Bugün öğrendim ki: 1970'te 64 bit RAM'in 1970 doları ile 99.5 dolara mal olduğu. 8 harfli bir dizeyi depolayabiliyordu ve hepsi bu.
1970 yılında MOS bellek çipleri popüler olmaya başlamıştı ancak hala çok pahalıydı. Intel, bir önceki yılda ilk ürününü, 64 bit depolama alanına sahip 3101 RAM çipini piyasaya sürmüştü. [1] Bu çip ("aardvark" kelimesini saklamak için yeterli depolama alanına sahip olan) için 99,50 dolar ödeme yapılıyordu. [2] Bu astronomik fiyatlardan kaçınmak için bazı bilgisayarlar daha ucuz bir alternatif olan kaydırma kaydedici belleği kullanıyordu. Intel'in 1405 kaydırma kaydedici belleği, RAM çipinin 8 katı olan 512 bitlik depolama alanı sunuyordu ve önemli ölçüde daha düşük bir fiyata mal oluyordu. [3][4] Kaydırma kaydedici belleğinde, bitler bir daire içinde dolaşıyor ve her adımda bir bit mevcut oluyordu. Büyük dezavantaj, istenen bitin gelmesini beklemek gerektiğidir ve bu da yarım milisaniye sürebilir.
Datapoint 2200 bilgisayarı kaydırma kaydedici belleği kullanan bir bilgisayardı. (Bu çok ilginç bir bilgisayar — 8008, Datapoint tarafından belirtilen mimariye göre bunun için oluşturulmuştu — ancak bu başka bir blog yazısı konusu.) Datapoint 2200'de her bellek kartında 32 kaydırma kaydedici bulunuyordu ve bu da 2K depolama alanı sağlıyordu. İşlemci kartı, kaydırma kaydedici konumunu takip etmek için bir sayaç kullanıyordu ve doğru bitler mevcut olana kadar işlemeyi durduruyordu. (Modern işlemciler için bir önbelleğe alma hatasına benzer.)
Datapoint 2200'den bir ekran kartını aldım [5], bu da ekran depolaması için Intel 1405 kaydırma kaydedicilerini kullanıyor. Bu kart 14 kaydırma kaydedicisi kullanıyor ve 896 bayt tutuyor. [6] Kaydırma kaydedici belleği, her karakteri görüntülemek için sırayla erişmesi gereken devreler nedeniyle bir video ekran kartı için uygundu.
Intel 1405 kaydırma kaydedicileri, Datapoint 2200 ekranı için bellek depolama alanı sağlıyor.
Kaydırma kaydedici çiplerinden birini testere ile açıp, metalurjik mikroskop altında inceledim ve birkaç kalıp fotoğrafı aldım. Kaydırma kaydediciler metal kutularda bulunduğu için, çoğu çipin kullandığı plastik paketlere kıyasla açılması kolaydı. Aşağıdaki fotoğraf, kalıbı göstermektedir. Çip, çoğu kısmı kaydırma kaydedici hücreleriyle kaplı oldukça basit bir yapıya sahiptir. Çipin dış çevresinde, bağlı siyah kablolar olan dokuz pad görebilirsiniz.
Kalıp, kaydırma kaydedicilerin RAM çiplerinden daha ucuz olmasının nedenlerinden bazılarını göstermektedir. Bir RAM çipinden farklı olarak, çip düzenli bir ızgara oluşturmaya gerek duymuyor — ortadaki satırlar, sağdaki fiş nedeniyle diğerlerinden daha kısadır. Ayrıca, çip herhangi bir adres çözümleme mantığına da gerek duymuyor. Bu nedenle, bir çipe daha fazla bit sığdırılabilir. Adres hatlarının olmaması nedeniyle, çip bir RAM çipinden daha az fişe sahiptir ve daha küçük bir pakete sığabilir.
Intel 1405 MOS 512 bitlik kaydırma kaydedici belleğinin kalıp görüntüsü.
Aşağıdaki diyagram, bitlerin kaydırma kaydedicisi içindeki akışını sarı renkle gösteriyor. Bitler alttaki giriş pinden giriyor. Kaydırma kaydedicinin 20 satırı boyunca kıvrılarak geçiyor ve üstteki çıkış pinden çıkıyor. Bitler, soldaki giriş yolu boyunca tekrar girişe geri dönüyor. Saat hatları sağda ve kaydırma kaydedici hücrelerine bağlı.
Soldaki alt kısımda, kaydırma kaydediciye girişin kontrol edildiği devre bulunmaktadır ve birkaç kapıdan oluşmaktadır. Her döngüde kaydırma kaydediciye yeni bir bit yazılabilir veya çıkan bit, geri döndürülüp kaydırma kaydediciye yeniden girebilir. Aşağıdaki fotoğraf, bu devreye yakınlaştırılmıştır. Soldaki dört dikey tel, çip seçimi 2, çip seçimi 1, döngüsel bit ve Vdd'dir.
1405 kaydırma kaydedicisinin giriş devresi.
