Kaip atsirado feritinė atmintis?

Viena pagrindinių problemų kuriant pirmuosius elektroninius kompiuterius buvo sparti ir pigi atmintis. Ir čia ypatingas Dž.R. Foresterio^*) indėlis.

Džėjus Foresteris gimė ir užaugo galvijų rančoje Nebraskoje, tačiau jį labiau domino mokslas nei ūkininkavimas. Būdamas 12 m. amžiaus, jis iš automobilio paėmė generatorių ir šeimos ūkiui sukonstravo vėjo varomą 12 V maitinimo šaltinį. Ir nors jis planavo studijuoti žemės ūkį Nebraskos valstijos universitete, paskutinę minutę jis pasirinko elektrotechnikos specialybę. Baigęs, įsidarbino MIT, kad tirtų aukštos įtampos perdavimus, tačiau susidomėjo servomechanizmais, t.y. savireguliuojančiais įtaisais, kurių valdymui dažnai naudojama elektronika ir grįžtamasis ryšys (tai tarsi analoginis kompiuteris, valdantis tam tikrą aparatūrą), kai Karinis jūrų laivynas pavedė MIT sukurti aerodinaminio stabilumo analizatorių (iš esmės, paprastą skraidymo simuliatorių). Tam MIT buvo įsteigta laboratorija.

Ir apmąstydamas sparčių analoginių sprendimų klausimus jis išgirdo apie Harvarde kuriamus skaitmeninius kompiuterius. Pakalbėjęs su P. Eckert’u ir Dž. fon Neimanu įsitikino – tai yra tai, ko reikia! Tad 1944 m. jis pradėjo kompiuterio, kurio pagrindiniu tikslu buvo sparta, „Whirlwind“ projektą.

Pradžioje jie ketino kurti bitinį nuoseklų kompiuterį, panašų į EDVAC – tačiau jis būtų labai lėtas, nes veikia skaičiuodamas tik po vieną bitą (tačiau jis skaičiavimų metu leido pakartotinai panaudoti tą pačią įrangą ir todėl jo konstrukcija yra paprastesnė). Alternatyva buvo lygiagreti bitinė architektūra, panaudojanti kelias bazinės įrangos kopijas (tokia ir yra šiuolaikiniuose kompiuteriuose) – tad „Whirlwind“ ir buvo pirmąja tokia ESM. Tačiau jai reikėjo daugiau įrangos ir elektroninių lempų gedimai (jų veikimas buvo apie 500 val.) buvo rimta problema. Jų komanda išnagrinėjo ir nustatė, kad priežastimi yra silicis, kurio pridėdavo nikelio išgryninimo palengvinimui. Atsisakius silicio, lempos pradėjo tarnauti iki 500 tūkst. val.

Kita pažymėtina naujove buvo tai, kad „Whirlwind“ galėjo keisti kiekvienos lempos tinklelio įtampą patikrinant galimus gedimus – tik servoinžinierius galėjo iki to susiprotėti! Ir tai buvo sparčiausia mašina tuo metu (nors ir monstriškai milžiniško dydžio) – ji du 16-bičius skaičius galėjo sudėti per 2 ms!

Tačiau išliko atminties problema! Tuo metu dauguma atminties buvo nuosekli. Pirmieji greiti dideli atminties moduliai buvo pagrįsti gyvsidabrio uždelsimo linijomis, kurios palaikė nuoseklų bitų srautą, cirkuliuojantį kaip garso impulsai. Viljamso kineskopas buvo greitesnė to paties principo versija. CRT kineskopas formavo bitų modelį kaip šviesos taškus, kurie buvo recirkuliuojami naudojant fotoelementą ir grįžtamojo ryšio stiprintuvą. Tačiau kineskopai perdegdavo per dažnai . Iš esmės bitai buvo saugomi tol, kol kineskopo paviršiuje esantis fosforas švytėdavo po sužadinimo elektronų pluoštu. Elektronų srovė galiausiai sudegindavo fosforą ir kineskopas nustodavo veikti.

„Whirlwind“ naudojo modifikuotą Viljamso kineskopo formą. Papildomas srauto šaltinis palaikė taškų raštą, o rašymo srauto šaltinis buvo naudojamas pakeitimui. 4 KB atminties „Whirlwind“ reikėjo 32 tokių kineskopų. Atsižvelgiant į tai, kad kineskopo tarnavimo laikas yra 1 mėn, o kaina – 1000 USD, aparato eksploatavimo kaina buvo milžiniška – 1 USD už bitą per mėnesį. Taigi, atminties klausimas buvo kritinis ir visas projektas priklausė nuo patikimesnės ir ekonomiškesnės atminties tipo.

