Bertil Palmgren

- Teknisk utveckling
- Kärnminnen
- Minnesbandbredd
- Utveckling av minnen till 2002
- Skivminnen, diskminnen eller hårddiskminnen
 

I nedanstående text skall um, uS, uF läsas mikrometer, mikrosekund resp mikrofarad.

 

Teknisk utveckling.

Germanium en ytterst sällsynt halvmetall, basmaterial för transistorer, byttes ut mot kisel, ett  dominerande grundämne i jordskorpan. Transistorer blev snabbare. I 60-talets början var transistorns switchtider mindre än 0,5 us sällsynt. Under en 10 års period minskade switchtiden ned till 1 ns, en förbättring på 500 gånger. Kiseltransistorer har bättre egenskaper än germanium do.  Transistorer av NPN-typ är snabbare än de av PNP-typ. Gunnar Markesjö ( eller var det Ragnar Forshuvud som ?) skrev en bok med titeln ” Det är hål i transistorn”. Boken förklarade skillnaden i snabbhet beror på skillnad av elektroners och håls rörlighet i halvledarmaterial. Elektronerna raskar på i ledningsbandet, medan hålen traskar på  i valensbandet. Elektronerna rör sig dubbelt så snabbt som hålen. Ett hål uppstår när en elektron hoppar från valensbandet till ledningsbandet. Men elektronerna kan också ramla ner från ledningsbandet till ett hål i valensbandet. Effekten blir att hålen flyttar sig igenom kristallstrukturen. Det finns hål i transistorn och svarta hål i rymden. Mikrokosmos hål är mycket lätta medan makrokosmos hål är mycket tunga. 

Spetsdioder (metallspets mot en halvledare ) ersattes med PN junction-dioder, som är mindre till storlek och har bättre data. Utveckling av motstånd gick från kolmassa till kolfilm till metallfilm.  Toleransgränser  från +/- 5%, 2%, 1%, 0,2 %. Motståndets geometriska dimensioner krympte.

Nya dielektrikum med bättre egenskaper och förbättrade tillverkningsprocesser gjorde att kondensatorer kapacitans värden ökade och dimensionerna krympte.  

För att få optimal magnetisk fluxändring i ferritkärnan och utspänning i lästråden, mättes temperaturen i kärnstacken som reglerade strömmen i X- och Y- trådar. Minnet har en cykeltid som kan uppdelas i tre delar.

Under cykeltidens första del väljs, inhibit-, X- och Y-trådar för läsning av data från vald adress. Ferritkärnor som har både X och Y-ström och icke någon inhibitström får beroende på kärnans magnetiska utgångsläge maximal eller minimal magnetisk fluxändring. Fluxändringen ger upphov till en spänning på lästråden. Spänningen avläses under ett specifikt valt tidsintervall. Spänningens storlek avgör om det är etta eller nolla. Avlästa värden lagras i ett dataregister. Minnes cykelns tredje del är återinskrivning av läst data eller inskrivning av nytt data till minnesadressen. Ett kärnminne med 32 bitars ord med 4 st paritycheck bit och med 8096 ord innehåller 291 096 ferritkärnor. Kärnstacken är minnets dyraste komponent.

Åtkomsttiden (access tid) för data i ångcensors kärnminne var 4 us och cykeltiden 6 us. Mindre ferritkärnor gav åtkomsttider på 0,5 us och cykeltider 0,7 us .

Minnesbandbredd

Cykeltiden 6 us motsvarar en frekvens på 166 kHz. Cykeltid 0,7 us en frekvens på 1,42 MHz.  Minnesbandbredden är antalet lästa bit per sekund. I Censor-fallet blir 1,42 MHz gånger 40 bit en minnesbandbredd på 57 Mbit/sekund.  

Utveckling av minnen till år 2002.

Kärnminnen ersatts med halvledarminnen. De började med ROM = Read Only Memory, följd av RAM= Random Access Memory. PROM= Programmable ROM. Serial Memory.

RAM fanns med 32 ord om 1 bit, där varje databit lagrades i en Flip-Flop. Större minnen gjordes med samma princip. Serieminnen är en kedja av seriekopplade Flip-Flop. Serieminnen började med minnesstorleken 128 bit, som snart ökades till 1024 bit och ännu större.

I dagens RAM är en databit, laddningen i en mycket liten kapacitans. En ”etta” är i runda tal omkring 500 000 st. elektroner.  Cykelfrekvens 800 MHz och ord på 2 Byte eller 16 bit. Minnesbandbredden ( numera databandbredden ) blir 12800 Mbit/sekund eller ungefär 225 gånger större än Censorns minnesbandbredd med minnescykeltid på 0,7 us.

Skivminnen, diskminnen eller hårddiskminnen 

Censorns första skivminne, tillverkad av Burroughs, var på 2 MByte, accesstid 17 ms.  Om jag ej minns galet utnyttjades i minnet den så kallade Bernoulli-principen. Disken var flexibel. Centrifugalkraften stabiliserade disken. Längs diskens yta flöt en luftström. Minnets läs och skrivhuvudets utformning och luftströmmen gjorde att huvudet låg några mikrometer över ytan. Disken, mekanik för läs och skrivhuvud var förpackad i ett damm- och lufttät hölje.

Nästa minnesinnovation var flexibel disk. Läs och skrivhuvuden låg i kontakt diskens yta. Det magnetiska ytskiktet skyddades av ett tunt plastskikt som minskade friktionen mot läs och skrivhuvud.

Bättre mekanisk precision, planare diskar, förbättrade egenskaper på magnetisk beläggning, ändrade metoder för skriv- och läsning på magnetskiktet,  mindre och lättare läs- och skrivhuvuden flygande på luftkudde, 1 -2 um över magnetiskt skikt, har ökat bit- och spår täthet på hårddiskar.  Persondatorers hårddiskar har i dag lagringskapacitet på 60 000 MByte och accesstid på 11 ms.  

Fortsättning följer med avsnitt 5 (av 10) : ÅTER TILL SKARVEN 1960-1970-TALET:
- Nytt skåp ISEP-standard.
- Likspänningsförsörjning med kopparskenor.
- Ny bussledning.
- ELCO-don.
- Felsökning med massageapparat.
...om du klickar här.

/Bertil Palmgren
2002-12-12

Vill du kommentera texten?
Skicka ett mail till Bertil eller Web-ansvarig.