Твистор жады: 1957-де Bell Labs ұсынған, магниттік ленталы компьютер жадының ерте түрі. Төмен құн, автоматтандырылған өндіріс, 1ESS коммутаторында қолданылды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Компьютерлік жадтың алғашқы түрі
Early type of computer memory
Твистор жады – ток өткізгіш сымға магниттік лентаны орау арқылы құрылатын компьютерлік жад түрі. Жұмыс істеу принципі бойынша твистор ядролық жадқа өте ұқсас болды. Твисторды ROM жадындарын, соның ішінде қайта бағдарламаланатын "пиггибек" твистор сияқты түрлерін жасау үшін де пайдалануға болады. Екі түр де автоматтандырылған процестер арқылы өндірілуге қабілетті болды, бұл ядролық жад негізіндегі жүйелерге қарағанда өндіріс шығындарын едәуір төмендетуге мүмкіндік береді деп күтілді. 1957 жылы Bell Labs компаниясы ұсынған, алғашқы коммерциялық қолданысы 1965 жылы пайдалануға берілген 1ESS коммутаторларында болды. Твистор 1960 жылдардың соңы мен 1970 жылдардың басында, жартылай өткізгіш жад құрылғылары дерлік барлық бұрынғы жад жүйелерін ығыстырған кезде қысқа ғана уақыт қолданылды. Твистордың негізгі идеялары көпіршік жадты дамытуға әкелді, бірақ оның да коммерциялық өмірі ұзақ болмады.
Twistor memory is a form of computer memory formed by wrapping magnetic tape around a current carrying wire. Operationally, twistor was very similar to core memory. Twistor could also be used to make ROM memories, including a re programmable form known as piggyback twistor. Both forms were able to be manufactured using automated processes, which was expected to lead to much lower production costs than core based systems. Introduced by Bell Labs in 1957, the first commercial use was in their 1ESS switch which went into operation in 1965. Twistor was used only briefly in the late 1960s and early 1970s, when semiconductor memory devices replaced almost all earlier memory systems. The basic ideas behind twistor also led to the development of bubble memory, although this had a similarly short commercial lifespan.
Құрылыс
Жадының негізгі бөлігінде кішкентай сақина тәрізді магниттер – өзектер – екі қиылысқан X және Y сымдарымен тізіледі, бұл жазық деп аталатын матрицаны құрайды. Бір X және бір Y сымы қуаттандырылғанда, сымдарға 45 градус бұрышпен магниттік өріс туындайды. Өзек магниттері сымдарға 45 градус бұрышта орналасқандықтан, қуаттандырылған X және Y сымдарының қиылысу нүктесінің үстінен оралған бір өзекке индукцияланған өріс әсер етеді. Өзек магниттері үшін таңдалған материалдар өте "квадратты" магниттік гистерезис сипаттамасына ие болу үшін арнайы таңдалды. Бұл, белгілі бір шектен төменгі өрістер ешқандай әсер етпейді, ал осы шектен жоғары өрістер өзекке әсер етеді, оның магниттелу күйін күрт өзгертеді дегенді білдіреді. Квадратты сипаттама мен күрт ауысу жағдайлары тор ішінде бір өзекке нақты жолмен қол жеткізуді қамтамасыз етеді; жақын орналасқан өзектер сәл өзгеше өріс көреді және әсер етпейді.
In core memory, small ring shaped magnets the cores are threaded by two crossed wires, X and Y, to make a matrix known as a plane. When one X and one Y wire are powered, a magnetic field is generated at a 45 degree angle to the wires. The core magnets sit on the wires at a 45 degree angle, so the single core wrapped around the crossing point of the powered X and Y wires will be affected by the induced field. The materials used for the core magnets were specially chosen to have a very "square" magnetic hysteresis pattern. This meant that fields just below a certain threshold will do nothing, but those just above this threshold will cause the core to be affected by that magnetic field; it will abruptly flip its magnetization state. The square pattern and sharp flipping states ensures that a single core can be addressed within a grid; nearby cores will see a slightly different field, and not be affected.
