Оперативная память является одним из ключевых устройств в вычислительной технике. Процессор имеет прямой доступ к оперативной памяти и временно хранит в ней данные и команды. ОЗУ, как правило, обладает много меньшим объемом, чем ПЗУ, но при этом, работает в десятки раз быстрее.

Сейчас, покупая в магазине очередную планку памяти, мы не задумываемся, с чего началась история современных ОЗУ. А история, эта, на мой взгляд, довольно интересна.

Электронные компьютеры, занимавшие по тем временам огромные площади, и потребляющие сотни тысяч ватт энергии, появились во второй половине сороковых годов 20го столетия. Поначалу они использовали так называемые ring counter’ы (это такой круговой сдвиговый регистр), реализованные на электронных лампах – двойных триодах. Это был неэкономичный, громоздкий и медленный тип ОЗУ.

В начале 50х годов ему на замену пришла ОЗУ на магнитных сердечниках, просуществовавшая в активном использовании до середины 70х. Вот, например модуль памяти на 2кБ:

Ничего не понятно?

Ну вот, покрупнее:

(кликабельно)

А вот еще покрупнее:

Выглядит просто адски. Такая память хранит информацию в виде направления намагниченности небольших кольцевидных ферритовых сердечников. Ферритовые кольца расставлялись в прямоугольную матрицу и через каждое кольцо проходило четыре провода для считывания и записи информации. И вот как это делалось: направление намагниченности одного ферритового кольца позволяет хранить один бит информации. Через кольцо проходят четыре провода: два провода возбуждения X и Y и провод запрета S под углом 45° и провод считывания Z под углом 90°. Для считывания значения бита, на провода возбуждения подаётся импульс тока таким образом, что сумма токов через отверстие сердечника приводит к тому, что намагниченность кольца принимает определенное направление независимо от того, какое направление она имело до этого. Значение бита можно определить, измерив ток на проводе считывания: если намагниченность сердечника изменилась, то в проводе считывания возникает индукционный ток.

[ad#intext2]

Забавно то, что считывание разрушает сохранённую информацию. Потому после считывания бита, его необходимо повторно записать.

Для записи, на провода возбуждения подаётся импульс тока в обратном направлении, и намагниченность сердечника меняет направление (относительно того, которое она имеет после считывания). Однако если при этом в другом направлении подаётся ток на провод запрета, то суммы токов через кольцо недостаточно, чтобы изменить намагниченность сердечника, и она остаётся такой же, как после считывания.

Матрица памяти состоит из N² кольцеобразных сердечников нанизанных на пересечения перпендикулярных проводов возбуждения X₁…X_N и Y₁…Y_N. Через все сердечники проплетается один провод считывания и один провод запрета. Таким образом, матрица позволяет считывать или записывать биты только последовательно.

Силу тока в проводах возбуждения и материал сердечника подбирают так, чтобы тока через один провод не хватило бы для изменения намагниченности сердечника. Это необходимо поскольку на один провод возбуждения нанизано несколько десятков сердечников, а менять направление намагниченности нужно только в одном из них.

Нашел вот в нете фотку компа, использовавшего такой вид памяти:

Следует заметить, что по разным причинам, такой вид памяти использовался на космических кораблях (тот-же Шаттл, к примеру) до начала 90х, а даже используется по сей день на старых АЭС. Основная причина – в отличие от полупроводников, магнитные сердечники не боятся радиации и электро-магнитных импульсов (ну да, тех самых, что возникают при ядерном взрыве).

Память на ферритовых сердечниках по английски называется megnetic core memory. Таким образом в компьютерном термине core dump остались следы эпохи повсеместного распространения ферритовой памяти. Для справки: core dump это файл в современных Unix и Linux системах, в который операционная система сохраняет содержимое рабочей памяти какого либо процесса.

В 1968 году маленькая группа специалистов, отколовшаяся от Motorola, создала компанию Intel. В 1969 году новоиспеченная компания выпустила высокоскоростной 64-битный полупроводниковый чип ОЗУ, модель 3101.

Полупроводники на тот момент уже не являлись чем-то новым, но Intel использовала диод Шоттки и биполярные технологии в своем чипе, что позволило резко поднять скорость работы памяти.

Позднее в том-де 1969, Intel представила 256-битный чип памяти, модель 1101 – первый в мире чип памяти МОП (англ. MOS-  Metal Oxide Semiconductor).

Несмотря на то, что 1101 был сложным чипом, имел малый объем памяти и потому не мог эффективно конкурировать с памятью на ферритовых сердечниках, его МОП основа нашла применение в сдвиговых регистрах.

С 1970 по 1971 Intel активно работала над чипами 1102 и 1103 – две чипа с 1Кб динамической ОЗУ, использующей 3 транзистора на одну ячейку памяти. 1102 так и не вышел на рынок. Зато представление 1103 широкой публике было поворотным моментом в истории ОЗУ: наконец большой объем данных мог быть эффективно сохранен на одном чипе. 1103 стал стремительно замещать старые модули памяти на ферритовых сердечниках и вскоре стал стандартом.

Конечно, по сегодняшним стандартам 1103 очень примитивный чип. Он медленный, сложный в производстве и эксплуатации. Но он доказал, что полупроводниковая память не только жизнеспособна, но и намного более эффективна предшественников.

Далее ОЗУ продолжала развиваться на полупроводниковых технологиях, постоянно удваивая скорость и объем, и так до наших дней. Первая эра ОЗУ длилась около 10 лет, вторая около 20. Сейчас мы уже перешли 30 летний рубеж использования полупроводников. Интересно, что дальше….?

ЗЫ: кстати, сейчас древние чипы Intel стали предметами коллекционирования. Я видел недавно на eBay продались 3 чипа 1103 за 115 долларов US of A….