BİLGİ DEPOLAMA AYGITLARI: OTOMASYONUN ANAHTARI

Bölüm 2

Richard J. Bengston
Battelle Memorial Institute
Columbus, Ohio

ve

Joseph E. Smith, Jr.
Bryant Gage and Spindle Division
Bryant Chucking Grinder Co.
Springfield, Vermont

(Nisan sayısından devam, Cilt 7, no. 4, s. 13)

Aygıtlarda Bilginin Fiziksel Olarak Depolanma Yöntemleri

Bilgi depolamada pek çok ilke uygulanmıştır: ısı, ışık, mekanik, kimyasal, akustik, elektrostatik, manyetik ve elektronik. Bu ilkelere dayanarak birçok bilgi depolama aygıtı geliştirilmiştir. Bunlardan bazıları şunlardır:

• Delikli kart
• Delikli şerit
• Röle
• Kondansatör
• Kimyasal
• Elektrokimyasal
• Flip-flop
• Diyot-kondansatör
• Termal
• Fosfor
• Katot ışın tüpü
• Ferroelektrik
• Manyetik tambur
• Nükleer rezonans
• Manyetik disk
• Fotoğraf filmi
• Manyetik bant
• Cıvalı akustik gecikme hattı
• Manyetik çekirdek
• Katı akustik gecikme hattı

Bu bilgi depolama yöntemlerinden yalnızca birkaçı günümüzde önem taşımaktadır. Birincil ve yardımcı bellekler için manyetik çekirdekler, manyetik tamburlar ve manyetik diskler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bilginin harici depolanması için manyetik tamburlar, manyetik diskler, manyetik bant, delikli kartlar ve delikli şeritler yaygın biçimde kullanılmaktadır. Manyetik tamburlar, manyetik bant ve akustik gecikme hatları sıklıkla tampon bellekler ve gecikme hatları olarak kullanılmaktadır.

Tablo I, bu dört aygıtın yanı sıra üç tanesinin daha bazı özelliklerini vermektedir.

Manyetik Çekirdek Bellek

Küçük manyetik çekirdekler, tüm büyük boyutlu bilgisayarlarda birincil bellek olarak kullanılmaktadır. Manyetik çekirdek, gerçek rastgele erişim sağlayan tek elektromanyetik bellektir; örneğin, belirli herhangi bir bilgi biti doğrudan elde edilebilir. 10 mikrosaniyeden daha kısa olan son derece hızlı erişim süresi, manyetik çekirdeği büyük ve çok hızlı bilgisayarlar için en iyi birincil bellek yapmaktadır.

Bununla birlikte manyetik çekirdeklerin birçok dezavantajı vardır. En önemli dezavantaj maliyettir. Çoğu çekirdek bellek, matris içine monte edilmiş çekirdek başına bit başına 15 sentin üzerindedir. Otomatik montaj yöntemleri maliyeti bit başına yaklaşık 1 sent düzeyine düşürebilir. Bazı araştırma mühendisleri, manyetik bir film biriktirilerek maliyetin bit başına bir sentin çok küçük bir kesrine indirilebileceğini düşünmektedir.

Her çekirdek bir bilgi bitini işler. Bu çekirdeğin ayrı ayrı çalışmaya alınması, enerjilendirilmesi ve tanımlanabilmesi için yüksek oranda yükseltilmesi gerekir. Bu durum, kapsamlı ve karmaşık elektronik devreler gerektirir ve bu da tüm manyetik çekirdek bellek sistemlerine önemli ölçüde maliyet ekler.

Diğer dezavantajlar arasında sıcaklık değişimlerine duyarlılık, zayıf darbe dayanımı, kapasiteye oranla yüksek yer gereksinimi ve son derece zor üretim problemleri bulunmaktadır. Buna rağmen, yalnızca erişim süresi açısından çekirdeklerin sağladığı avantajlar, günümüzde bilgisayarların birincil belleklerinde kullanılmalarını sağlamaktadır.

Manyetik Tamburlar

Manyetik tambur bellekler günümüzde çoğu küçük ve orta ölçekli ticari bilgisayarda birincil bellek olarak kullanılmaktadır. Manyetik tamburlar gerçek rastgele erişim sunmaz; çünkü belirli bir bit genellikle okuma kafasına yeniden erişilebilir hale gelmeden önce tamburun bir tam dönüşünü yapmak zorundadır. Okuma kafası bu nedenle kendi iz veya kanalındaki tüm bitleri "okur". Her bir bit kafaların altından birkaç milisaniyeden bir milisaniyeden daha kısa aralıklarla geçtiğinden, tamburlar "benzetilmiş rastgele erişim" sunar.

Tamburun bu kısmi rastgeleliği, bununla birlikte, temel avantajlarından biridir; çünkü bir iz veya kanaldaki tüm bitleri tarayan manyetik okuma kafası, okuma zamanının seçimi yoluyla, çekirdek bellekte elektronik devrelerle gerçekleştirilmesi gereken anahtarlamanın büyük bir bölümünü doğası gereği sağlar.

Mayıs 1958 için COMPUTERS and AUTOMATION

Tablo 1. Seçilmiş Bellek Aygıtı Türlerinin Özellikleri

Kaynaklar: (1) Ticari Literatür \ (2) Battelle Personeli

Manyetik tamburlar, sistem tasarımında önemli bir esneklik sunar. Tek bir tambur, genel depolama, gecikme hatları ve tampon belleği bir arada içerebilir. Genel olarak, yüksek güvenilirlik, birim hacim başına yüksek kapasite, bit başına düşük maliyet ve nispeten basit elektronik devreler, manyetik tamburu temel bir bilgi depolama aygıtı haline getirmiştir.

