Modulo di memoria BIAX (URSS, circa 1980)
Nella foto si vede un modulo di memoria realizzato con elementi BIAX, proveniente da un apparato militare fabbricato ed utilizzato nell'ex Unione Sovietica (primi anni Ottanta). Ho acquistato questo oggetto su Ebay e per semplicità, dal momento che aprirlo non è cosa da poco, ho utilizzato le immagini pubblicate dal venditore. Le dimensioni di questo modulo sono 32 x 17 x 2 centimetri, il peso circa 900 grammi. Il modulo faceva parte di un'unità di memoria denominata "ДЗУ-Э-8К-М" dalla capacità di 8K (8.192) parole a 36 bit, con un tempo medio di accesso di 1,5 microsecondi. La capacità del singolo modulo è di 1.024 parole, dunque esso contiene 36.864 nuclei BIAX (non contando l'eventuale parità). Veniva utilizzato nel calcolatore elettronico special-purpose SV-4-01-EVM che aveva il compito di elaborare in tempo reale dati provenienti da apparati radar a medio raggio.
Vista dell'altro lato del modulo. I 128 componenti di colore rosa sono circuiti integrati ibridi utilizzati per la decodifica della memoria BIAX e contengono solamente diodi e resistori.
La memoria ad elementi BIAX (contrazione di BI-AXial, "biassiale") è un tipo di memoria magnetica introdotto nel 1959 che, a differenza delle normali memorie a nuclei, è di tipo NDRO ovvero a lettura non distruttiva (ciò significa che la lettura di una data posizione della memoria non implica la sua cancellazione e successiva riscrittura). La memoria BIAX rappresenta appunto un tentativo di risolvere il problema della lettura distruttiva delle memorie a nuclei ed è un tipico esempio di applicazione dei nuclei a più aperture, in questo caso due. Gli elementi BIAX sono infatti attraversati da due conduttori posti perpendicolarmente l'uno rispetto all'altro e denominati "storage" (memorizzazione) ed "interrogate" (lettura). La lettura di una posizione di memoria avviene inviando un impulso su questa seconda linea e rilevando l'interferenza tra i flussi delle due correnti di "storage" ed "interrogate" nel volume dell'elemento compreso tra le due aperture. Lo stato della memoria è quindi determinato dalla polarità del flusso residuale nella zona circostante l'apertura dove passa la linea "storage". Per il corretto funzionamento della memoria è necessario che all'impulso di lettura segua un secondo impulso di corrente più intenso sulla linea "interrogate". La dimensione dei nuclei BIAX è un po' maggiore di quella dei normali nuclei toroidali, in compenso sono più elevate anche le velocità di lettura e scrittura e la frequenza massima di funzionamento della memoria, che può arrivare a 20 MHz (vedi). Tre importanti limiti delle memorie BIAX sono rappresentati dalla loro sensibilità alle variazioni di temperatura (superiore a quella delle ordinarie memorie a nuclei), dalla necessaria complessità dei circuiti di controllo e, non ultimo, dall'elevato costo di fabbricazione. Mentre in Occidente questo tipo di memoria ha trovato applicazione solo per un breve periodo di tempo attorno alla metà degli anni Sessanta (vedi), nei Paesi dell'Est è stato invece impiegato in apparecchiature militari ed aerospaziali fino alla fine degli anni Ottanta.
Dettaglio della memoria BIAX. Si nota che gli elementi BIAX sono disposti in 4 piani sovrapposti (il terzo partendo dall'alto non è visibile).
Altro dettaglio della memoria nel quale si riconoscono i singoli elementi (nuclei) BIAX. Si può vedere abbastanza chiaramente che essi sono attraversati da due conduttori perpendicolari.
BIAX (BIAXial ferrite core), is a ferrite core with a branched magnetic circuit and two apertures that do not intersect and which have perpendicular axes. It is used as a memory or logic element in technical automation facilities and in digital computer technology. BIAX was used in long-term memory devices, magnetic cores memory devices with a rapid change of the information, where the slow recording is permitted. Frequency of recording is 200-300 kHz, and 2-5 MHz for reading. The memory BIAX provides for operative recording, storage, and nondestructive readout. This characteristic is due to the fact that the directions of the magnetic fluxes in the common region of the two closed interconnected magnetic circuits of the BIAX are mutually perpendicular and, upon simultaneous magnetic field reversal (recording of information), the resultant magnetic flux in the plug wire takes up the most favorable orientation. Here the magnetic fluxes around each aperture vary up to 0.7 of their maximum value. An interrogation pulse causes a practically instantaneous change of orientation of the domains of the plug wire in the direction of the flux in the interrogation magnetic circuit. This leads to a reduction of the flux in the recording magnetic circuit and the emergence of an electromotive force (readout) in the output winding. After the shutoff of the interrogation pulse in the plug wire, the original distribution of the fluxes is restored without additional input. Unlike ferrite rings BIAX enables to re-read the recorded information without its destruction. Thus no time is required to restore it. The logic BIAX differs structurally from the memory type by the absence of a plug wire. During its operation, the magnetic fluxes and their signs vary in the regions of the magnetic circuit common to both apertures. There are several varieties of BIAX that differ in construction (symmetrical and nonsymmetric), in properties of magnetic circuit material, and so on. The primary virtues of the BIAX are its small dimensions, very rapid response (particularly in readout at small energy inputs), high reliability, and comparatively low cost for automated production and sorting.
Vedi: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0032063361903002.
Vedi: http://archive.computerhistory.org/resources/text/Ford/FordMotor.BIAX-M-145-05.1963.102646214.pdf.
Un'altra memoria BIAX fabbricata in Unione Sovietica
Questo oggetto, purtroppo rovinato, è una parte (per la precisione 1/4) di un piano di memoria RAM ad elementi BIAX installato in un calcolatore sovietico, molto probabilmente un 5E26 per impieghi militari. Il lato è di circa 23,5 centimentri. La capacità dovrebbe essere di 40.656 bit suddivisi in 4 matrici 77×66 (5.082 bit). Il computer 5E26 era un calcolatore multiprocessore trasportabile -su camion, dato che le dimensioni erano quelle di un grosso armadio- specializzato nel controllo dei sistemi di difesa aerea/antimissile della serie S-300, rimasto in uso in certi casi fino alla metà degli anni Novanta. La memoria è organizzata in parole (word) da 32 bit con controllo d'errore ed ha un tempo d'accesso medio di 0,6 μs. La frequenza di funzionamento di questo tipo di elementi BIAX è di 200/300 kHz in scrittura e 2/5 MHz in lettura. Per avere un'idea della densità, si pensi che per memorizzare 1 MB di dati (cioè 8.388.608 bit) occorrerebbero 206 blocchi come questo.
Dettaglio di alcuni elementi BIAX che mette in evidenza la loro struttura.
Altro dettaglio della memoria in cui si apprezza la dimensione degli elementi BIAX e si può notare che sono immersi in un bagno di resina protettiva.
Dettaglio della struttura e dei flussi magnetici risultanti in un elemento di memoria BIAX (tratto da questo articolo).
Pagina del Museo dedicata alle memorie a nuclei magnetici