Пузырьковая память - Bubble memory

Модуль магнитно-пузырьковой памяти Intel 7110
Память компьютера типы
Общее
Летучий
ОЗУ
Исторический
Энергонезависимая
ПЗУ
NVRAM
Ранняя стадия NVRAM
Магнитный
Оптический
В развитии
Исторический

Пузырьковая память это тип энергонезависимый память компьютера который использует тонкую пленку магнитного материала для удержания небольших намагниченных областей, известных как пузыри или домены, каждый хранит по одному немного данных. Материал расположен так, что образует серию параллельных дорожек, по которым пузыри могут двигаться под действием внешнего магнитного поля. Пузырьки считываются путем перемещения их к краю материала, где они могут быть считаны обычным магнитным датчиком, а затем перезаписываются на дальнем крае, чтобы память циклически перемещалась по материалу. В работе пузырьковые воспоминания похожи на память линии задержки системы.

Пузырьковая память зародилась как многообещающая технология в 1980-х годах, предлагая плотность памяти порядка аналогичного жесткие диски но производительность более сопоставима с основная память без каких-либо движущихся частей. Это побудило многих рассматривать его как претендента на «универсальную память», которую можно было бы использовать для всех нужд хранения. Внедрение значительно более быстрого полупроводниковая память Чипы вытолкнули пузырь в медленную часть шкалы, и столь же резкое увеличение емкости жестких дисков сделало его неконкурентоспособным в ценовом отношении.[1] Пузырьковая память использовалась в течение некоторого времени в 1970-х и 80-х годах, когда ее неподвижная природа была желательна по причинам технического обслуживания или защиты от ударов. Вступление к Флэш-память и аналогичные технологии сделали даже эту нишу неконкурентоспособной, и к концу 1980-х пузырь полностью исчез.

История

Прекурсоры

Основная статья: Твисторная память

Пузырьковая память - это во многом детище одного человека, Эндрю Бобек. Бобек работал над множеством проектов, связанных с магнетизмом, в течение 1960-х годов, и два из его проекта поставили его в особенно выгодное положение для развития пузырьковой памяти. Первым была разработка первого память на магнитном сердечнике система, управляемая транзистор -на базе контроллера, а второй - разработка твисторная память.

Twistor по сути является версией основная память который заменяет "ядра" на кусок магнитная лента. Основным преимуществом твистора является его способность собирать автоматизированные машины, в отличие от сердечника, который почти полностью выполнялся вручную. AT&T возлагали большие надежды на Twistor, полагая, что это значительно снизит стоимость компьютерной памяти и выведет их на лидирующие позиции в отрасли. Вместо, DRAM воспоминания появились на рынке в начале 1970-х и быстро заменили все предыдущие оперативная память системы. Twistor использовался только в нескольких приложениях, многие из которых были собственными компьютерами AT&T.

Один интересный побочный эффект концепции твистора был замечен в производстве; при определенных условиях пропускание тока через один из электрических проводов, проходящих внутри ленты, приведет к перемещению магнитных полей на ленте в направлении тока. При правильном использовании он позволял запомненным битам протолкнуться вниз по ленте и выскочить из конца, образуя тип память линии задержки, но такой, где распространение полей контролировалось компьютером, а не автоматическим продвижением с заданной скоростью, определяемой используемыми материалами. Однако у такой системы было немного преимуществ перед твистором, тем более, что она не позволяла произвольный доступ.

Развитие

Визуализация пузырьковой области с помощью CMOS-MagView
Катушки и направляющие драйвера пузырьковой памяти

В 1967 году Бобек присоединился к команде в Bell Labs и начал работу над улучшением твистор. В плотность памяти твистор зависел от размера проводов; длина любого одного провода определяла, сколько битов он удерживал, и многие такие провода были проложены бок о бок, чтобы создать большую систему памяти.

Обычные магнитные материалы, такие как магнитная лента, используемая в твисторе, позволяли размещать магнитный сигнал в любом месте и перемещаться в любом направлении. Пол Чарльз Михаэлис работать с пермаллой магнитные тонкие пленки обнаружили, что можно перемещать магнитные сигналы в ортогональных направлениях внутри пленки. Эта плодотворная работа привела к подаче заявки на патент.[2] Устройство памяти и метод распространения были описаны в статье, представленной на 13-й ежегодной конференции по магнетизму и магнитным материалам, Бостон, Массачусетс, 15 сентября 1967 года. В устройстве использовались тонкие анизотропные магнитные пленки, которые требовали различных комбинаций магнитных импульсов для ортогональных направлений распространения. Скорость распространения также зависела от жестких и легких магнитных осей. Это различие предполагало, что желательна изотропная магнитная среда.

