemi.[kaynak belirtilmeli ]

Diğer uygulamalar

2007 yılında, kullanma fikri mikroakışkan kabarcıklar mantık (bellek yerine) tarafından önerildi MIT araştırmacılar. Kabarcık mantığı nanoteknolojiyi kullanır ve geleneksel RAM ve geleneksel mantık devrelerinin erişim süresinden daha yavaş olmasına rağmen, mevcut sabit sürücülerin sahip olduğu 10 ms erişim süresinden daha hızlı olan 7 ms'lik erişim sürelerine sahip olduğu gösterilmiştir. teklifin şu anda ticari olarak uygulanabilir olmaması.[8]

IBM'in son[ne zaman? ] üzerinde çalışmak yarış pisti belleği esasen orijinal seri twistor konseptiyle daha da yakın bir ilişki içinde olan baloncuğun 1 boyutlu bir versiyonudur.

Referanslar

  1. ^ "Kabarcık Hafızası". Patlatması Gereken Ama Hiç Yapmayan 10 Teknoloji. Karmaşık. 2012-09-25. Arşivlendi 2012-10-08 tarihinde orjinalinden. Alındı 2012-10-03.
  2. ^ ABD patenti 3,454,939 1969-07-08 tarihinde yayınlandı 
  3. ^ Stacy V. Jones (2 Şubat 1974). "Bilgisayar Bellek Yardımı Tasarlandı". New York Times. New York, NY s. 37. ISSN  0362-4331. Arşivlenen orijinal 18 Ekim 2013.
  4. ^ Victor K. McElheny (16 Şubat 1977). "Teknoloji: Manyetik Kabarcık Hatıraları için Bir Test". New York Times. New York, NY s. 77. ISSN  0362-4331. Arşivlenen orijinal 18 Ekim 2013. Bell Labs ve I.B.M.'nin yanı sıra manyetik kabarcık ünitesi üreticileri arasında Texas Instruments, Phoenix'teki Honeywell Inc. proses kontrol bölümü ve Rockwell International bulunmaktadır ...
  5. ^ "Texas Instruments, Taşınabilir Bilgisayar Terminalini Tanıttı: Kitle Belleği Olan ve Kabarcık Bellek Cihazı Kullanan İlk Model Olduğu Söylenen". Wall Street Journal. New York, NY: Dow Jones & Company Inc. 18 Nisan 1977. s. 13. ISSN  0099-9660.
  6. ^ Banks, Howard (20 Eylül 1981). "Patlayan Bilgisayar Balonu". New York Times. Arşivlendi 24 Mayıs 2015 tarihinde orjinalinden. Alındı 17 Ekim 2013.
  7. ^ GRiD Compass 1101 bilgisayar Arşivlendi 2008-09-16 Wayback Makinesi, oldcomputers.net
  8. ^ Manu Prakash ve Neil Gershenfeld, "Mikroakışkan Kabarcık Mantığı", Bilim, Cilt 315 (9 Şubat 2007)

Dış bağlantılar