Деректерді алу
Негізгі жадтың негізгі операциясы – жазу. Бұл, таңдалған X және Y сымдарына ток деңгейі берілгенде, өзінен-өзі 1/2 критикалық магнит өрісін тудырады. Бұл, қиылыс нүктесіндегі өрістің, ядроның қанығу нүктесінен артық болуына алып келеді, сонан соң ядро сыртқы өрісті қабылдайды. Бірліктер мен нөлдер өрістің бағытымен көрсетіледі, оны екі сымның біреуіндегі ток ағынының бағытын өзгерту арқылы орнатуға болады. Негізгі жадта, битті жазу немесе оқу үшін сезімталдық/тежеу сызығының үшінші сымы қажет. Оқу, жазу процесін пайдаланады; X және Y сызықтары, таңдалған ядроға "0" жазу үшін қолданылатындай қуаттандырылады. Егер сол кезде ядрода "1" болса, онда магниттік күй "0" -ге ауысады және бұл ауысу сезімталдық/тежеу сызығында қысқа электр импульсын тудырады. Егер импульс байқалмаса, онда ауысу болған жоқ, демек ядрода "0" сақталған. Бұл процесс жойғыш; егер ядрода "1" болса, онда бұл үлгі оқу кезінде жойылады және келесі операцияда қайта орнату қажет. Сезімталдық/тежеу сызығы, белгілі бір жазықтықтағы барлық ядролармен ортақ пайдаланылады, яғни бір уақытта тек бір битті оқуға (немесе жазуға) болады. Негізгі жазықтықтар әдетте, әр жазықтықта бір сөзді сақтау үшін жинақталады, ал бір сөзді бір операцияда, барлық жазықтықтарды бірдей қосу арқылы оқуға немесе жазуға болады. Оқу мен жазу арасында деректер магниттік түрде сақталады. Бұл, ядролық жадтың ұшпайтын жад екенін білдіреді.
The basic operation in a core memory is writing. This is accomplished by powering a selected X and Y wire both to the current level that will, by itself, create ½ the critical magnetic field. This will cause the field at the crossing point to be greater than the core's saturation point, and the core will pick up the external field. Ones and zeros are represented by the direction of the field, which can be set simply by changing the direction of the current flow in one of the two wires. In core memory, a third wire the sense/inhibit line is needed to write or read a bit. Reading uses the process of writing; the X and Y lines are powered in the same fashion that they would be to write a "0" to the selected core. If that core held a "1" at that time, then the magnetic state flips to a "0" and the transition causes a short pulse of electricity to be induced into the sense/inhibit line. If no pulse is seen, then no flip occurred, thus the core already held a "0". This process is destructive; if the core did hold a "1", that pattern is destroyed during the read, and has to be re set in a subsequent operation. The sense/inhibit line is shared by all of the cores in a particular plane, meaning that only one bit can be read (or written) at once. Core planes were typically stacked in order to store one bit of a word per plane, and a word could be read or written in a single operation by working all of the planes at once. Between reads or writes the data was stored magnetically. This means that core is a non volatile memory.
Өңдеу
Өндірістік өзек маңызды мәселе болды. X және Y сымдарын өзектер арқылы тоқу өрнегімен өткізу қажет еді, ал сезімталдық/тежеу сызығы жазықтықтағы әрбір өзектен өтетін. Көптеген күш-жігерге қарамастан, 1970 жылдарға дейін өзек өндірісін автоматтандыруға ешкім қол жеткізе алмады, ол қолмен жасалатын жұмыс болып қалды. Жад тығыздығын арттыру үшін кішірек өзектерді пайдалану қажет болды, бұл оларды сымдарға қосуды әлдеқайда қиындатты.
Manufacturing core was a major issue. The X and Y wires had to be threaded through the cores in a weave pattern, and the sense/inhibit line passed through every core in a plane. In spite of considerable effort, no one successfully automated the production of core, which remained a manual task into the 1970s. To increase memory density one had to use smaller cores, which greatly increased the difficulty of wiring them onto the lines.