Это привело к возможности создания системы памяти, аналогичной концепции твистора с подвижной областью, но с использованием одного блока из магнитного материала вместо множества проволочных твисторов. Начало работы по расширению этой концепции с помощью ортоферрит, Бобек заметил еще один интересный эффект. Из-за материалов магнитной ленты, используемых в твисторе, данные приходилось хранить на относительно больших участках, известных как домены. Попытки намагнитить меньшие площади потерпят неудачу. В случае ортоферрита, если пятно было написано, а затем магнитное поле было приложено ко всему материалу, пятно сжалось в крошечный круг, который он назвал пузырь. Эти пузырьки были намного меньше, чем домены на обычных носителях, таких как лента, что предполагает возможность очень высокой плотности площади.

В Bell Labs было сделано пять значительных открытий:

  1. Управляемое двумерное движение одностенных доменов в пленках пермаллоя
  2. Применение ортоферритов
  3. Открытие устойчивой цилиндрической области
  4. Изобретение режима работы с полевым доступом
  5. Открытие индуцированной ростом одноосной анизотропии в гранатовой системе и осознание того, что гранаты будут практическим материалом

Пузырьковая система не может быть описана каким-либо одним изобретением, а может быть описана в терминах вышеупомянутых открытий. Энди Бобек был единственным первооткрывателем (4) и (5) и соавтором (2) и (3); (1) исполнил П. Михаэлис в группе П. Бонихарда. В какой-то момент над проектом в Bell Labs работали более 60 ученых, многие из которых заслужили признание в этой области. Например, в сентябре 1974 г. H.E.D. Scovil, ПК. Михаэлис и Бобек были награждены Мемориальная награда IEEE Морриса Н. Либмана IEEE со следующей цитатой: За концепцию и развитие одностенных магнитных доменов (магнитных пузырей) и за признание их важности для технологии памяти.

На поиск идеального материала ушло некоторое время, но было обнаружено, что гранат имел правильные свойства. В материале легко образовывались пузырьки, и их можно было довольно легко продвигать по нему. Следующая проблема заключалась в том, чтобы заставить их переместиться в нужное место, где их можно было бы прочитать обратно: твистор был проводом, и было только одно место, куда можно было пойти, но с 2D-листом все было бы не так просто. В отличие от первоначальных экспериментов, гранат не заставлял пузыри двигаться только в одном направлении, но его свойства пузырей были слишком выгодны, чтобы их игнорировать.

Решение заключалось в том, чтобы отпечатать узор из крошечных магнитных стержней на поверхности граната. Когда было приложено небольшое магнитное поле, они намагничивались, и пузыри «прилипали» к одному концу. Затем, изменив направление поля, они будут привлечены к дальнему концу, двигаясь вниз по поверхности. Другой разворот приведет к тому, что они переместятся с конца бара на следующий бар в строке.

Устройство памяти состоит из крошечных электромагниты на одном конце с детекторами на другом конце. Записанные пузыри будут медленно толкаться друг к другу, образуя лист из скрученных нитей, выстроенных рядом друг с другом. Присоединение выхода детектора обратно к электромагнитам превращает лист в серию петель, которые могут удерживать информацию столько, сколько необходимо.

Пузырьковая память - это энергонезависимая память. Даже когда отключили питание, пузыри остались, точно так же, как узоры на поверхности дисковод. Более того, устройства с пузырьковой памятью не нуждались в движущихся частях: поле, которое толкало пузырьки по поверхности, создавалось электрически, в то время как такие носители, как лента и дисководы, требовали механического движения. Наконец, из-за небольшого размера пузырьков плотность теоретически была намного выше, чем у существующих магнитных запоминающих устройств. Единственным недостатком была производительность; пузырьки должны были пройти до дальнего конца листа, прежде чем их можно было прочитать.

Коммерциализация

Пузырьковая память от MemTech (покупатель Intel Magnetics).
Пузырь памяти, сделанный в СССР.

Вскоре команда Бобека получила квадратную память размером 1 см (0,39 дюйма), в которой хранилось 4096 битов, как в тогдашней стандартной плоскости основная память. Это вызвало значительный интерес в отрасли. Пузырьковые воспоминания могли не только заменить ядро, но и казалось, что они могут заменить ленты и диски. Фактически, казалось, что пузырьковая память скоро станет единственной формой памяти, используемой в подавляющем большинстве приложений, а рынок высокопроизводительной памяти будет единственным, с которым они не смогут работать.

