Пузырьковая память -Bubble memory

Модуль памяти Intel 7110 на магнитных пузырьках
Память компьютера и типы хранения данных
Общий
Летучий
БАРАН
Исторический
Энергонезависимый
ПЗУ
энергонезависимая память
NVRAM на ранней стадии
Аналоговая запись
оптический
В развитие
Исторический

Пузырьковая память — это тип энергонезависимой компьютерной памяти , в которой используется тонкая пленка магнитного материала для хранения небольших намагниченных областей, известных как пузырьки или домены , каждая из которых хранит один бит данных. Материал устроен так, что образует серию параллельных дорожек, по которым пузырьки могут двигаться под действием внешнего магнитного поля. Пузырьки считываются путем перемещения их к краю материала, где они могут быть прочитаны обычным магнитным датчиком , а затем перезаписываются на дальнем краю, чтобы память циклически перемещалась по материалу. В работе пузырьковая память аналогична системам памяти с линиями задержки .

Пузырьковая память зародилась как многообещающая технология в 1970-х годах, предлагая плотность памяти порядка жесткого диска , но производительность, более сравнимую с оперативной памятью , при отсутствии каких-либо движущихся частей. Это заставило многих считать его претендентом на «универсальную память», которую можно было бы использовать для всех нужд хранения. Внедрение значительно более быстрых полупроводниковых чипов памяти переместило пузырь в медленную часть шкалы, а столь же резкое увеличение емкости жестких дисков сделало его неконкурентоспособным с точки зрения цены. Пузырьковая память некоторое время использовалась в 1970-х и 1980-х годах, когда ее неподвижный характер был желателен для обслуживания или защиты от ударов. Внедрение флэш-накопителей и подобных технологий сделало даже эту нишу неконкурентоспособной, и к концу 1980-х пузырь полностью исчез.

История

Прекурсоры

Основная статья: Твисторная память

Пузырьковая память в значительной степени является детищем одного человека, Эндрю Бобека . Бобек работал над многими проектами, связанными с магнетизмом, в течение 1960-х годов, и два из его проектов предоставили ему особенно хорошие возможности для разработки пузырьковой памяти. Первым была разработка первой системы памяти на магнитных сердечниках , управляемой контроллером на основе транзисторов , а вторым была разработка твисторной памяти .

Twistor — это, по сути, версия основной памяти , в которой «ядра» заменены куском магнитной ленты . Основным преимуществом твистора является его способность собираться на автоматизированных машинах, в отличие от стержня, который был почти полностью ручным. AT&T возлагала большие надежды на твистор, полагая, что это значительно снизит стоимость компьютерной памяти и выведет их на лидирующие позиции в отрасли. Вместо этого память DRAM появилась на рынке в начале 1970-х годов и быстро заменила все предыдущие системы памяти с произвольным доступом . В конечном итоге Twistor использовался только в нескольких приложениях, многие из которых были на собственных компьютерах AT&T.

В производстве был замечен один интересный побочный эффект концепции твистора: при определенных условиях пропускание тока через один из электрических проводов, проходящих внутри ленты, заставляло магнитные поля на ленте двигаться в направлении тока. При правильном использовании это позволяло проталкивать сохраненные биты вниз по ленте и выталкивать их с конца, образуя тип памяти с линией задержки , но в которой распространение полей контролировалось компьютером, а не автоматически продвигалось вперед. скорость набора определяется используемыми материалами. Однако у такой системы было мало преимуществ перед твистором, тем более что она не допускала произвольного доступа.

Разработка

Визуализация пузырьковой области с помощью CMOS-MagView
Катушки и направляющие с пузырьковой памятью

В 1967 году Бобек присоединился к команде Bell Labs и начал работу над улучшением твистора . Плотность памяти твистора зависела от размера проводов; длина любого провода определяла, сколько битов он содержал, и многие такие провода были проложены бок о бок, чтобы создать большую систему памяти.