Твистор
Твистордың алғашқы нұсқасы концентрлі соленоидтар тізбегі арқылы өткезілген бұралған ферромагниттік сымнан тұрды. Ұзын соленоид – SENSE орам, қысқасы – WRITE орам. Бір бит WRITE орамын + (1) немесе – (0) тогымен импульстік қосып, орам астындағы спиральдік аймақты екі бағыттың біріне қарай магниттеу арқылы жазылды. Созылған сымның бір жағында READ соленоиды орналасқан, импульс берілгенде ол сым арқылы дыбыстық толқын жіберді. Дыбыстық импульс әрбір SENSE орамының астынан өткенде, сымның магниттелу бағытына байланысты + немесе – электр импульсын тудырды. Осылайша, әр импульспен «байт» тізбектей оқылатын болды. Твистор тұжырымдамасы бойынша өзектік жадқа ұқсас болды, бірақ үлгілерді сақтау үшін дөңгелек магниттердің орнына магниттік лента қолданылды. Лента X сызығына баламасы болатын сымдардың жиынтығына оралды, бұл 45 градус бұрышпен спираль құрады. Y сымдары бірнеше твистор сымдарын орап тұрған соленоидтармен алмастырылды. Нақты бір битті таңдау өзектік жадтағыдай болды, бір X және Y сызығы қосылып, 45 градус бұрышта өріс тудырды. Магниттік лента тек лентаның ұзындығы бойымен магниттелуге мүмкіндік беру үшін арнайы таңдалды, сондықтан твистордың бір ғана нүктесі магниттелуге қажетті дұрыс бағыттағы өріске ие болды. Твистордың бастапқы жүйесі 3 милдік мыс сымға оралған пермаллой лентасын пайдаланды. Сымның кез келген ұзындығы үшін лента тек алғашқы жартысына ғана оралды. Содан кейін мыс сым лента аяқталған жерде бүгіліп, лентамен бірге кері жүріп, кері өткізгішті құрады. Бұл барлық қосылыстар бір жағында болды дегенді білдіреді. Бірнеше твистор желілері қатарластырылып, содан кейін ПЭТ пленкасына ламинатталды, твисторлар мен олардың кері сымдары шамамен 1/10 дюйм арақашықтықта болды. Типик лентада бес твистор сымы мен олардың кері сымдары болуы мүмкін, сондықтан лентаның ені бір дюймнан астам болды. Соленоид да осылай құрастырылды, ол 0,15 дюйм енділігіндегі мыс ленталардан тұрды, олар пластикалық лентаға ламинатталды, негізгі өлшемдері твистормен бірдей болды. Әдеттегі соленоидтан, ашық өзегіне көп орамдармен оралған сымдардан айырмасы, бұл жүйеде пластикалық табақтағы қарапайым сымдар ғана болды. Толық жад жүйесін құру үшін соленоидтың бір жапырағы X бағыты бойынша жазық орналастырылды, содан кейін твистордың бір жапырағы Y осі бойында оған тік бұрышта орналастырылды. Соленоид лентасы содан кейін твистор жапырағын орап, U пішіндес соленоидтар тізбегін құрады. Соленоид лентасының тағы бір қабаты бірінші қабатқа қойылды, твистор лентасы бүгіліп, енді жаңа соленоид лентасының үстінен теріс Y осі бойымен жүреді, содан кейін соленоид лентасы екінші циклдерді құру үшін бүгіледі. Бұл процесс твистор жолағы «толыққанша қолданылғанша» жалғасты, жадтың ықшам текшесін құрайды. Жадтың бір жағында, соленоид циклдерінің әрқайсысына қосылған, тек коммутация үшін пайдаланылатын шағын өзектің тізбегі болды (олардың бастапқы мақсаты, жад ретінде дамуы кейінірек болды). Беллдің твисторды әзірлеуінің басты себебі – бұл процесті жоғары деңгейде автоматтандыруға болатындығы еді. Твисторды бүктеу процесі қолмен орындалса да, жапырақтарды жаю және ламинациялау машинамен оңай орындалды. Твистордың жақсартылған нұсқалары сонымен қатар бастапқыда тек кері жол үшін пайдаланылған жалаңаш мыс бөлігін орады, өндіріс техникасын өзгертпей тығыздықты екі есеге арттырды.
