Ferriitmälu

Allikas: Vikipeedia
1024 bitti sisaldav 32 x 32 ferriitmälu.


Ferriitmälu (inglise keeles magnetic-core memory) on suvapöördusega säilmälu, kus info salvestamiseks kasutatakse väikeseid ferriitrõngakesi – südamikke. Iga südamik talletab endas ühte bitti. Südamik võib olla magnetiseeritud kahte pidi: päripäeva või vastupäeva – need kaks olekut määravad talletatud biti väärtuse (traditsiooniliselt "0" ja "1"). Südamikest on läbi punutud traadid, mille abil on võimalik lugeda iga südamiku magneetumissuunda ning ka seda muuta. Ferriitmälu ei vaja info säilitamiseks toidet, kuid lugemise käigus sinna salvestatud info kustub – toimub hävitav lugemine.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Aastal 1947 patenteeris Frederic Viehe ferriitmälu, mille ta oli loonud oma kodulaboris. 1956, neli aastat enne tema surma, ostis IBM tema patendi. Viehest sõltumatult leiutasid 1947. aastal ferriitmälu ka Hiina päritolu Ameerika teadlased An Wang ja Way-Dong Woo Harvardi ülikoolis. 1950 aastal tegi sama ka Jan Rajchman. 1951 patenteeris Jay Forrester andmesavestusseadme, mis kasutas kolmemõõtmelisse struktuuri paigutatud südamikke. See oli esimene ferriitmälu, mis läks kasutusse digitaalarvutisse.[1] [2] [3]

Esimene arvuti, mis kasutas ferriitmälu oli 1951. aastal MIT's valminud Whirlwind. Whirlwind oli ka esimene arvuti mis töötas reaalajas. Algselt kasutati selles arvutis elektronkiiretorudel põhinevat mälu, kuid need olid aeglased ja ebausaldusväärsed. Seepärast püüdis Jay Forrester leida neile kiiremat ja stabiilsemat alternatiivi, mille ta ka 1951. aastal ferriitmälu näol leidis. 1953. aastal asendati Whirlwindis kogu mälu ferriitmäluga.[2] Ferriitmälul olid elektronkiiretorude ees mitmed eelised. See oli töökindlam ning seeläbi vähenes Whirlwind arvutis hoolduseks kuluv aeg märgatavalt. Samuti oli ferriitmälu pöördusaeg lühem (ferriitmälul ~9ms, elektronkiiretoru ~25ms), mis suurendas arvuti kiirust. [4]

Ferriitmälu kasutati digitaalarvutites 1950. keskpaigast kuni 1970. keskpaigani.[5] 1970 aastatel tõrjus odavnenud pooljuhttehnoloogia ferritmälu välja, kuid selle kasutamist jätkati siiski arvutites, kus töökindlus oli esmatähtis. Näiteks kasutati ferriitmälu Apollo navigatsiooniarvutis kui ka Space Shuttle juhtarvutites. [6]

Ehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Südamik[muuda | redigeeri lähteteksti]

Südamikuks nimetatakse ferriidist rõngast, mida on võimalik kahes eri suunas püsivalt magnetiseerida: päri- ja vastupäeva. Seades nende kahe seisundiga vastavusse 0 ja 1, saame me salvestada sellesse ühe biti infot. Info säilib sellises südamikus ka elektrivoolu puudumisel..[7]

Südamiku materjal peab olema suure jääkmagneetumusega, et magneetumus oleks pärast kirjutamist võimalikult suur. Samas peab materjal olema kergesti ümber magneeditav (väikese koertsiivsusega), et ümbermagneetimisele kuluks vähe energiat.

Mälu kiht[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ferriitmälu koosneb tavaliselt kihtidest, kus adresseerimiseks mõeldud X- ja Y-liinid moodustavad kahemõõtmelise võrgustiku. Selle võrgustiku ristumispunktides asuvadki südamikud. Ühe lugemise/kirjutamise tsükli jooksul on kihis võimalik adresseerida vaid ühte bitti. Lisaks läbib kõiki kihi südamikke diagonaalselt tagasiside traat, mida kasutatakse südamiku magnetvälja muutumise poolt tekitatud pingeimpulsi lugemiseks. See traat on aadressiliinidega 45 kraadise nurga all ning ületab neid kord ühte, kord teistpidi, et vähendada elektromagneetilise induktsiooni mõju lugemile.[8]

Virn mälukihte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Et korraga kirjutada mällu rohkem kui üks bitt, on võimalik laduda mälukihid üksteise peale virna ning kirjutada neisse paralleelselt. Et kirjutada mällu korraga üks bait, tuleb kasutada 8 kihilist mälu.[8]

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Lugemine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Südamiku hüstereesisilmus ning sellel liikumine lugemisoperatsiooni käigus. Olenevalt südamiku algsest magneetumissuunast, lugemise käigus tekib või ei teki vooluimpulssi tagasiside traadil

Et lugeda südamikul olevat infot, püütakse see seada "0" asendisse.

