历史、非机械记忆技术

也许最巧妙的技术是延迟线 .延迟线是延迟脉冲或波信号传播的任何类型的设备。如果您曾在峡谷或洞穴中听到来回回声，您就会体验到音频延迟线：噪声波以声速传播，从墙壁上反弹并改变传播方向。

如果信号没有定期加强，延迟线会在非常临时的基础上“存储”数据，但它完全存储数据这一事实本身就是一种可用于存储技术的现象。

早期的计算机延迟线使用充满液态汞的长管，它被用作声波沿管长度传播的物理介质。在每一端安装一个电/声换能器，一个通过电脉冲产生声波，另一个从声波产生电脉冲。

串行二进制数据流作为电压信号发送到发射传感器。声波序列将从左到右穿过管中的水银，并被另一端的换能器接收。接收换能器将按照与发送脉冲相同的顺序接收脉冲：

连接到接收换能器的反馈电路将再次驱动发射换能器，通过管发送与声波相同的脉冲序列，只要反馈电路继续工作，就会存储数据。

延迟线的功能类似于先进先出 (FIFO) 移位寄存器，外部反馈将移位寄存器的行为转变为环形计数器，无限循环位。

延迟线概念受到当时可用材料和技术的诸多限制。 1950 年代初期的 EDVAC 计算机使用 128 个充满水银的管子，每个管子长约 5 英尺，最多可存储 384 位。

温度变化会影响水银中的声速，从而扭曲每个管中的时间延迟并导致计时问题。后来的设计用玻璃、石英或特殊金属制成的固体棒代替了液态汞介质，这些棒延迟了扭转（扭曲）波而不是纵向（纵向）波，并以更高的频率运行。

一条这样的延迟线使用了一种特殊的镍铁钛线（因其良好的温度稳定性而选择），长度约为 95 英尺，盘绕以减小整体封装尺寸。从导线的一端到另一端的总延迟时间约为9.8毫秒，最高实用时钟频率为1 MHz。

这意味着在任何给定时间，大约 9800 位的数据可以存储在延迟线导线中。鉴于延迟信号的不同方法（例如长光纤中的串行光脉冲）不会对环境变量如此敏感（例如长光纤中的串行脉冲），这种方法可能有朝一日会重新应用。

早期计算机工程师试验过的另一种方法是使用阴极射线管 (CRT) 来存储二进制数据，该类型通常用于示波器、雷达和电视屏幕。通常，CRT 中聚焦和定向的电子束将用于使管内的少量磷化学物质发光，从而在屏幕上产生可视图像。

然而，在此应用中，所需的结果是通过电子束的冲击在屏幕玻璃上产生电荷，然后由直接放置在 CRT 前面的金属栅检测到。像延迟线，所谓的威廉姆斯管 内存需要通过外部电路定期刷新以保留其数据。与延迟线机制不同，它几乎不受温度和振动等环境因素的影响。

IBM 701 型计算机配备了容量为 4 KB 的威廉姆斯管内存，并且有在管屏幕上“过度充电”位并连续重写的坏习惯，因此错误的“1”状态可能会溢出到屏幕上的相邻位置。

当工程师转向磁性材料作为存储二进制数据的手段时，计算机存储器的下一个重大进步出现了。发现某些铁化合物，即“铁氧体”，具有几乎呈方形的磁滞曲线：

以横轴为外加磁场的强度（场强 )，以及垂直轴上的实际磁化强度（铁氧体材料中电子自旋的方向）（通量密度 )，铁氧体在外加磁场超过临界阈值之前不会被磁化到一个方向。一旦超过该临界值，铁氧体中的电子就会“突然”进入磁性排列，铁氧体就会被磁化。

如果然后关闭外加场，铁氧体将保持全磁。要在另一个方向（极性）磁化铁氧体，施加的磁场必须在相反方向超过临界值。一旦超过该临界值，铁氧体中的电子就会“咬合”成相反方向的磁性排列。再一次，如果外加磁场被关闭，铁氧体将保持全磁。简单地说，一块铁氧体的磁化是“双稳态的”。

利用铁氧体的这种奇怪特性，我们可以使用这种自然的磁性“锁存器”来存储二进制位的数据。为了设置或重置这个“锁存器”，我们可以使用电流通过电线或线圈来产生必要的磁场，然后将其施加到铁氧体上。

麻省理工学院的 Jay Forrester 应用这一原理发明了磁性“核心”存储器，该存储器在 1970 年代成为主要的计算机存储器技术。

一组相互电绝缘的电线穿过许多铁氧体环的中心，每个铁氧体环都被称为“铁芯”。当直流电流通过任何电线从电源流到地时，会在通电的电线周围产生圆形磁场。

电阻值的设置使得在稳压电源电压下的电流量将产生略大于磁化任何一个铁氧体环所需的临界磁场强度的 1/2。因此，如果第 4 列导线通电，该列上的所有磁芯都将受到来自那根导线的磁场的影响，但强度不足以改变任何磁芯的磁化强度。

但是，如果第 4 列导线和第 5 行导线都通电，则第 4 列和第 5 行交叉处的磁芯将受到这两个磁场的总和：强度足以“设置”或“重置”该磁芯的磁化。换句话说，每个内核都由行和列的交集寻址。 “设置”和“复位”之间的区别在于磁芯的磁极性方向，数据的位值将由行和列线通电的电压（相对于地）的极性决定.

下图显示了大约 1960 年代末或 1970 年代初来自 Data General 品牌“Nova”型号计算机的核心内存板。它的总存储容量为 4 KB（即千 字节，而不是 mega 字节！）。展示了一支圆珠笔，用于尺寸对比：

在这块板的外围看到的电子元件用于用电流“驱动”列和行线，还可以读取内核的状态。特写照片显示了环形芯，矩阵线穿过这些芯。再次展示了一支圆珠笔，用于尺寸对比：

下一张照片显示了后来设计的核心内存板（大约 1971 年）。它的内核更小，更密集，比以前的主板提供更多的内存存储容量（8 KB 而不是 4 KB）：

还有，内核的另一个特写：

将数据写入核心内存很容易，但读取数据有点技巧。为了促进这一基本功能，一根“读取”线穿过all 存储矩阵中的核心，一端接地，另一端连接放大器电路。

如果被寻址的核心改变，这个“读取”线上会产生一个电压脉冲 状态（从 0 到 1，或 1 到 0）。换句话说，要读取核心的值，您必须编写 为该内核设置 1 或 0，并监视读取线上的感应电压以查看内核是否发生变化。显然，如果内核的状态发生变化，您必须将其重新设置回原始状态，否则数据将丢失。

这个过程被称为破坏性读取 ，因为数据在读取时可能会被更改（销毁）。因此，刷新对于核心内存是必要的，尽管不是在所有情况下（也就是说，在核心状态的情况下not 在写入 1 或 0 时发生变化）。

与延迟线和威廉姆斯管相比，核心存储器的一大优势是非易失性。铁氧体磁芯无限期地保持其磁化强度，无需电源或刷新。与它的任何前辈相比，它也相对容易构建、更密集且在物理上更坚固。

从 1960 年代到 1970 年代后期，许多计算机系统都使用了核心内存，包括用于阿波罗太空计划的计算机、数控机床控制计算机、商业（“大型机”）计算机和工业控制系统。尽管核心内存早已过时，但有时仍会使用“核心”一词来指代计算机的 RAM 内存。

在发明延迟线、威廉姆斯管和核心存储器技术的同时，简单的静态 RAM 也在通过更小的有源元件（真空管或晶体管）技术得到改进。静态 RAM 从未被其竞争对手完全超越：即使是 1950 年代的旧 ENIAC 计算机也使用真空管环形计数器电路进行数据寄存器和计算。但最终，越来越小规模的 IC 芯片制造技术使晶体管具有优于其他技术的实际优势，并且核心存储器在 1980 年代成为了博物馆展品。

比核心更好的磁存储器的最后一次尝试是气泡存储器 .气泡记忆利用了一种叫做石榴石的矿物中的奇特现象 ，当它们排列在薄膜中并暴露在垂直于薄膜的恒定磁场中时，支持相反磁化的“气泡”的微小区域，可以通过其他外部磁场的刺激沿着薄膜轻推。

可以在石榴石上铺设“轨道”，通过在薄膜表面沉积磁性材料来集中气泡的运动。石榴石上形成了一条连续的轨道，这使气泡形成了一个长循环，可以在其中行进，并通过一对缠绕在石榴石上的线圈向气泡施加动力，并通过两相电压通电。可以通过巧妙地放置在气泡路径中的微小线圈来创建或破坏气泡。

气泡的存在代表二进制“1”，不存在气泡代表二进制“0”。当这些磁泡通过细小的线圈时，可以在这串移动的磁泡中读取和写入数据，这与盒式磁带播放器中的读/写“磁头”非常相似，在磁带移动时读取磁带的磁化强度。

与核心存储器一样，气泡存储器是非易失性的：当电源关闭时，永久磁铁提供支持气泡所需的必要背景场。然而，与核心存储器不同，气泡存储器具有惊人的存储密度：数百万位可以存储在只有几平方英寸大小的石榴石芯片上。作为静态和动态 RAM 的可行替代方案，气泡存储器的失败在于其缓慢的顺序数据访问。

它只不过是一个非常长的串行移位寄存器（环形计数器），与其他内存技术相比，访问串行字符串中任何特定数据部分的速度可能相当慢。

气泡存储器的静电等效物是电荷耦合器件 (CCD) 存储器，改编自数码摄影中使用的 CCD 设备。与气泡存储器一样，位通过时钟脉冲沿衬底材料上的通道连续移动。与气泡存储器不同，静电荷会衰减，必须刷新。

因此，CCD 存储器是易失性的，具有高存储密度和顺序访问。很有趣，不是吗？旧威廉姆斯管内存改编自 CRT 观看 技术，以及来自视频录制技术的 CCD 内存 .