Hoe je het kerngeheugen en zijn functie begrijpt

Over computergeheugen gesproken, er zijn een heleboel typen die geleidelijk uit de mode raakten naarmate de technologie zich ontwikkelde. Eén ouderwets type dat ik steeds weer tegenkwam, is magnetisch kerngeheugen – ook wel kerngeheugen genoemd. Het is inmiddels een beetje een relikwie, maar eerlijk gezegd is het de voorloper van het RAM dat we tegenwoordig gebruiken. Het was enorm populair in de begindagen van computers, vooral voordat de siliciumchips het overnamen. Als je nieuwsgierig bent of gewoon probeert te begrijpen hoe die oude machines in vredesnaam gegevens opsloegen, is dit een goed beginpunt. Het is fascinerend hoe deze technologie echt werkte, ook al is hij nu enorm verouderd. Bovendien kan kennis van de ins en outs van kerngeheugen handig zijn voor vintage computerprojecten of gewoon voor nerdy nieuwsgierigheid.

Hoe magnetisch kerngeheugen werkt

Magnetische kerngeheugens bestaan uit een wirwar van kleine ferrometalen ringetjes – kernen genoemd – die vroeger elk ongeveer 2, 5 mm dik waren. Deze ringetjes zijn als individuele stukjes opslag, omdat hun magnetische oriëntatie (noord- of zuidpool) aangeeft of de data een 0 of een 1 is. De bedrading is wat het allemaal doet werken: er lopen draden door deze kernen en door specifieke draden op te laden, kun je de magnetische status instellen of uitlezen. Het is een beetje vreemd, maar om data te lezen, stel je een kern in op nul, en als die al een 1 was, induceert die verandering in het magnetische veld een stroom in de sensordraad – dus je weet dat het een 1 was. Het addertje onder het gras? Het leesproces wist feitelijk data, dus je moet die kern daarna herschrijven. Het is nogal destructief, vandaar de noodzaak om direct na het lezen terug te schrijven. Ik weet niet zeker waarom het werkt, maar het werkte gewoon, en het was betrouwbaar genoeg voor die tijd.

Grootte is belangrijk: de originele ringen waren behoorlijk groot – ongeveer 2, 5 mm in diameter – en moesten worden losgemaakt. Naarmate de productie verbeterde, werden ze kleiner – tot 0, 33 mm in 1966 – wat betekende dat er meer cores in een kleinere ruimte pasten, er minder stroom nodig was en het over het algemeen goedkoper was. In sommige configuraties kon je een paar megabytes aan core-geheugen hebben – zoals de 1, 2 MiB in de PDP-6 van MIT uit 1964 – die een rib uit je lijf kostte ($380.000) en een behoorlijk groot deel van de ruimte in beslag nam (stel je een gigantische kast voor).Toch is dat, vergeleken met vandaag de dag, belachelijk klein, maar destijds was dat een enorme hoeveelheid geheugen – enorm, duur en een echt technisch hoogstandje.

Hoe ze het deden en wie het liet werken

Het verhaal van het magnetische kerngeheugen begint in de jaren 40, maar het explodeerde pas echt in 1951 toen er een paar doorbraken plaatsvonden. De sleutel was om uit te vinden hoe je de kernen met slechts een paar draden kon aansturen – dankzij Jay Forresters systeem met samenvallende stroom – en hoe je na het lezen kon schrijven, dankzij An Wang. Die schrijf-na-lezen-truc was cruciaal, want bij het lezen werden de gegevens gewist, dus je moest ze terugschrijven – nogal irritant, maar het werkte.

Wat de productie betreft, werden deze kernen met de hand van draden voorzien, wat nu gek klinkt, maar destijds de beste methode was. Er was een machine die draden in een 128×128 kernarray kon plaatsen in slechts 12 minuten, in plaats van wat voorheen 25 uur met de hand duurde – een regelrechte vooruitgang. Het hele proces was nog steeds delicaat en ingewikkeld, vooral omdat de kernen precies in een hoek van 45 graden moesten worden geplaatst. Ik heb gelezen dat die productiestappen een enorm knelpunt vormden, wat waarschijnlijk verklaart waarom kerngeheugen een tijdje zo duur en zeldzaam was.

Wat het speciaal maakte (en wat pijnlijk was)

Wat opvalt, is hoe veerkrachtig het was – niet-vluchtig, wat betekent dat het gegevens bewaarde zonder stroom, onaangetast door elektromagnetische velden (EMP’s) en straling. Dat maakte het perfect voor militaire en ruimtevaarttoepassingen, vooral tijdens de Koude Oorlog. Het is best bizar om te bedenken dat een deel van dat kerngeheugen in ruimtevaartuigen zoals de spaceshuttle of zelfs in militaire vliegtuigen waarschijnlijk te maken kreeg met bizarre omstandigheden en gewoon bleef doorwerken. Het enige nadeel was dat het schrijven van gegevens temperatuurgevoelig was – sommige systemen hadden verwarmingselementen of werden zelfs in verwarmde oliebaden geplaatst om alles stabiel te houden, omdat je een specifieke temperatuur moest handhaven voor een betrouwbare werking. In sommige opstellingen kon je door simpelweg op de printplaat te tikken waarop de kernarray was bevestigd, tijdelijk vreemde problemen “oplossen” – vermoedelijk een slechte draadverbinding of iets dergelijks. Raar, maar zo ging dat in die tijd met de technologie.

Het is verouderd, maar nog steeds cool

Magnetische kerngeheugens waren in principe van midden jaren 50 tot midden jaren 70 de norm, waarna ze werden vervangen door goedkopere, snellere halfgeleider-RAM. Toch helpt het bestuderen ervan te verklaren hoe we van gigantische, kwetsbare, dure technologie zijn overgestapt op de slanke chips die tegenwoordig alles aandrijven. En als je ooit een oude mainframe of vintage computer in handen krijgt, is het een leuk verhaal om te ontdekken hoe hun geheugen gegevens opslaat.

Samenvatting

Magnetische kerngeheugens gebruiken kleine ijzeren ringen, kernen genaamd, om stukjes data op te slaan.
Het was niet-vluchtig, energiezuinig en bestand tegen straling. Dat maakte het geschikt voor gebruik in de ruimte en voor militaire doeleinden.
Bij de productie werden handmatig draden door de kernen geregen, een intensief proces.
Eind jaren 70 werden ze vervangen door goedkopere en efficiëntere DRAM-chips.

Afronding

Hopelijk geeft dit een goed inkijkje in een echt oude maar fascinerende technologie. Of het nu voor historische curiosa of vintage projecten is, weten hoe magnetische kerngeheugens werken, kan sommige hedendaagse technologie wat minder mysterieus maken. Veel succes met het graven in de old-school spullen – wie weet, misschien blaast iemand het ooit nieuw leven in voor nichegebruik of verzamelaars!