Kernspeicher

Der RAM der ersten Zeit, er behielt seinen Inhalt auch bei abgeschaltenem Rechner. Seinen Namen erhielt der Kernspeicher nach den Magnetkernen, die die Information speichern.

Unterabschnitte

Aufbau

platine.T.jpg Die hier dargestellte Platine hat eine Speicherkapazität von 16x8Kbit und die Abmessungen 24x16cm. Die gesamte Platine trägt also 131072 Kerne, die jeweils einen äußeren Durchmesser von ca. 0,5mm haben. Zum kompletten Kernspeicher gehören drei weitere, gleichgroße Platinen die die dazugehörige Ansteuerelektronik tragen. Die Schaltungen sind aus niedrig integrierten Schaltkreisen aufgebaut, hergestellt wurde dieser Speicher ca. 1973.

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kerne2.T.jpgDetailbild einer Platine mit etwas größeren Kernen (ca. 1,5mm Durchmesser) aus einem Tischrechner HP9100 (1968)

kern.T.jpgEin weiteres Detailbild mit Kernen aus einer IBM1620 (1967)
  Vielen Dank an Herrn Mörsner für dieses Bild!

Funktion

Die Information wird durch die Magnetisierung der Kerne gespeichert. Im folgenden Bild ist die Magnetisierungskurve eines Magnetkerns dargestellt.

\includegraphics{fig/hysterese}

Dabei ist $ H$ die magnetische Feldstärke, die durch das magnetische Feld stromdurchflossener Drähten erzeugt wird. $ B$ ist der sich daraus ergebende magnetische Fluß, welcher charakteristisch für die Magnetisierung des Kerns ist. Der Verlauf der Kurve beschreibt eine typische Hysterese, die bei Materialien für Speicher besonders ausgeprägt ist. Die mit "0" bzw. "1" gekennzeichneten Punkte geben Stellen auf der Kennlinie an, die den "0" bzw. "1"-Speicherzustand entsprechen. Durch ein von aussen an den Kern angelegtes Magnetfeld kann man die Magnetisierung von einem zum anderen Zustand wechseln. Entscheidend ist dabei, daß sich die wirksame Feldstärke durch die Magnetisierung des Kernes und die der stromdurchflossenen Drähte additiv ergibt.

Das äussere Magnetfeld wird durch mehrere Drähte erzeugt, so daß eine Ummagnetisierung des Kerns nur erfolgt, wenn die Summe aus dem Feld des Kerns und dem der Drähte ausreichend groß ist. Damit wird durch ein geeignetes Ansteuern der im folgenden Bild gezeigten Drähte eine Adressierung eines einzelnen Kernes in einer Matrix möglich.

\includegraphics{fig/kern}

Soll z.B. der in der Abbildung gelb gezeichnete Kern auf "1" gesetzt werden, so müssen der Spaltentreiber 3 und der Zeilentreiber 2 einen positiven Strom liefern, alle anderen Zeilentreiber einen negativen und die Spaltentreiber einen positiven Strom. In diesem Fall ist die Summe der Ströme und das Magentfeld nur am gelben Kern positiv, an allen anderen Kernen ist gleich Null, da sich die Magnetfelder gegenseitig auslöschen. Die eigentliche Ummagnetisierung wird dann durch einen Impuls vom Z-Treiber auf der roten Schreibleitung ausgelöst.

Haben Sie es verstanden? Hier ein kleiner Test: Muss der Z-Treiber in der gezeigten Anordnung einen positiven oder negativen Impuls zum Schreiben der "1" liefern? 1

Das Auslesen des Speichers erfolgt über die blaue Leseleitung. In ihr wird beim Ummagnetisieren eines Kernes eine Spannung induziert. Das eigentliche Lesen besteht aus zwei Schritten: Im ersten wird eine "1" in den jeweiligen Kern geschrieben. War der Kern im Zustand "0", wird er ummagnetisiert und ein Impuls in der Leseleitung induziert. War er bereits im Zustand "1", so wird kein Impuls induziert. Da nun aber der Kern auf jeden Fall im Zustand "1" steht, muß im zweiten Schritt der vorherige Zustand wieder hergestellt werden, also die "0" zurückgeschrieben werden.