An early iteration of the Twistor comprised a twisted ferromagnetic wire threaded through a series of concentric solenoids. The longer solenoid is the SENSE coil, the shorter one the WRITE coil. A single bit was written by pulsing the WRITE coil with a + (1) or (0) current sufficient to magnetize the helical area beneath the coil in one of two directions. At one end of the stretched wire was the READ solenoid when pulsed it sent an acoustic wave through the wire. As the acoustic pulse passed under each SENSE coil it induced a small electrical pulse, either + or depending on the direction of magnetization of the region of the wire. Thus with each pulse a "byte" could be read out serially. Twistor was similar in concept to core memory, but replaced the circular magnets with magnetic tape to store the patterns. The tape was wrapped around one set of the wires, the equivalent of the X line, in such a way that it formed a 45 degree helix. The Y wires were replaced by solenoids wrapping a number of twistor wires. Selection of a particular bit was the same as in core, with one X and Y line being powered, generating a field at 45 degrees. The magnetic tape was specifically selected to only allow magnetization along the length of the tape, so only a single point of the twistor would have the right direction of field to become magnetized. The original twistor system used permalloy tape wrapped around a 3 mil copper wire. For any given length of wire, the tape was wound up over only the first half. The copper wire was then bent at the point where the tape ended, and ran back alongside the portion with the tape, forming a return conductor. This meant all the connections were at one end. Several such twistor lines were laid side by side and then laminated into a PET film plastic sheet, with the twistors and their return wires about 1/10th of an inch apart. A typical tape might have five twistor wires and their returns, so the sheet was just over an inch wide. The solenoid was similarly constructed, consisting of a number of 0.15 inch wide copper tapes laminated into a plastic tape of the same basic dimensions as the twistor. Unlike a traditional solenoid with many turns of wire around an open core, this system was essentially nothing more than single wires in a sheet of plastic. To build the complete memory system, a sheet of the solenoid was laid out flat, say along the X direction, and then a sheet of the twistor was laid on top at right angles to it along the Y axis. The solenoid tape was then folded over, so that it wrapped the twistor sheet, producing a series of U shaped solenoids. Now another layer of the solenoid tape is laid over the first, the twistor tape folded over so it now runs along the negative Y axis across the top of the new solenoid tape, and then the solenoid tape is folded over to form a second set of loops. This process continues until the twistor strip is "used up", forming a compact cube of memory. Along one side of the memory, connected to each of the solenoid loops, was a series of small cores used solely for switching (their original purpose, development as a memory came later). The main reason for Bell's development of twistor is that the process could be highly automated. Although the folding process that completed the twistor might be carried out by hand, the layup and laminating of the sheets was easily handled by machine. Improved versions of twistor also wrapped the section of bare copper initially used solely for the return path, thereby doubling density without any changes to the production techniques.
Операция
Твисторға жазу ядромен бірдей болды: қажетті қуаттың жартысына твистор сымының бірі мен соленоидтық контурдың бірін қосу арқылы нақты бір бит таңдалынды, нәтижесінде қажетті өріс күші тек олардың қиылысында ғана пайда болды. Оқу процесі басқаша болды. Ядродан өзгеше, твисторда сезімталдық/тежеулі желі болмады. Оның орнына, соленоидтағы ток күші осы контурдағы барлық биттерді аударуға жеткілікті деңгейде болды, ал твистор сымдары оқу желісі ретінде қолданылды. Осылайша, твистор бір жазықтық бойынша оқылып, жазылатын, ал ядрода бір жазықтықта бір уақытта тек бір ғана бит қолданылатын.
Writing to twistor was effectively identical to core; a particular bit was selected by powering one of the twistor wires and one of the solenoid loops to one half of the required power, such that the required field strength was created only at the intersection of the two. Reading used a different process. Unlike core, twistor did not have a sense/inhibit line. Instead, it used a larger current in the solenoid, large enough to flip all of the bits in that loop, and then used the twistor wires as the read line. Twistor was thus read and written one plane at a time, rather than in core, where only one bit per plane could be used at once.