Tamburun tek gerçek dezavantajı, dönme hızındaki sınırlamalardan kaynaklanan erişim süresi olmuştur. Mekanik bilgi eksikliği nedeniyle, birçok manyetik tamburun tasarımı bir ölçüde başarısız olmuş ve bu da birçok sistem mühendisi tarafından benimsenmemesine yol açmıştır. Ancak son üç yıl içinde, hassas ve yüksek hızlı döner ekipman konusunda uzman kişiler manyetik tambur alanına girmiş ve hassas, güvenilir ekipmanlar sağlamıştır.

Tambur tasarımındaki gelecekteki gelişmeler, sistem tasarımcısı için son derece önemli olacaktır. Hava yatakları ve kafa ile tambur arasındaki bir ila beş on binde bir inçlik boşluk kullanılarak, geliştirme tamburlarında 100.000 devrin üzerindeki hızlara ulaşılmıştır. Bu durum daha yüksek paketleme yoğunluklarına ve iz yoğunluklarına olanak tanır; bunun sonucunda geleceğin tamburları, bugün gereken alanın yalnızca küçük bir bölümünü gerektirecektir. Transistörlü devreler ve güç kaynakları, tambur belleğin maliyetini daha da düşürecektir. Bu dinamik hava yatakları, sonsuz denebilecek arızasız yatak ömrü ve son derece yüksek sinyal-gürültü oranı sağlar.

Manyetik Diskler

Manyetik diskler, tamburlara benzer şekilde çalışır; ancak diskler, tamburlara kıyasla fit küp başına daha büyük bir kayıt alanı sunar. Tekli diskler bazı hava taşıtı bilgisayarlarında kullanılmış olup, sabit kafalara sahip ve küçük boyutludur. Manyetik disk belleklerin gelecekte stok sistemleri, abonelik sistemleri, bankacılık sistemleri ve benzeri alanlarda son derece büyük bilgi depolama sağlaması muhtemeldir. Bu tür sistemler çok büyük ve çok aktiftir. Hızlı erişim süresi, rastgele erişim, yüksek güvenilirlik derecesi ve alan başına büyük kapasite gereklidir.

Birçok uygulamada manyetik disklerin manyetik bant ve büyük manyetik tamburların yerini alması mümkündür. Bir şirket şu anda bir bilgisayara yardımcı bellek olarak hizmet veren çoklu diskli bir manyetik depolama birimi üretmektedir. Başka bir şirket ise şu anda 100.000.000 bit veya daha fazla kapasiteye sahip modeller halinde sunulacak bir çoklu disk birimi geliştirmektedir. Bu tür sistemlerin bit başına maliyeti, hızlı erişim süresi ve güvenilirliği, onları birçok uygulamada bant ile rekabet edebilir kılmaktadır.

Mayıs 1958 için COMPUTERS and AUTOMATION

Manyetik Bant

Manyetik bant, günümüzde çoğu büyük elektronik bilgisayar için harici bellektir. Delikli kartlar, delikli şerit veya yazılı belgeler üzerinde taşınan veriler, bilgisayar girişi için neredeyse her zaman manyetik banda aktarılır. Tersine, bilgisayar çıktısı, veriler daha sonra başka ortamlara aktarılsa bile, önce manyetik banda kaydedilir. Günümüzde bu uygulamada bandın gerçek bir rakibi yoktur.

Delikli kartlar ve delikli kâğıt şerit, modern büyük bilgisayarlara ayak uyduramayacak kadar yavaştır. Yazılı belgelerin doğrudan algılanması da muhtemelen çok yavaştır. Fotoğrafik emülsiyonların manyetik kaplamalardan daha yüksek paketleme yoğunlukları sağlayabileceği yönünde bazı iddialar ileri sürülmüştür; ancak manyetik bant üzerinde kolay kayıt, silme ve yeniden kayıt yapabilme özellikleri, onu fotoğraf filmine göre önde tutacaktır.

Çok gerçek bir anlamda, manyetik bant tambur ve diğer orta hızlı belleklerle rekabet eder. Erişim süresi elbette bantta tamburlara kıyasla çok daha uzundur; ancak birden fazla bant biriminin bütünleştirilmesi, daha hızlı bant işleme mekanizmaları ve daha iyi programlama, orta hızlı bellek ihtiyacını en aza indirebilir veya ortadan kaldırabilir.

Çekirdek birincil belleğe sahip büyük ölçekli bilgisayarlar üreten bir imalatçı, diğer imalatçıların yaptığı gibi yardımcı tambur bellekler sunmamaktadır. Bunun yerine, bu şirket bant kullanımını, orta hızlı yardımcı belleklerin gereksiz olduğu bir noktaya kadar geliştirmiştir. Bu durum henüz bir eğilim olarak adlandırılamaz; ancak manyetik tamburlar için olası tehdit açıktır.

Bandın diğer bellek ortamlarına göre temel avantajları çok düşük maliyet ve birim hacim başına çok yüksek kapasitedir. Yüksek erişim süresi şeklindeki temel dezavantaj en aza indirilebilirse, manyetik bant önümüzdeki 10 yıl içinde çok daha geniş pazarlar bulacaktır.