Aşağıdaki görüntü, kaydırma kaydediciden çıkışın kontrol edildiği devreyi göstermektedir ve çipin sol üst kısmındadır. Çipte iki çip seçimi girişi vardır, bu da kaydırma kaydedicilerini bir satırı etkinleştiren bir grup çizgi ve dik bir sütunu etkinleştiren başka bir grup çizgi ile bir ızgarada düzenlemeyi kolaylaştırır.
Aşağıdaki görüntü, kaydırma kaydedici hücrelerine yüksek büyütmede göstermektedir. Solda gerçek kalıp fotoğrafı, sağda ise kalıp bileşenlerinin etiketlendiği kısım bulunmaktadır. Bitler, resmin alt yarısından sağa doğru akıyor ve ardından üst yarısında sola doğru dönüyor.
Alttaki büyük U şekilleri, (kırmızı T'ler ile gösterilen) transistörlerdir ve (sarı ile çizilen) invertörler oluşturur. Her bir invertör arasında, bit akışını invertörden invertöre kontrol eden bir geçiş transistörü bulunur. İlk T, 1. saat sinyaline bağlıdır ve bitin 1. saat sinyalinin etkinleştirilmesiyle ilk invertörden ikinci invertöre akışını sağlar. Sonraki T, 2. saat sinyaline bağlıdır ve biti 2. saat sinyalinde bir sonraki adıma geçirir. Saat sinyalleri sırayla tetiklendikçe, bitler kaydırma kaydedicisi boyunca adım adım geçer.
Çip, silikon geçit teknolojisi kullanır. Bu, 1968'de Fairchild'te Federico Faggin (aynı zamanda Z80'i geliştiren) tarafından geliştirilen ve Intel'de temel bir teknoloji haline gelen çip tasarımındaki önemli bir yenilikti. Bu teknolojiyle, transistörlerin geçitleri önceki MOS entegre devrelerinde kullanılan alüminyum metal yerine polisilikon kullanılarak gerçekleştirilir. Çeşitli nedenlerle, bu, çiplerin çok daha hızlı ve üretiminin daha kolay olmasını sağladı.
Aşağıdaki resimde, polisilikon mavi renkle gösterilmiştir. Altta yatan dopingli silisyona bindiği yerde, bir transistör (kırmızı T) oluşur. Yatay gri çizgiler, voltaj kaynakları ve saat sinyallerinin bulunduğu metal katmandır. Daireler, farklı katmanlar arasındaki bağlantıları gösterir. [7]
Intel 1405 512 bitlik kaydırma kaydedici belleğinde hücrelerin yakından görünümü. Solda gerçek fotoğraf, sağda ise devre çizimi yer almaktadır.
Saat sürücüsü
Aşağıdaki ekran devre kartında, yuvarlak metal kutularda 14 kaydırma kaydedici bulunur. Ancak sağda büyük bir metal kutu var - bu IC nedir? Bunun, kaydırma kaydediciler için saat sinyallerini sağlayan sürücü çipi olduğu ve iç kısmının oldukça ilginç olduğu ortaya çıkıyor.
Kaydırma kaydediciler, kaydırmak için iki alternatif saat sinyali gerektirir. Bu sinyaller birbirini örtmemeli, aksi takdirde veriler bozulur. Ayrıca, kaydırma kaydedicileri, eski teknolojileri nedeniyle saat sinyallerinde 30 volta kadar ihtiyaç duyar. Son olarak, tüm çipleri çalıştırmak için saat sinyallerinde çok miktarda akım (500 mA) gereklidir. Bu gereksinimleri karşılamak için, saat sinyallerini üretmek için özel bir saat sürücü çipi kullanılır. Bu, Fairchild SH0013-C "İki fazlı MOS saat sürücüsüdür". [8]
1405 kaydırma kaydedicileri, Datapoint 2200 ekran kartında 896 bayt depolama alanı sağlar.
Saat sürücü çipinin içinde büyük transistörler bulmayı bekliyordum, ancak açtığımda tamamen farklı bir şey ortaya çıktı. İçeride, küçük bir devre kartına monte edilmiş ve altın izler ve altın tellerle bağlanmış sekiz ayrı silikon kalıptan oluşan bir hibrit entegre devre var. Ayrıca, karta basılmış kalın film dirençler de var - bunlar resimdeki siyah "E" şekilleridir.
Etkişimli görüntüleyici
Aşağıdaki görüntü ve şema [8], SH0013 saat sürücüsünün etkileşimli bir keşif aracıdır. Bir bileşene tıklayarak, o bileşenin karttaki ve şemadaki konumunu vurgulanmış şekilde görebilirsiniz. Alttaki kutu, bileşenin açıklamasını verecektir.
Detaylar için aşağıdaki resme tıklayın.
