Statik Manyetik Bellek

Dikdörtgen histerezis çevrimli bir manyetik malzeme; mekanik düzeneklerden bağımsız bilgi depolama, saniyede 30.000 darbeye kadar değişken veri işleme hızı ve güç kesilse bile darbe saklama olanağı sunuyordu.

Şema ve fotoğraflar, makalenin özgün taramalarından kırpılıp yalnızca okunabilirlik için temizlenmiştir.

Büyük bilgisayardan iş makinesine

Büyük ölçekli sayısal hesaplama makineleri, işlenen bilginin hem çok geniş hem de karmaşık olduğu alanlara pek çok değerli katkı sağladı. Tipik uygulamalar; Fourier serilerinin değerlendirilmesi, diferansiyel denklemlerin sayısal çözümü ve doğrusal sistemlerin çözümü gibi karmaşık mühendislik ve matematik problemlerini kapsıyordu.

Bu tür büyük ölçekli bilgi işleme makinelerinin ayırt edici özelliği yüksek maliyetleriydi; çoğu durumda çeyrek milyon dolarlık harcamalar söz konusuydu.

Bu alandaki ilerleme, daha düşük maliyetli elektronik bilgisayarların işletme ve sanayinin günlük çalışmalarında karşılaşılan bilgi denetimi ve veri işleme problemlerine uygulanabileceği düşüncesini doğurdu. Otomatik ve kesintisiz denetim, muhasebe ve stok sistemleri ile otomatik satış makineleri için bilgisayar önerilerinin yapılması, konuya duyulan yoğun ilgiyi gösteriyordu.

İş ve sanayi kullanımına yönelik daha ucuz, daha az karmaşık ve pratik makineler için ultra yüksek hızlı tekniklerin bütünüyle olgunlaşmasını beklemek gerekmiyordu. O gün için tamamen uygulanabilir olan yaklaşık 30 kc çalışma hızları, bu tür makineleri değerli kılacak kadar yüksekti. Üstelik orta hızlı iş makinelerinin tasarım ve üretimi için gerekli teknik ve bileşenlerin birçoğu ya hazırdı ya da erişilebilir hâle geliyordu.

Manyetik malzeme

En yeni bileşenlerden biri olan Statik Manyetik Bellek, iş ve sanayi uygulamalarına yönelik hesaplama makinelerinin geliştirilmesinde önemli ilerlemeler sağlayabilirdi. Aygıtın gelişimi, Alman bilim insanlarının savaş sırasında düşük koersif kuvvetli, dikdörtgene yakın histerezis çevrimine sahip Permanorm 5000Z adlı malzemeyi bulmasına dayanıyordu. Benzer nitelikteki Deltamax, Amerika Birleşik Devletleri’nde Allegheny Ludlum Steel Corp. tarafından üretiliyordu.

Harvard Hesaplama Laboratuvarı’ndan Howard Aiken, iki kararlı duruma sahip bu malzemenin büyük ölçekli sayısal bilgisayarlarda bilgi depolamak amacıyla kullanılabileceğini öngördü. Temel fikir, izleyen iki yıl boyunca Dr. An Wang ve Dr. Way Dong Woo’nun çalışmalarıyla uygulamaya geçirildi.

Bu aygıt, manyetik tambur depolamaya benzer kalıcı bilgi saklama özelliği sağlıyor, fakat mekanik düzeneklere bağlı kalmıyordu. Bilgi işleme hızı sıfırdan saniyede 30.000 darbeye kadar değiştirilebiliyor ve o günkü üst sınırın gelecekte yükselmesi bekleniyordu. Darbeler enerji gerektirmeden saklanabiliyordu.

“Güç, saklanan bilgiyi korumak için değil; yalnızca bilgiyi belleğe sokmak veya bellekten çıkarmak için gerekliydi.” Makalenin temel iddiası

Çalışma ilkesi

Statik manyetik bellek özünde bir manyetik tetikleyici çifti gibi çalışıyor ve durumunu korumak için vakum tüplerine ihtiyaç duymuyordu. Tetikleyici çiftinin davranışı, çekirdek malzemenin durumunun Şekil 1’deki histerezis çevriminin üst veya alt ucundaki bir noktayla temsil edilmesine dayanıyordu. Bu nedenle, histerezis özellikleri ideal kare çevrime yaklaşan bir çekirdek malzemesi gerekiyordu.

