Ulvenstein minns gamla minnen - och nya

Minnen från förr och nu

Den här artikeln kommer att ge en översiktlig bild av hur minnesarkitekturen på en modern PC ser ut, hur den historiskt sett har sett ut och lite om vad som händer när data hämtas från RAM.

Innan vi börjar tala om hur vårt moderna minne ser ut, kan vi titta lite på hur minne såg ut förr i tiden.

En av de allra första minnesteknologierna var hålkorten och hålremsorna. De började användas före 1800-talets mitt, av mekaniska räknemaskiner och telegrafer. Hastigheten var några få byte per sekund och söktiderna fasansfulla. Vi talar ju inte om en konstant söktid utan om tiden det tar operatören att rota fram rätt kort eller hitta rätt ställe på hålremsan. Hålkorten kom i otaliga format, men ett av de vanligaste var IBMs 8x80 bitars kort på 187x82 mm. Undertecknad har själv använt sådana under sin värnplikt, och de finns garanterat fortfarande i bruk. Det bör dock påpekas att hålkorten inte kan jämföras med dagens primärminne, utan mer kan sägas utgöra en historisk startpunkt för maskinell datalagring.

Det första minnet som liknar det vi använder idag var Williamsminnet, utvecklat av Frederick Williams 1949. Det bestod av Katodstrålerör, alltså bildrör, som lagrade information genom att belysa adresserbara punkter på ett metallraster. Själva minneseffekten uppnåddes genom att fosforescensen fick punkterna att lysa långt efter att de träffats av elektronstrålen. Punkterna lästes och återskrevs kontinuerligt för att behålla data. För att skriva eller läsa fick man vänta tills strålen nått den aktuella punkten. Ett typiskt bildrör lagrade 512 bitar, 64 byte och förbrukare tiotals watt. Katodstrålerören var vare sig billiga eller praktiska, och under 50-talets första hälft kom de att ersättas av ferritkärnminnena.

Dessa utgjordes av en väv av ledningstrådar. Magnetiska ringar, i början ett par millimeter i diameter, vävdes i korsningar mellan trådar. 0 och 1 representerades av olika orienteringar av ringarna. För att ändra tillstånd hos en ring krävdes att ström flöt genom båda trådarna som passerade ringen. Läsning gick till så att man skrev till minnet, och samtidigt läste av en sensortråd för att se om någon ring bytt polaritet. Ordlängden varierade mycket, 32-72 bitar var vanligast. Varje bit i ett ord lagrades på en separat väv, och antalet bitar i varje väv motsvarade antalet hela ord i minnet. Tillverkningen utfördes i början ofta av kvinnor med kunskap i sömnad, såsom var fallet när den svenska superdatorn BESK, en gång Världens kraftfullaste dator, uppgraderades.

Ferritkärnminnen utvecklades mycket fort trots att de länge kom att tillverkas för hand, och runt mitten av 1970-talet hade accesstiderna i komersiella system nått 500 ns. Redan 1967 skrev dock en artikel av IBM-forskare om minnen med accesstider ner emot 67 ns, något som kom att dröja över 20 år och först skulle realiseras med kiselminnen. Minnena var mycket energikrävande och temperaturkänsliga, vilket ledde till en uppsjö av olika lösningar. DEC kylde sina PDP-datorer med luft medan IBM 1620 istället värmdes med luft till en ideal arbetstemperatur på 41°C. Man gick till och med så långt att minne sänktes ned i varm olja för att hålla sig vid rätt temperatur.

Halvledarminnet introducerades i början av 1970-talet, men det skulle dröja ända till 80-talet innan dominansen blev total inom de flesta områden, efterhand som priserna föll och prestanda ökade. Vid den här tiden rörde det sig dock inte om halvmeterstora kulramar nedsänkta i varm olja, utan om pålödda kapslar, några centimeter i fyrkant, som löddes på kretskort. Även om det inte har tillverkats på lång tid används det fortfarande i flera sammanhang, bland annat delar av de amerikanska rymdfärjornas datorsystem. Att kärnminnet dröjt sig kvar här beror till stor del på två fördelar som halvledarminnet i enklare former saknar. Den ena är lagringsbeständighetet, informationen bevaras även utan strömförsörjning. Detta går till viss kostnad att lösa även med halvledarminne, men det kom att dröja länge innan det skulle löna sig. Ett svårare problem är strålningen i rymden, som ställer stora krav på halvledarkomponenter. Det är fullständigt okänsligt för partikelstrålning och har först på senare tid börjat få stå tilbaka för strålningståliga halvledare. Informationsbeständigheten utnyttjades vid flera tillfällen, t ex då den svarta lådan ombord på flygplan och rymdfärjor inte har sparat den allra senaste informationen eftersom bandspelaren var för långsam. Kärnminnet innehöll då fortfarande den sista informationen. En oönskad bieffekt av detta är dock att en skadad apparat med kärnminne kan innehålla hemlig information, precis som en hårddisk.