Тұрақты магнит тоисторы
Твисторды оңай қайта бағдарламаланатын ROM жасау үшін модификациялауға болады. Мұны істеу үшін әрбір электромагниттік контурдың жартысы кішкентай викаллий бар магниттері орнатылған алюминий картамен ауыстырылды. Соленоидтардың ток өтуі үшін толық тізбек болуы қажет болғандықтан, олар бұрынғыдай бүктелген қабаттар түрінде салынды, бірақ бұл жолы контур твистордың бүктемелерінің арасына, олардың айналасына емес, енгізілді. Бұл бір қабатқа твистордың жоғары және төменгі екі бүктемесі үшін соленоид контурының жартысы ретінде әрекет етуге мүмкіндік берді. Контурды толықтыру үшін магниттер картасы твистор таспасының екінші жағына орналастырылды. Оқу операциясы соленоидты жазу үшін қажетті қуаттың шамамен жартысына дейін қуаттандыру арқылы жүзеге асырылды. Бұл өріс алюминий қабаттан "шағылысып", контурды магниттік тұрғыдан жапты. Нәтижесіндегі өріс жазу күшінен жоғары болды, бұл пермаллойдың күйін өзгертуге себеп болды. Егер бит картадағы магниттелмеген бар магниттің қасында болса, өріс қарсылық көрсетпеді және күй өзгерісі твистор сымында ток импульсын тудырып, "1" деп оқылды. Алайда, сол биттегі барды магниттеу арқылы, бар магниті соленоид тогының тудырған өрісіне қарсылық көрсетіп, оның жазу күшінен төмендеуіне және күй өзгерісіне жол бермеді. Бұл "0" деп оқылды. Тұрақты магниттік твистор (PMT) пластиналарды алып тастау және оларды арнайы жазу құрылғысына орналастыру арқылы қайта бағдарламаланды. Викаллий қолданылу себебі – оны пермаллой таспасына қарағанда қайта магниттеу үшін әлдеқайда көп қуат қажет етті, сондықтан жүйе жад жүйесінде қолданылған кезде тұрақты магниттерді қайта орнату қаупі болмады. Жазу жүйесі осы кедергіні жеңуге жеткілікті үлкен токтарды пайдаланды. 1ESS жүйесінде қолданылған PMT модульдері 128 картадан тұрды, әрқайсысында 2818 магнит болды (64 44 биттік сөз үшін). Бұл 8192 сөзден (8 килобайт) тұратын модульді құрады. Толық сақтау үшін 16 модуль қолданылды, барлығы 131 072 сөз (128 килобайт), бұл 720 896 8 биттік байтқа (704 килобайт) тең.
Twistor could be modified to produce a ROM that could be easily re programmed. To do this, one half of each solenoid loop was replaced with an aluminum card into which tiny vicalloy bar magnets were embedded. As the solenoids have to be complete circuits in order for current to flow through them, they were still inserted as folded sheets, but in this case the loop was inserted between the folds of twistor instead of around them. This allowed the single sheet to act as one half of a solenoid loop for two folds of the twistor, above and below. To complete the loop, the card of magnets was placed on the other side of the twistor tape. Reads were performed by powering the solenoid to a point about half of that needed to produce a write. This field was "reflected" by the aluminum sheet, closing the loop, magnetically. The resulting field was greater than the write strength, causing the permalloy state to flip. If the bit was beside an unmagnetized bar magnet in the card, the field was not opposed and the flip caused a current pulse in the twistor wire, reading a "1". However, by magnetizing the bar at that bit, the bar magnet opposed the field being created by the solenoid current, causing it to be below the write strength, and preventing the flip. This read a "0". The permanent magnet twistor (PMT) was re programmed by removing the plates and placing them over a custom writer. Vicalloy was used because it required much more power to re magnetize than the permalloy tape, so that the system would never come close to re setting the permanent magnets while in use in the memory system. The writer system used much larger currents that overcame this resistance. The PMT that was used in the 1ESS system used modules with 128 cards with 2818 magnets (for 64 44 bit words) on each. This produced a module with 8192 words (8 kibiwords). The complete store used 16 modules for a total of 131,072 words (128 kibiwords), equivalent to 720,896 8 bit bytes (704 KiB).