Histerezis eğrisi

Deltamax’ın Şekil 2’deki histerezis eğrisi, çevrimin dikdörtgenliği nedeniyle malzemenin bu uygulamaya çok uygun olduğunu gösterir. Çevrimin üst ve alt kısımları düzdür. Çekirdek belirli bir yönde doyuma ulaştıktan sonra, demiri aynı yönde doyurmaya çalışan ek akım darbeleri akıda başka değişime yol açmaz; dolayısıyla çekirdeğin çıkış sargısında darbe üretilmez. Buna karşılık ters kutuplu ilk akım darbesi akıda çok büyük bir değişim meydana getirir ve çıkış sargısında bir darbe oluşturur. Böylece bir darbenin varlığı ya da yokluğu, demir çekirdeğin önceki manyetik durumuna göre belirlenir.

Şekil 3’teki gibi birden çok çekirdek bağlandığında, geriye doğru akımı engellemek üzere temel devreye uygun doğrultucular eklenirse önceki çekirdeğin durumu bir sonrakine aktarılabilir. Birinci doğrultucu, ilk çekirdeğin çıkış sargısında oluşan akımın ikinci çekirdeğin giriş sargısına girmesini sağlar; ikinci çekirdeğin giriş sargısında oluşan akının ilk çekirdeğin çıkış sargısına geri dönmesini engeller.

İkinci doğrultucu, ilk çekirdeğin çıkış sargısının sağladığı akımın tamamının ikinci çekirdeğe ulaşmasını sağlar; ikinci çekirdeğin giriş sargısından gelen akımın ilk çekirdeğin durumunu bozmak yerine direnç üzerinde sönümlenmesi için bir yol oluşturur. Çift ve tek numaralı çekirdeklerin ilerletme sargıları sırayla darbelenerek, herhangi bir çekirdeğin histerezis çevrimindeki durumu bir sonraki çekirdeğe aktarılabilir. Bu işlemin tipik darbe biçimleri Şekil 4’te gösterilmiştir.

Manyetik bantlar, manyetik tamburlar, akustik gecikme hatları ve başka aygıtlar benzer depolama işlevleri yürütüyordu. Bu aygıtta bilgi bir kez depolandıktan sonra gücün kesilmesi, saklanan bilgiyi etkilemiyordu. Ayrıca sinyal yenilemeye gerek yoktu; aygıt darbeleri zayıflamadan sürekli olarak saklayıp dolaştırabiliyordu. Statik manyetik belleği işlevce benzer aygıtlardan ayıran temel nokta, karmaşık vakum tüplü devreler kullanmadan ve bazı başka depolama aygıtlarındaki mekanik işleyişten bütünüyle bağımsız biçimde, darbeleri elektriksel yolla depolamasıydı.

Statik manyetik bellek; bilgi depolama, farklı darbe hızlarına sahip sistemler arasında bilgi aktarma, herhangi bir darbe düzenini sayma veya dolaştırma ve seri veriyi paralel biçime ya da paralel veriyi seri biçime dönüştürme amaçlarıyla yararlı olduğunu göstermişti.

Bilginin depolanması

İçeri gelen darbe bilgisi ile daha sonraki kullanımı arasında herhangi uzunlukta bir gecikme gerektiğinde, aygıt bilgi darbelerini çıkış istenene kadar zayıflamadan sürekli dolaştırabilir veya hareketsiz durumda saklayabilirdi. Depolama işlevinin özellikle önemli yanı, daha önce kaydedilen darbeleri korumak için güç gerektirmemesiydi.

Güç kesintileri ya da darbeli komut ve verinin giriş–çıkışı arasındaki zorunlu uzun beklemeler, bu nedenle depolama işlevini sınırlamıyordu; enerji yalnızca bilgiyi aygıta sokmak veya aygıttan çıkarmak için gerekliydi.

Bir ekip bu aygıtları 16 basamaklı ondalık sayıları depolamak için kullanıyordu. Sayının değeri, bir darbenin bulunup bulunmamasına göre belirleniyordu. Statik manyetik bellek, iki adet 23 basamaklı çarpanın 46 basamaklı çarpımını elde edebilen bir çarpıcının röle devresinde kullanıldı. Düzenek, Harvard Üniversitesi Hesaplama Laboratuvarı personeli tarafından, genellikle Mark I adıyla bilinen IBM Automatic Sequence Controlled Calculator için yardımcı bir birim olarak yapıldı.