Från kärnminnet har vi också behållit många uttryck och konstruktioner som är lätta att glömma bort. Rad- och kolonnadressering har inte förändrats speciellt mycket på 50 år, undantaget RAMBUS, och utryck som att "dumpa kärnan", ja till och med hela begreppet "kärna" i ett operativsystem syftar just på kärnminnet. På den tiden avsåg uttrycket den den av operativsystemet som alltid låg laddat i kärnminnet.

55

Återförsäljare: Inga fler NES Classic Edition

Det är full fart i svängarna runt NES Classic Edition. Nu meddelar återförsäljare att produktionen upphör – tvärt emot Nintendos officiella information. Läs mer

46

Test: Intel Core i3-7350K och Pentium G4560

SweClockers testlabb får besök av fler Kaby Lake-processorer i form av den första upplåsta Core i3-modellen samt budgetorienterade, och numera Hyperthreading-bestyckade, Pentium G4560. Läs mer

102

AMD Ryzen 7 1700X med åtta kärnor prestandatestas

Ny information om AMD Ryzen fortsätter dyka upp på webben. Denna gång är det resultat för Ryzen 7 1700X i diverse testmjukvaror, vilka visar på bättre prestanda än flera Intel-modeller. Läs mer

81

Telia: "Vi kommer inte blockera Pirate Bay"

Kort efter domen mot Bredbandsbolaget meddelar nu Telia att de inte kommer införa någon blockering av The Pirate Bay, såvida de inte tvingas till detta genom ett domstolsbeslut. Läs mer

58

AMD Ryzen-kylare hittar ut på bild – får namnen Wraith Max och Wraith Spire

Kort efter att bilder på färdiga exemplar av AMD:s kommande processor Ryzen hittat ut på webben efterföljs nu detta av de medföljande standardkylarna. Läs mer

50

AOC avtäcker två nya spelskärmar på 27 och 31,5 tum med AMD Freesync och 144 Hz

Med fokus på gamers introducerar AOC nu två nya skärmar i företagets Agon-serie. Det handlar om två högupplösta modeller med stöd för AMD Freesync och hög bilduppdateringsfrekvens. Läs mer

77

AMD Ryzen hittar ut på bild

Inom kort lanserar AMD sin nya processorarkitektur Ryzen. Nu har de första bilderna på de färdiga processorerna hittat ut på webben, samt även ingenjörsexemplar. Läs mer

84

Nintendo Switch plockas isär och hittar ut på webben

Inför den stundande lanseringen av Nintendo Switch dyker nu bilder på konsolen i isärplockat läge upp på webben, vilka skvallrar om enhetens komponenter. Läs mer

14

Microsoft kan lansera nytt Hololens 2019

Nya uppgifter talar för att nästa version av Hololens kan komma först 2019. Detta då Microsoft hoppar över en planerad inkrementell uppgradering till fördel för en mer omfattande. Läs mer

20

Phanteks lanserar skräddarsydda vattenblock för Geforce GTX 1080

Holländska Phanteks breddar sitt sortiment av heltäckande vattenblock för grafikkort med särskilt framtagna modeller för partnertillverkarnas egna varianter av Geforce GTX 1080. Läs mer

71

Geforce GTX 1080 Ti bekräftas i systemkrav

I systemkraven för kommande strategispelet Halo Wars 2 avslöjas nästa grafikkortsmodell från Nvidia, nämligen Geforce GTX 1080 Ti. Läs mer

188

Media Markt förnekar beslut om reträtt

Det är snabba turer i frågan runt huruvida Media Markt planerar att lämna den svenska marknaden. I ett meddelande förnekar företagets lokala VD att ett beslut är fattat. Läs mer