Эта технология была включена в экспериментальные устройства Bell Labs в 1974 году.[3] К середине 1970-х годов практически каждая крупная электронная компания имела команды, работавшие над пузырьковой памятью.[4] Texas Instruments представила первый коммерческий продукт с пузырьковой памятью в 1977 году.[5] К концу 1970-х на рынке было несколько продуктов, и Intel выпустили свою собственную 1-мегабитную версию 7110. Однако к началу 1980-х технология пузырьковой памяти зашла в тупик с появлением жесткий диск системы, предлагающие более высокую плотность хранения, более высокую скорость доступа и более низкие затраты. В 1981 году крупные компании, работавшие над этой технологией, прекратили операции с пузырьковой памятью.[6]

Пузырьковая память нашла применение на нишевых рынках в течение 1980-х годов в системах, в которых требовалось избегать более высоких показателей механических отказов дисковых накопителей, а также в системах, работающих в условиях высокой вибрации или суровых условий. Это приложение тоже устарело с развитием флэш-память, что также привело к снижению производительности, плотности и стоимости.

Одно приложение было Konami с Пузырьковая система Система аркадных видеоигр, представленная в 1984 году. В ней использовались сменные пузырьковые картриджи памяти на 68000 -основная доска. Пузырьковой системе требовалось время «разогрева» около 85 секунд (указывается таймером на экране при включении) перед загрузкой игры, поскольку пузырьковая память должна быть нагрета примерно до 30-40 ° C (от 86 до 104 ° F) для правильной работы. Sharp использовали пузырьковую память в своих ПК 5000 серия, портативный компьютер, похожий на портативный компьютер 1983 года. Nicolet использовал пузырьковые модули памяти для сохранения сигналов в осциллографе модели 3091, как и HP которые предложили вариант пузырьковой памяти за 1595 долларов, который расширил память их цифрового анализатора сигналов модели 3561A. Корпорация GRiD Systems использовали его в своих ранних ноутбуках. Связь TIE использовала его на ранних этапах развития цифровых телефонных систем, чтобы снизить их среднюю наработку на отказ и создать энергонезависимый центральный процессор телефонной системы.[7] Пузырьковая память также использовалась на Quantel Mirage Система DVM8000 / 1 VFX.[нужна цитата ]

Дальнейшие приложения

В 2007 году идея использования микрофлюидный пузыри как логика (а не память) был предложен Массачусетский технологический институт исследователи. В пузырьковой логике будут использоваться нанотехнологии, и было продемонстрировано, что время доступа составляет 7 мс, что быстрее, чем время доступа в 10 мс, которое имеют существующие жесткие диски, хотя и медленнее, чем время доступа традиционной оперативной памяти и традиционных логических схем. делая предложение коммерчески нецелесообразным в настоящее время.[8]

Недавний[когда? ] работа над память о беговой дорожке По сути, это одномерная версия пузыря, еще более близкая к оригинальной концепции последовательного твистора.

использованная литература

  1. ^ "Пузырь памяти". 10 технологий, которые должны были взорваться, но никогда этого не произошло. Сложный. 2012-09-25. В архиве с оригинала на 2012-10-08. Получено 2012-10-03.
  2. ^ Патент США 3,454,939, выдан 08.07.1969 
  3. ^ Стейси В. Джонс (2 февраля 1974 г.). "Компьютерная память изобретена". Газета "Нью-Йорк Таймс. Нью-Йорк, Нью-Йорк с. 37. ISSN  0362-4331. Архивировано из оригинал 18 октября 2013 г.
  4. ^ Виктор К. Макэлхени (16 февраля 1977 г.). "Технология: испытание на воспоминания о магнитном пузыре". Газета "Нью-Йорк Таймс. Нью-Йорк, Нью-Йорк с. 77. ISSN  0362-4331. Архивировано из оригинал 18 октября 2013 г. Среди производителей магнитных пузырьковых устройств, помимо Bell Labs и I.B.M., есть Texas Instruments, подразделение управления технологическим процессом Honeywell Inc. в Фениксе и Rockwell International ...
  5. ^ «Texas Instruments представляет портативный компьютерный терминал: модель, которая, как говорят, является первой с большой памятью и устройством с пузырьковой памятью». Wall Street Journal. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Dow Jones & Company Inc., 18 апреля 1977 г., стр. 13. ISSN  0099-9660.
  6. ^ Бэнкс, Ховард (20 сентября 1981 г.). "Компьютерный пузырь, который лопнул". Газета "Нью-Йорк Таймс. В архиве из оригинала 24 мая 2015 г.. Получено 17 октября 2013.
  7. ^ Компьютер GRiD Compass 1101 В архиве 2008-09-16 на Wayback Machine, oldcomputers.net
  8. ^ Ману Пракаш и Нил Гершенфельд, «Логика микрожидкостных пузырьков», Наука, Том 315 (9 февраля 2007 г.)

внешние ссылки