Sonuç
Kaydırma kaydedicileri bellek olarak kullanmak şimdi garip görünse de, 1970'te depolama için maliyet etkin bir yoldu. Kaydırma kaydedici çiplerinin içini incelemek, nasıl çalıştıklarını ve RAM'den daha ucuza nasıl uygulanabileceklerini gösteriyor. Gerekli yüksek güçlü saat sinyallerini sağlamak, küçük yarı iletkenler ve dirençlerin devre kartında büyük bir metal IC paketinde bulunduğu bir hibrit devre olan özel bir sürücü çipini gerektiriyor.
Notlar ve kaynaklar
[1] Intel elbette belleğin mucidi değil. 1960'larda çok sayıda şirket bellek çipi üretiyordu. Örneğin, Texas Instruments 1966'da (Electronics, Cilt 39 #1, s151) SN5481 bipolar bellek çipini duyurdu ve Transitron TMC 3162 ve 3164 16 bitlik RAM'e sahipti (Electrical Design News, Cilt 11, s14). 1968'de RCA, Hava Kuvvetleri için 72 bitlik CMOS belleği üretti (belge, fotoğraf). Lee Boysel, 1968'de Fairchild'te 256 bitlik dinamik RAM'ler ve 1969'da Four Phase Systems'de 1K dinamik RAM'ler geliştirdi (1970 - MOS Dinamik RAM Fiyat ve Boysel sunumunda manyetik çekirdek belleği ile yarışıyor). Bellek teknolojisinin tarihi hakkında daha fazla bilgi için 1966 - Yüksek Hızlı Depolama İhtiyaçlarına Hizmet Eden Yarı İletken RAM'ler ve Yarı İletken Mühendisliğinin Tarihi, s215'e bakabilirsiniz. Bellek tarihine ilişkin başka bir kaynak, Dijital Çağa Doğru: Araştırma Laboratuvarları, Yeni Kuruluşlar ve MOS Teknolojisinin Yükselişi, s193'tür.
[2] Bellek çipleri başlangıçta çok pahalıydı, ancak fiyatlar hızla düştü. Computer Design Cilt 9, sayfa 28, 1970, 3101 fiyatının küçük hacimlerde 99,50 dolardan 40 dolara düştüğünü duyurdu. Electrical Design News Cilt 15, 1970, 100 adetlik miktarlarda 1405'in ilk fiyatını 13,30 dolar olarak verdi. İlginç bir şekilde, Intel 3101 artık bir koleksiyonluk eşya ve eBay'de orijinal fiyatından çok daha fazla, doğru paket için yüzlerce dolara mal oluyor.
[3] 1405A kaydırma kaydedicisinin veri sayfası Intel-vintage.info veya Intel'in 1976 tarihli veri kataloğunda (archive.org'da) bulunabilir.
[4] Çok sayıda şirket kaydırma kaydedici belleği üretti. Örneğin, 1969'da Ford Motor Şirketi'ne ait bir elektronik üretici olan Philco, 256 bitlik (Electronic Design, Cilt 17, s251) ticari olarak en uzun süre kullanılabilir kaydırma kaydediciye sahip olduğunu iddia etti. Kaydırma kaydedici belleği hakkında çok daha fazla bilgi için Don Lancaster'ın Aralık 1974 tarihli Radio-Electronics makalesine, "IC MOS kaydırma kaydedicileri nasıl çalışır" bakabilirsiniz.
[5] Datapoint ekran kartını Zuigadrummer'dan eBay'den temin ettim. Şu anda satışta başka Datapoint kartları da bulunuyor. Bana çok yardımcı oldu ve onu tavsiye ederim.
[6] Datapoint 2200'ün ekranı 80 karakterlik 12 satır sağlıyordu. Ekran belleği, toplamda 7 çift olmak üzere 1024 7 bitlik ASCII karakteri saklıyordu.
[7] Daha fazla ayrıntı öğrenmek isteyenler için... Direnç sembolleri aslında dirençler değil, invertör çıkışlarını yükselten saatli ön yükleme transistörleridir. Birkaç yıl sonra, MOS çipleri yerine tükenme transistörleri kullanacaktı.
Metal dikdörtgenler, silikon katmanı ve polisilikon katmanı arasında bağlantı oluşturur. Bu teknik, iki katmanı doğrudan metal katmanı kullanmadan bağlayan gömüldü bağlantılarla kısa sürede ekarte edildi. Bu, metal katmanın bu bağlantılarla kesintiye uğramadan bağlantı için kullanılabileceği için çip düzenlemesini daha kolay hale getirdi.
Gri lekeler, iletken olmayan olarak kabul edilebilecek dopingsiz silikoni gösterir. Dopingli silikon iletkendir, polisilikon bununla kesiştiği ve bir transistör oluşturduğu yerler dışında. Dopingli ve dopingsiz silikon kalıp fotoğrafında ayırt edilmesi zordur, ancak bunlar arasındaki sınır belirsiz bir siyah çizgi olarak görünür. Polisilikon kalıp fotoğrafında çok daha belirgindir; bir transistör oluşturduğunda turuncu veya kırmızıdır. Renkler, katmanların kalınlıklarından kaynaklanır.