磁芯存儲器

磁芯存儲器，磁芯存儲器或鐵氧體磁芯存儲器，是計算機隨機存取（RAM）的非易失性存儲器的早期形式。 它由穿在電線上的硬磁環形磁芯組成，可以通過電線中的電流重新磁化和讀出。 各個環形磁芯的剩磁符號代表它們的存儲內容。

磁芯存儲器從 1954 年到 1975 年左右在當時常見的計算機中使用。

這里所說的磁芯存儲器是為了區別于Core Rope Memory，后者作為ROM工作，程序由布線類型定義。 這也使用環形磁芯，在這種情況下，環形磁芯不會以磁性方式存儲任何信息，而僅用作發射器。

磁芯存儲器本質上由大量可磁化的硬磁性鐵氧體磁芯組成，這些磁芯形成環狀，因此稱為環形磁芯。 在此上下文中，硬磁意味著每個磁芯可以在剩余磁通密度 Br 的符號中存儲一個數據位。 至少有兩條相互絕緣的電線運行以讀取或寫入核心通過環形開口，如相鄰圖中的芯上所示。

寫入線中的電流Im必須足夠大以便寫入超過磁芯磁路中電流Im產生的矯頑磁場強度Hc。 結果，剩余磁通密度符號中的狀態存儲在環的硬磁材料中，其具有幾乎方形的磁滯回線。 剩余磁通密度可以假定兩個穩定點，在磁滯回線上用 Br 和 ?Br 表示。

在寫入過程的同時，在第二條線（讀取線）中感應出電壓脈沖，可用于確定最初存儲在磁芯中的剩磁通量密度的方向。 因此只能破壞性地讀出信息。 然后必須重寫可能重新磁化的核心，以恢復原始數據內容。

磁滯曲線的相鄰圖中說明了讀出過程：如果磁芯中先前存儲了正剩磁通量密度 +Br，則寫入“0”會導致讀取線上的電壓脈沖 Ul 數量級為磁芯中磁通量密度的巨大變化為 100 mV。 在左側的磁滯曲線中，磁通密度的過程用箭頭標出。 在關閉寫入線中的電流 Im 后，剩余磁通密度 ?Br 保留在核心中，這對應于“0”狀態。 然而，如果負的剩余磁通密度 ?Br 先前存儲在磁芯中，則磁通密度僅通過磁滯曲線的一小部分并且變化率最小。 因此，讀取線上的電壓脈沖也是最小的。 在這兩種情況下，核心在讀取后都處于狀態“0”，如果需要，必須通過反向流 -Im 重寫原始內存內容。

除了磁芯存儲器之外，還需要讀取放大器來操作，它將讀取線上的低電壓脈沖轉換為合適的邏輯電壓電平。 書寫需要電源。

使用了以下技巧，這樣每個核心就不需要兩條單獨的電線和自己的讀取放大器：寫入線的電流 Im 被分配到兩條電線之間，每條電線僅承載磁化反轉所需電流強度的一半。 這些 X 和 Y 線以格子結構（矩陣）排列，并在每個交叉點承載一個芯。 如果現在要處理一個特定的磁芯，所需電流的一半由相關的 X 線和相關的 Y 線提供。 因此，其他核心要么只達到場強的一半，要么根本沒有達到，并且不會改變它們的狀態。

要實現 16 kbit 存儲器，需要 2×128 根電線和同樣多的可控電流源。

矩陣中的讀寫還需要兩根線，它們繞過所有的磁芯——感測線或者也叫S-wire，在早期的磁芯存儲器中還有blocker-wire（抑制線，Z）。

基本上，讀取和寫入周期總是同時執行。 在讀取周期中，相應的核心通過 X 和 Y 線重新磁化，朝向邏輯“0”。 如果核心已經事先存儲了一個“0”，則在讀取周期中什么也不會發生，但是對于一個“1”，由于磁反轉，在 S 線中感應出一個脈沖。 在寫周期中，磁芯再次在“1”方向被磁化。 在先前存儲的“0”的情況下，在寫周期期間通過阻斷線以相反方向發送電流。 這足以將 X 和 Y 線的磁場強度減弱到鐵芯不會在“1”方向重新磁化的程度。

由于感測線和阻斷線從不同時使用，后來的系統只使用一根線。 一個額外的控制在兩個功能之間切換。

帶有磁芯存儲器的計算機系統經常利用這樣一個事實，即根本不需要保留每個讀取值：如果 例如，如果要將一個值添加到一個數據字，它最初只是讀取（讀取周期）。 寫周期一直等到添加完成。 那么寫的不是原來的值，而是相加的結果。 這樣，某些操作的速度可以提高一倍。

讀/寫周期花費的總時間稱為周期時間； 它是衡量磁芯存儲器運行速度的指標。