Dž. Foresteris pradėjo galvoti apie būdus, kaip sukurti 2D arba 3D saugojimo formą, o ne vienmatį recirkuliacinį saugojimą. Ir jis aptiko straipsnį apie magnetinių medžiagų naudojimą kaip stiprintuvus. Jis užsakė šiek tiek medžiagų ir sukonstravo matricą, kuri leido srovę per medžiagos žiedus, kad ją įmagnetintų viena iš dviejų krypčių. Ir nors tai suveikė, - buvo per lėta. Bet jis sumąstė schemą, pagal kurią žiedeliai buvo veriami ant x-y laidų tinklelio. Kiekvienas žiedelis (arba šerdis) buvo veriamas ant unikalios x-y laidų poros. Trečias skaitymo/rašymo laidas buvo įvertas per visus šerdis (core). Norint nuskaityti arba įrašyti bitą, pusė srovės, reikalingos šerdies įmagnetinimui pakeisti, buvo leidžiama ant vieno iš x laidų ir vieno iš y laidų. Tik šerdis, esanti dviejų laidų sankirtoje, buvo paveikiama srovės, pakankamos jos poliškumui pakeisti. Tai leido tiesiogiai pasiekti kiekvieną bet kurį bitą masyve.

Pradžioje specialiame bandymų stende buvo sukurtas kompiuteris, skirtas tik feritinės atminties principui patikrinti. Vėliau, 1953 m., jau „Whirlwind“ buvo aprūpintas nauja feritine atmintimi, padvigubinusia jo spartą, pagerinusia patikimumą ir atpiginusia jo veikimą.

Tačiau visas pasaulis iškart neėmė belstis į Foresterio duris. Prireikė 3-4 m., kol pramonė priėmė tą idėją, ir dar 7 m., kad visi suprastų, kad ne jie tai buvo sumąstę. Ir kai feritinė atmintis prigijo, ji išstūmė visus kitus tipus iki pat integracinių schemų laikmečio – ir mikrokompiuteriai tapo pirmąja karta be feritinės atminties. Bet net dabar skaičiavimo technikoje išlikęs žodelis „core“ (šerdis), pvz., programuotojai turi core dump - atminties išklotinę.

Ir tuo metu niekas nesidomėjo „Whirlwind“, t.y. pakankamai greita ESM, galinčia atlikti skaičiavimus realiuoju laiku – išskyrus kariškius, kuriems didele realaus laiko skaičiavimo problema buvo priešo orlaivių sekimas. Bet kariuomenė nebuvo pasirengusi rizikuoti tokiu didžiuliu projektu. Bet prasidėjo „Šaltasis karas“ – ir sovietai nepastebėti galėjo pasiųsti kovinę galvutę per ašigalį į JAV. Ir vieninteliu sprendimu galėjo būti „Whirlwind“ paremta gynybos sistema (SAGE). Ir Dž. Foresteris buvo paskirtas SAGE projekto direktoriumi.

Tačiau 1956 m. jis nusprendė, kad SAGE gali vykti pakankamai sklandžiai ir be jo ir jis perėjo į MIT Vadybos mokyklą užsiimdamas socialinių sistemų kompiuteriniais modeliais. Ten atliktas jo miesto dinamikos tyrimas (pateiktas knygoje „Miesto vystymosi dinamika“, 1969) buvo įkvėpimu tokių strateginių žaidimų kaip „SimCity“ sukūrimui.

^*) Džėjus Raitas Foresteris (Jay Wright Forrester, 1918-2016) – amerikiečių kompiuterininkas inžinierius ir sistemologas, sisteminės dinamikos teorijos kūrėjas. 1939-45 m. dalyvavo kuriant servomechanizmus. MTI laboratorijoje kūrė tam laikui sparčiausią universalų kompiuterį „Whirlwind I“ ir 1950 m. pasiūlė feritinę atmintį (miniatiūrinių žiedelių pavidalo feromagnetinių šerdžių tinklelį-matricą). 1951-56 m. vadovavo Linkolno Oro gynybos laboratorijai. Nuo 1956 m. buvo MTI Sloano menedžmento mokyklos profesoriumi ir tuo metu sukūrė sisteminės dinamikos teoriją. 1957-66 m. buvo ir DEC tarybos nariu. 1970 m. liepos pradžioje sukūrė žmonijos vystymosi modelį „World1“ iš per 40 netiesinių lygčių, aprašančių pasirinktų kintamųjų tarpusavio sąveikas. Netrukus išleido „Pasaulinę dinamiką“ (1971), kurioje apibendrino savo indėlį kuriant mašininius modelius, analizuojančius globaliąją sistemą. Buvo Romos klubo narys.

IBM tėvas
Kobolo motina
Kompiuterių istorija
IBM: jau 50 m. „meinfreimams“
Perfokortos ir jų istorija
Daiktų interneto pavojai
HAL 9000 – pramanytas kompiuteris
Dirbtinis intelektas kare
ABC – pirmasis kompiuteris?
V. Bušas: žmogus, kuris neišrado kompiuterio
Seniausias pasaulyje analoginis kompiuteris
Paradoksai sulig dirbtiniu intelektu
Robotai - dirbtiniai žmonės
Ar mašina kada nors mąstys?
Įmanoma parduoti tik 5 kompiuterius
Ar Internetas turi savimonę?
V. Bušas: žmogus, kuris neišrado kompiuterio
Bilas Geitsas: kol dar nebuvo garsus
Eliza ir rūpesčiai dėl tapatybės
Ateityje mes visi būsime kiborgais
Kompiuterių istorija: VT100
Virusinis marketingas
Čarlzas Babidžas