Tekil elemanlar ayrıca iki ilerletme sargısının tüplerin anot plakalarından darbelenebileceği biçimde birleştirilebiliyor; böylece sayılar belirli bir yazmaca aktarılabiliyor veya yazmaçtan çıkarılabiliyordu. Bu düzenin sadeleştirilmiş şeması Şekil 5’tedir. 150 mA tepe anot akımı verebilen herhangi bir pentot yeterliydi. Tekrarlama hızı daha düşük olduğunda ise her çekirdeğe daha fazla sarım eklenip daha küçük tüpler kullanılabiliyordu.

Farklı darbe hızlarına sahip sistemler

Statik manyetik belleğin ikinci geniş uygulama alanı, giriş ve çıkış darbe hızları farklı sistemler arasında aktarım ortamı olarak kullanılmasıydı. Başka bir deyişle aygıt, özünde bir hız dönüştürücü gibi çalışıyordu. Bazı durumlarda 25 kc düzeyindeki giriş hızı, çıkış çok daha düşük bir hızda alınamazsa pek işe yaramazdı; örneğin mekanik yazıcılar veya telgraf aygıtları bu yüksek hızda çalışamazdı. Depolama yeteneğiyle birleşen bu işlev, orta frekanslı darbe sistemlerini çok daha düşük hızlı aygıtlara —ve tersine— bağlamayı mümkün kılıyordu.

Şekil 6’daki manyetik bant sistemi, farklı darbe hızlarına sahip sistemler arasında bir bağlantı ortamının değerini gösterir. Örneğin banda 10 kc hızında kayıt yapmak istenebilir; fakat daktilolara, selenoidlere veya rölelere aynı hızda çıkış vermek pratik değildir. Hızlı giriş darbeleri önce statik manyetik belleğe alınıp ardından istenen düşük hızda çıkarılarak süreç uygulanabilir hâle gelir.

Tersi de geçerlidir: Delikli kartlardan veya başka bir mekanik kaynaktan gelen görece yavaş giriş, manyetik banda kayda uygun daha yüksek bir hızla statik manyetik bellekten okunabilir. Aygıta yüksek bir giriş hızı uygulanıp daha sonra mekanik bir işleme uygun farklı bir çıkış hızı gerektiğinde —ya da bunun tersi durumda— bu bellek çok sayıda değerli kullanım alanı bulabilir.

Sayaç olarak kullanım

Statik manyetik bellek, saniyede 25.000 darbeye kadar olan hızlarda darbeleri doğru biçimde kaydetmeye imkân veriyordu. Bu kullanımda karmaşık vakum tüplü devrelere gerek yoktu; güç yalnızca darbelerin dolaştırılması için kullanılıyor, depolama için gerekmiyordu. Aygıt, işletme sırasında yapısal kırılganlıktan doğan bir sınırlama da getirmiyordu. Hızlı elektronik darbe düzeneklerinden daha düşük hızlı mekanik makine işlemlerine kadar farklı sayım görevlerine uygulanabiliyordu.

Bu biçimde kullanıldığında statik manyetik belleğin girişi tek bir bilgi darbesiydi. Aygıta uygulanmış ilerletme darbelerinin sayısı, giriş darbesinin çekirdek dizisi içindeki konumundan belirleniyordu. Örneğin onar çekirdekli üç birim kullanılıp her birime bir darbe yerleştirildiğinde, ilk onlu halkadaki darbe ikinci onlu halkayı; o da bilinen herhangi bir sayma aygıtını çalıştırabiliyordu.

Şekil 7’de, saniyede 25.000 darbelik girişin onar çekirdekli üç birimden geçirilerek mekanik bir sayacı saniyede en fazla 25 darbe hızında çalıştırdığı düzen gösterilir. Mevcut biçimiyle sayaç olarak kullanım, saniyede 25.000 darbelik tepe sayım hızına izin veriyordu. Her türlü düzen aygıt içinde sürekli çevrilebiliyor; bu hızda onluk sayaçlar, izleme işlemleri ve genel darbe kontrolü bakımından değeri açıkça görülüyordu.