Обычные магнитные материалы, такие как магнитная лента, используемая в твисторах, позволяли размещать магнитный сигнал в любом месте и перемещать его в любом направлении. Пол Чарльз Михаэлис , работая с тонкими магнитными пленками из пермаллоя , обнаружил, что внутри пленки можно перемещать магнитные сигналы в ортогональных направлениях. Эта основополагающая работа привела к подаче заявки на патент. Запоминающее устройство и метод распространения были описаны в статье, представленной на 13-й ежегодной конференции по магнетизму и магнитным материалам, Бостон, Массачусетс, 15 сентября 1967 г. В устройстве использовались анизотропные тонкие магнитные пленки, которые требовали различных комбинаций магнитных импульсов для ортогональных направлений распространения. Скорость распространения также зависела от жесткой и легкой магнитных осей. Это различие предполагало, что желательна изотропная магнитная среда.

Это привело к возможности создания системы памяти, аналогичной концепции твистора с подвижным доменом, но с использованием одного блока магнитного материала вместо множества твисторных проводов. Начиная работу по расширению этой концепции с помощью ортоферрита , Бобек заметил дополнительный интересный эффект. С материалами магнитной ленты, используемыми в твисторах, данные должны были храниться на относительно больших участках, известных как домены . Попытки намагнитить меньшие области потерпят неудачу. В случае с ортоферритом, если бы участок был написан, а затем ко всему материалу было приложено магнитное поле, участок сжимался бы в крошечный круг, который он назвал пузырем . Эти пузырьки были намного меньше, чем домены обычных сред, таких как лента, что предполагало возможность очень высокой плотности площади.

В Bell Labs было сделано пять важных открытий:

  1. Управляемое двумерное движение одностенных доменов в пермаллоевых пленках
  2. Применение ортоферритов
  3. Открытие стабильного цилиндрического домена
  4. Изобретение полевого режима работы
  5. Открытие одноосной анизотропии, вызванной ростом, в системе гранатов и осознание того, что гранаты могут быть практическим материалом.

Пузырьковая система не может быть описана каким-то одним изобретением, а может быть описана с точки зрения вышеупомянутых открытий. Энди Бобек был единственным первооткрывателем (4) и (5) и соавтором (2) и (3); (1) исполняла 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. Х.Э.Д. Сковил , П.К. Михаэлис и Бобек были удостоены Мемориальной премии IEEE Морриса Н. Либмана от IEEE со следующей цитатой: «За концепцию и разработку однослойных магнитных доменов (магнитных пузырей) и за признание их важности для технологии памяти.

Потребовалось некоторое время, чтобы найти идеальный материал, но было обнаружено, что гранат обладает правильными свойствами. В материале легко образовывались пузырьки, и их можно было довольно легко протолкнуть вдоль него. Следующая проблема заключалась в том, чтобы заставить их перемещаться в нужное место, где их можно было бы прочитать обратно: твистор был проводом, и было только одно место, куда можно было бы пойти, но в 2D-листе все было бы не так просто. В отличие от первоначальных экспериментов, гранат не заставлял пузырьки двигаться только в одном направлении, но его свойства пузырьков были слишком выгодными, чтобы их игнорировать.

Решение заключалось в том, чтобы отпечатать узор из крошечных магнитных полосок на поверхности граната. При приложении небольшого магнитного поля они намагничиваются, и пузырьки «прилипают» к одному концу. При изменении направления поля они будут притягиваться к дальнему концу, двигаясь вниз по поверхности. Другой разворот вытолкнет их с конца бара на следующий бар в линии.

Запоминающее устройство формируется путем выстраивания крошечных электромагнитов на одном конце с детекторами на другом конце. Вписанные пузыри будут медленно сталкиваться друг с другом, образуя лист твисторов, выстроенных в линию друг рядом с другом. Присоединение выхода детектора обратно к электромагнитам превращает лист в серию петель, которые могут хранить информацию столько времени, сколько необходимо.