  • Kui loetav südamik oli juba "0" asendis, siis südamiku magneetumissuund jääb samaks.
  • Kui loetav südamik oli "1" asendis, siis südamiku magneetumissuund pöördub ja põhjustab sellega pingeimpulsi tagasiside traadil.

Kuna lugemise käigus kustub südamikel olev info, siis tuleb info säilimiseks kirjutada loetud informatsioon uuesti tagasi. Selle eest hoolitseb arvuti mälu haldav elektroonika.

Kirjutamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Et kirjutada mõnele südamikule (muuta selle magneetumise suunda), tuleb sellest südamikust läbi juhtida piisavalt suur vool. Seda tehakse X- ja Y-aadressiliinidega. Kummastki liinist juhitakse läbi vool, mis üksi ei ole piisav südamiku ümbermageetimiseks, kuid millede summa on selleks piisav. Seeläbi muudab magneetumise suunda ainult see südamik, mida läbivad mõlemad liinid. Mõlemad voolud peavad sisenema südamikku samalt poolt. Vastasel juhul nad tühistavad teineteist ja kirjutamist ei toimu. Vastavalt sellele kas mõlemad voolud sisenesid südamikku paremalt või vasakult, on südamik nüüd magneeditud päri- või vastupäeva.

Eelised[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Ferriitmälus püsib info ilma vooluta lõpmatult kaua.
  • Ferriitmälu oli oma aja alternatiividega võrreldes väga stabiilne ja töökindel mälu tüüp.
  • Seda ei mõjuta seda ioniseeriv kiirgus.

Nende omaduste tõttu oli ferritmälu väga sobilik kasutamiseks kosmoses ja sõjanduses.[9]

Probleemid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Südamiku hüstereesisilmus sõltub temperatuurist, seetõttu tuleb erinevatel temperatuuridel kasutada kirjutamiseks ja lugemiseks erinevaid voolutugevusi. Kasutamise käigus aga südamikud soojenevad. Probleem tõuseb esile eriti siis, kui ühte südamikku adresseeritakse mitmeid kordi lühikese aja jooksul.[10] Üheks lahenduseks oli termistoride kasutamine. Nende abil mõõdeti südamike temperatuuri ja korrigeeriti voolutugevusi vastavalt. Teine lahendus oli hoida kogu mälu konstantsel temperatuuril. Selleks soojendati mälu ruumi temperatuurist kõrgemale ja hoiti stabiilsena näiteks õlivannis. Ferriitmälu kastamisel oli tähtis vaid temperatuuri püsivus. Püsiva temperatuuri hoidmine soojendamise teel on palju lihtsam kui jahutamise teel.[9]

Ferriitmälude valmistamine oli keerukas ja tolleagsete masinatega võimatu. Seetõttu valmistatis seda käsitsi. Töölised kasutasid stereomikroskoope, et viia peenikesi traate läbi südamike[3]

Omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viiekümnendate alguses olid südamikud 10mm-2mm suurused, kuid 1970. lõpuks oli see vähenenud see suuruseni ~0.4mm. Sama aja jooksul tõusis taktsagedus 200kHz juurest üle 1Mhz.[7] Mälu maht aga paisus kuni 2 miljoni südamikuni.[8]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Jay W. Forrester, "Digital Information In Three Dimensions Using Magnetic Cores", Journal of Applied Physics 22, 1951
  2. 2,0 2,1 Magnetic Core Memory. Kasutatud 8. detsember 2013. (Inglise)
  3. 3,0 3,1 Milestones in Computer Science and Information Technology Edwin D. Reilly
  4. The computer museum report. 1983. Massachusetts: One Iron Way. (pdf) Kasutatud 8. detseber 2013. (Inglise)
  5. http://www.computerhistory.org/tdih/March/4/
  6. http://web.mit.edu/6.933/www/core.html
  7. 7,0 7,1 Ben North, Oliver Nash. Magnetic core memory reborn. 9. mai 2011. (pdf) Kasutatud 8. detsember 2013. (Inglise)
  8. 8,0 8,1 8,2 Brent Hilpert. Magnetic Core Memory Systems. Kasutatud 8. detsember 2013. (Inglise)
  9. 9,0 9,1 Core Memory. Kasutatud 8. detsember 2013. (Inglise)
  10. Microprocessors & Computer Architecture|A.P.Godse, D.A.Godse|lk 58