Seri ve paralel bilgi arasında

Aygıtın bir başka uygulaması, giriş veya çıkış darbelerinin biçimini değiştirebilmesiydi. Belirli devre koşullarında işlemin seri ya da paralel biçimde yürütülmesi özellikle istenebilirdi. Büyük ölçekli sayısal bilgisayarlar giriş bilgisini hem seri hem paralel biçimde kullanıyordu. Ayrıca bilgisayarın paralel çıkışının, bilgi manyetik banda kaydedilecekse gerekli olan seri biçime çevrilmesi gerekiyordu. Aygıtın değeri, giriş veya çıkış darbelerini bu iki biçim arasında dönüştürebilmesindeydi.

Şekil 8A’da, her iki çekirdekten birine kapılama devresi bağlanarak birim içindeki her darbenin erişilebilir hâle getirilebildiği ve bilginin seri ya da paralel biçimde girilip iletilebildiği gösterilir.

Bu amaçla kullanılan kapılama devresi Şekil 8B’dedir. Her çekirdek yaklaşık 10 volt çıkış verebildiği için 6AS6 tipi bir tüple devre yeterli biçimde çalıştırılabiliyordu. Çekirdeklere özel sargılar eklendiğinde çıkış gerilimi kolayca 30 volta yükseltilebilirdi. Bu değer, tipik bir 2D21 tiratronu kısa sürede öngerilimleyip ateşlemek için yeterliydi ve daha önce anılan Harvard çarpıcısında kullanılan türden röle işlemlerini mümkün kılıyordu.

Üretim

Bu aygıtın üretimindeki başlıca sorun, pahalı ve kırılgan çekirdek malzemesini elleçlemek, işlemek ve denetlemek için özel teknik ve yöntemlerin geliştirilmesiydi. Örneğin 0,001 inç kalınlığındaki Deltamax şeritlerin doğru eğriliğini korumak zordu; aksi hâlde malzemenin temel histerezis özelliği değişebilirdi. Malzemenin doğal kırılganlığı da son derece dikkatli çalışmayı gerektiriyordu. Bu nedenle neredeyse gölgesiz aydınlatma sağlayan özel bir çalışma tezgâhı tasarlanıp yapıldı; uzman montaj çalışanları burada kısa vardiyalar hâlinde dönüşümlü çalışıyordu.

Tek tek çekirdeklerin tasarımı birim montajını kolaylaştırıyor ve hızlandırıyordu. Her birimdeki merkezi boru biçimli perçin, çekirdeklerin ortak bir çubuk çevresinde istenen uzunlukta sıralar hâlinde üst üste dizilmesine izin veriyordu: küçük bir 8 çekirdekli birimden 34 veya 100 çekirdekli banklara kadar. Böylece farklı devre gereksinimlerine uyarlama baştan düşünülmüş; erişilebilir lehim uçları arasındaki basit köprü bağlantılarıyla ara bağlantılar kolaylaştırılmıştı. Üretim tasarımı ayrıca 20 pinli tak-çıkar taban ekleyerek modüler, fişli birim yapısının avantajlarından yararlanıyordu.

Yazarlar, Harvard Üniversitesi Hesaplama Laboratuvarı Direktörü Howard Aiken’a değerli yardımı ve iş birliği için teşekkür eder.

Kısa terimler sözlüğü

Kaynakça

• An Wang ve Way Dong Woo, “Static Magnetic Storage and Delay Line”, Journal of Applied Physics, cilt 21, sayı 1, s. 49, Ocak 1950.
• An Wang, “Magnetic Triggers”, Proceedings of the IRE, cilt 38, sayı 6, Haziran 1950.
• Harvard Üniversitesi Hesaplama Laboratuvarı, Cambridge, Massachusetts, Progress Reports 1–10: Investigations for Design of Digital Calculating Machinery. Harvard Üniversitesi ile ABD Hava Kuvvetleri arasındaki W 19-122-AC-24 numaralı sözleşme.

Orijinal dört sayfa

Sayfaların tamamı aşağıda korunmuştur. Bir sayfaya tıklayınca tam çözünürlüklü hâli açılır; çeviriyi, şekil numaralarını ve teknik ifadeleri özgün baskıyla karşılaştırabilirsin.