Пузырьковая память — энергонезависимая память . Даже после отключения питания пузыри остались, как узоры на поверхности дисковода . Более того, устройства пузырьковой памяти не нуждались в движущихся частях: поле, толкающее пузырьки вдоль поверхности, генерировалось электрически, тогда как носители, такие как магнитные ленты 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; пузыри должны были пройти цикл до дальнего конца листа, прежде чем их можно было прочитать.

Коммерциализация

Пузырьковая память от MemTech (покупатель Intel Magnetics).
Пузырьковая память производства СССР.

Вскоре у команды Бобека появилась квадратная память размером 1 см (0,39 дюйма), в которой хранилось 4096 битов, что соответствовало тогдашней стандартной плоскости основной памяти . Это вызвало значительный интерес в отрасли. Мало того, что пузырьковая память могла заменить ядро, казалось, что они также могут заменить ленты и диски. На самом деле казалось, что пузырьковая память вскоре станет единственной формой памяти, используемой в подавляющем большинстве приложений, а высокопроизводительный рынок будет единственным, который они не смогут обслуживать.

Эта технология была включена в экспериментальные устройства Bell Labs в 1974 году. К середине 1970-х годов практически в каждой крупной электронной компании были команды, работающие над пузырьковой памятью. Компания Texas Instruments представила первый коммерческий продукт с пузырьковой памятью в 1977 году. К концу 1970-х на рынке появилось несколько продуктов, и Intel выпустила собственную 1-мегабитную версию 7110. Однако к началу 1980-х технология пузырьковой памяти стала тупик с введением систем жестких дисков , предлагающих более высокую плотность хранения, более высокие скорости доступа и более низкие затраты. В 1981 году крупные компании, работающие над этой технологией, закрыли свои операции с пузырьковой памятью.

Пузырьковая память нашла применение на нишевых рынках в 1980-х годах в системах, которым необходимо было избегать более высоких показателей механических отказов дисководов, а также в системах, работающих в условиях сильной вибрации или суровых условий. Это приложение также устарело с развитием флэш-накопителей , которые также обеспечили преимущества в производительности, плотности и стоимости.

Одним из приложений была система аркадных видеоигр Konami Bubble System , представленная в 1984 году. В ней использовались сменные картриджи пузырьковой памяти на плате на базе 68000 . Системе пузырей требовалось время «прогрева» около 85 секунд (подсказывает таймер на экране при включении) перед загрузкой игры, поскольку пузырьковая память должна быть нагрета примерно до 30–40 °C (от 86 до 40 °C). 104 °F) для правильной работы. Fujitsu использовала пузырьковую память в своем FM-8 в 1981 году, а Sharp использовала ее в своей серии PC 5000 , портативном компьютере, похожем на ноутбук, выпущенном в 1983 году . Опция пузырьковой памяти за 1595 долларов США, которая расширила память их цифрового анализатора сигналов модели 3561A. Корпорация GRiD Systems использовала его в своих ранних ноутбуках. Связь TIE использовала его на ранних этапах разработки цифровых телефонных систем, чтобы снизить их показатели MTBF и создать энергонезависимый центральный процессор телефонной системы. Пузырьковая память также использовалась в системе Quantel Mirage DVM8000/1 VFX.

Другие приложения

В 2007 году исследователи Массачусетского технологического института предложили идею использования микрофлюидных пузырей в качестве логики (а не памяти) . Пузырьковая логика будет использовать нанотехнологии и, как было продемонстрировано, имеет время доступа 7 мс, что быстрее, чем время доступа 10 мс, которое имеют современные жесткие диски, хотя это медленнее, чем время доступа традиционной ОЗУ и традиционных логических схем. делает предложение коммерчески нецелесообразным в настоящее время.

Работа IBM 2008 года над ипподромной памятью , по сути, представляет собой одномерную версию пузыря, имеющую еще более тесную связь с исходной концепцией последовательного твистора.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки