Veralteter nichtflüchtiger Arbeitsspeicher Was sind Kernspeicher (Magnetkernspeicher, Ferritkernspeicher, Ringkernspeicher)?

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Kernspeicher (Magnetkernspeicher, Ferritkernspeicher, Ringkernspeicher) sind eine frühe Form von Computerspeicher. Sie kamen von etwa Mitte der 1950er- bis Mitte der 1970er-Jahre als nichtflüchtiger Arbeitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff in Rechenmaschinen und Computern zum Einsatz. Später wurden sie von Halbleiterspeichern abgelöst. Die Speicher bestehen aus winzigen, auf Drähten aufgefädelten Ferrit-Ringkernen.

Alternative Begriffe für Kernspeicher sind Magnetkernspeicher, Ferritkernspeicher oder Ringkernspeicher. Der Speichertyp basiert auf Forschungsarbeiten des an der Harvard Universität tätigen Physikers An Wang aus dem Jahr 1949. Kernspeicher löste den zuvor üblichen Röhrenspeicher ab und war von etwa 1954 bis 1975 die primäre Form von nichtflüchtigem Arbeitsspeicher mit wahlfreiem Zugriff in Computern und Rechenmaschinen.

Die Kernspeicher bestehen aus winzigen, auf Drähten aufgefädelten hartmagnetischen Ferrit-Ringkernen. Dieser Speichertyp wurde ab circa Mitte der 1970er-Jahre von Halbleiterspeichern abgelöst. Heute haben Magnetkernspeicher im Computerbereich keine Bedeutung mehr.

Aufbau und prinzipielle Funktionsweise von Magnetkernspeichern

Kernspeicher bestehen aus einer großen Anzahl winziger, magnetisierbarer, hartmagnetischer Ferritkerne in Ringform. Diese Ferritkerne sind auf mehrere elektrische, gegenseitig isolierte Drähte aufgefädelt und in einer Matrix angeordnet. Mithilfe von Strömen, die durch die Schreiblesedrähte fließen, lassen sich die Ringkerne magnetisieren und die Magnetisierungszustände auch wieder auslesen. Dabei repräsentiert die Richtung des Magnetfelds die digitale Speicherinformation 0 oder 1. Über Spalten- und Zeilenleitungen lassen sich die einzelnen Ferritkerne adressieren. So können gezielt bestimmte Kerne magnetisiert oder ausgelesen werden. Der Lesevorgang ist grundsätzlich destruktiv und erfordert, dass der ursprüngliche Speicherinhalt neu geschrieben werden muss.

Im Gegensatz zu heutigem Halbleiter-RAM behält ein Kernspeicher nach dem Abschalten der Betriebsspannung die Magnetisierung seiner Ferritkerne und damit seine gespeicherten Informationen. Wird die Betriebsspannung wieder eingeschaltet, sind die vor der Abschaltung genutzten Programme oder Daten im Arbeitsspeicher noch vorhanden.

Die Technologie des Kernspeichers lässt sich prinzipiell auch für die Realisierung von ROM (Nur-Lese-Speicher) nutzen. Für ROM wurde allerdings eine besondere Form von speziell gefädeltem, nicht umprogrammierbarem Core-Rope-Speicher, auch Fädelspeicher genannt, verwendet.

Eigenschaften und Merkmale von Magnetkernspeichern

Magnetkernspeicher zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

• nichtflüchtiger Speicher mit wahlfreiem Zugriff,

• gespeicherte Informationen bleiben auch nach der Abschaltung der Betriebsspannung erhalten,

• gespeicherte Informationen sind robust gegenüber elektromagnetischen Impulsen und Strahlung,

• Lesevorgang ist destruktiv und erfordert das Neuschreiben des ursprünglichen Speicherinhalts,

• besteht aus einer Matrix von winzigen, auf Drähten aufgefädelten Ferritkernen,

• Ferritkerngrößen reichen von wenigen Zehntelmillimetern bis wenigen Millimetern,

• aufwendige und kostspielige Herstellungsprozesse aufgrund der manuellen, nicht automatisierbaren Auffädelarbeiten der Ringkerne,

• Taktraten von üblicherweise einigen Kilohertz bis zu wenigen Megahertz realisierbar (Zykluszeiten von teils bis zu unter einer Mikrosekunde möglich),

• geringe Speicherkapazität im Vergleich zu heutigen Halbleiterspeichern (maximal bis in den Megabyte-Bereich),

• Temperaturabhängigkeit der Hysterese erfordert die Überwachung oder Regelung der Betriebstemperatur.

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