Қалтаға қосылған тостор
Твисторлы ЖЖҚ-ның тағы бір түрі тұрақты магнит карталарын "пиггибэк" конфигурациясында, твистор желілерінде біріншіге оралған екінші магнит таспасымен алмастырды. Бұл таспа пермаллойдың орнына кобалоймен жабылған, ол магниттік жағынан әлдеқайда "қаттырақ", оны бұру үшін екі есе күшті өріс қажет болды. Жүйені одан да қатты ету үшін кобалой таспасы пермаллойдан екі жарым есе қалың болды, сондықтан нәтижедегі өріс күші бес есе артты. Кобалой таспасының күйін өзгерту үшін қажетті сыртқы ток, қалыпты жұмыс тогынан шамамен 15 есе көп болды. "Пиггибэк" конфигурациясында оқу операциялары тұрақты магнитты нұсқасымен бірдей болды. Жазу операциялары сәл күрделірек болды, себебі барлық твисторларда X сымының бойында магниттік таспа орналасқан. Бұл, кез келген соленоидтың жазылып жатқан битті де, қайтару сымының бөлігіндегі битті де орайтынын білдірді. Бір бітті ғана өзгерту үшін, соленоид алдымен бір бағытта, содан кейін екінші бағытта қуаттандырылды, ал твистор желісіндегі ток тұрақты қалды. Бұл өз кезегінде екі магнит өрісін жасады, біреуі сымның бірінші бөлігіне, екіншісі екінші бөлігіне бағытталды. Барлық оқу және жазу операциялары осылай, жұпталған биттерде орындалды.
Another form of twistor ROM replaced the permanent magnet cards with a second magnetic tape wrapped around the first on the twistor lines, in a "piggyback" configuration. This tape was coated with coballoy instead of permalloy, which is much "harder" magnetically, requiring about twice the field in order to flip. To make the system even harder, the coballoy tape was about two and a half times thicker than the permalloy one, so the resulting field strength was five times. The external current required to flip the state of the coballoy tape was about 15 times that of the normal operational current. Read operations in the piggyback are identical to the permanent magnet version. Writes were slightly more complex, due to the fact that piggyback twistors all featured the magnetic tape along the entire length of the X wire. This meant that any one solenoid was wrapping both the bit that is being written as well as the one on the section of return wire. To set the one both and not the other, the solenoid was first powered in one direction and then the other, while the current in the twistor line remained constant. This created two magnetic fields in turn, one aligned with the first section of wire and then the second. All reads and writes were carried out on paired bits in this fashion.
Қолданбалар
Твистор бірнеше қолданбаларда пайдаланылды. Даму қаржыландыруының көп бөлігін АҚШ Әуе күштері берді, себебі твистор LIM 49 Nike Zeus жобасында негізгі жад ретінде қолданылатын болды. Америка Құрама Штаттарында Bell System (American Telephone & Telegraph) компаниясы да өздерінің алғашқы электрондық телефондық коммутациялық жүйесінде, 1ESS және ESS сериясының басқа да коммутаторларында "Программалық сақтау" немесе негізгі жад ретінде тұрақты магниттері бар твисторларды қолданды, және бұл 1976 жылы енгізілген 4ESS коммутаторына дейін, содан кейін 1980 жылдарға дейін жалғасты. Сонымен қатар, твистор Traffic Service Position System (TSPS) жүйесінде де қолданылды, бұл Bell компаниясының сымды телефон станцияларының ізбасары болып табылады және жергілікті және халықаралық қоңырауларды басқару және монета жинауды қамтамасыз ететін еді. 2017 жылға қарай АҚШ-тың ауылдық аймақтарында телефон қызметін ұсыну үшін пайдаланылған барлық TSPS және ESS орналымдары алынып тасталды. Кейбір жүйелер Мексика мен Колумбияда қолданылуда, онда көптеген АҚШ жүйелері сатылып, АҚШ-та қызметтен алынғаннан кейін қайта орнатылды.
Twistor was used in a number of applications. Much of the development funding was supplied by the US Air Force, as twistor was to be used as the main memory in the LIM 49 Nike Zeus project. In the United States the Bell System (American Telephone & Telegraph) also used twistors with permanent magnets as the "Program Store" or main memory in their first electronic telephone switching system, the 1ESS as well as others in the ESS series of electronic telephone switches, and did so up to the 4ESS switch introduced in 1976 and sold into the 1980s. In addition, twistor was used in the Traffic Service Position System (TSPS), Bell's successor to cord telephone switchboards which controlled call handling and coin collection for local and international calls. By 2017 all remaining TSPS and ESS installations used to provide telephone service in rural areas of the United States had been removed. Some systems may remain in use Mexico and Colombia, where many U. S. systems were sold and re installed after being removed from service in the United States.