La memoria twistor es una forma de memoria de computadora formada al envolver una cinta magnética alrededor de un cable que transporta corriente. En términos operativos, la memoria twistor era muy similar a la memoria de núcleo . La memoria twistor también podía usarse para hacer memorias ROM , incluida una forma reprogramable conocida como twistor piggyback . Ambas formas podían fabricarse mediante procesos automatizados, lo que se esperaba que redundara en costos de producción mucho más bajos que los sistemas basados en núcleo.
Introducido por Bell Labs en 1957, el primer uso comercial fue en su conmutador 1ESS que entró en funcionamiento en 1965. Twistor se utilizó solo brevemente a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, cuando los dispositivos de memoria de semiconductores reemplazaron a casi todos los sistemas de memoria anteriores. Las ideas básicas detrás de Twistor también llevaron al desarrollo de la memoria de burbuja , aunque esta tuvo una vida comercial igualmente corta.
En la memoria central, pequeños imanes en forma de anillo (los núcleos) están enhebrados por dos cables cruzados, X e Y , para formar una matriz conocida como plano . Cuando se alimentan un cable X y uno Y, se genera un campo magnético en un ángulo de 45 grados con respecto a los cables. Los imanes del núcleo se asientan sobre los cables en un ángulo de 45 grados, por lo que el núcleo único envuelto alrededor del punto de cruce de los cables X e Y alimentados se verá afectado por el campo inducido.
Los materiales utilizados para los imanes del núcleo se eligieron especialmente para que tuvieran un patrón de histéresis magnética muy "cuadrado" . Esto significa que los campos que se encuentran justo por debajo de un cierto umbral no harán nada, pero los que se encuentren justo por encima de este umbral harán que el núcleo se vea afectado por ese campo magnético; cambiará abruptamente su estado de magnetización. El patrón cuadrado y los estados de cambio brusco garantizan que se pueda abordar un solo núcleo dentro de una red; los núcleos cercanos verán un campo ligeramente diferente y no se verán afectados.
La operación básica en una memoria central es la escritura. Esto se logra alimentando un cable X e Y seleccionado a un nivel de corriente que, por sí solo, creará la mitad del campo magnético crítico. Esto hará que el campo en el punto de cruce sea mayor que el punto de saturación del núcleo, y el núcleo captará el campo externo. Los unos y los ceros se representan mediante la dirección del campo, que se puede configurar simplemente cambiando la dirección del flujo de corriente en uno de los dos cables.
En la memoria central, se necesita un tercer cable (la línea de detección/inhibición ) para escribir o leer un bit . La lectura utiliza el proceso de escritura; las líneas X e Y se alimentan de la misma manera que se alimentarían para escribir un "0" en el núcleo seleccionado. Si ese núcleo tenía un "1" en ese momento, entonces el estado magnético cambia a "0" y la transición hace que se induzca un pulso corto de electricidad en la línea de detección/inhibición. Si no se ve ningún pulso, entonces no se produjo ninguna inversión, por lo que el núcleo ya tenía un "0". Este proceso es destructivo; si el núcleo tenía un "1", ese patrón se destruye durante la lectura y debe restablecerse en una operación posterior.
La línea de detección/inhibición es compartida por todos los núcleos de un plano en particular, lo que significa que solo se puede leer (o escribir) un bit a la vez. Los planos de núcleo generalmente se apilaban para almacenar un bit de una palabra por plano, y se podía leer o escribir una palabra en una sola operación trabajando todos los planos a la vez.
Entre lecturas y escrituras, los datos se almacenaban magnéticamente. Esto significa que el núcleo es una memoria no volátil .
La fabricación de los núcleos fue un problema importante. Los cables X e Y debían pasarse a través de los núcleos en un patrón entrelazado, y la línea de detección/inhibición pasaba por cada núcleo en un plano. A pesar de un esfuerzo considerable, nadie logró automatizar con éxito la producción de núcleos, [ cita requerida ] que siguió siendo una tarea manual hasta la década de 1970. Para aumentar la densidad de memoria , había que utilizar núcleos más pequeños, lo que aumentaba enormemente la dificultad de conectarlos a las líneas.
Una de las primeras versiones del Twistor consistía en un cable ferromagnético trenzado que atravesaba una serie de solenoides concéntricos. El solenoide más largo es la bobina SENSE y el más corto, la bobina WRITE. Se escribía un solo bit pulsando la bobina WRITE con una corriente + (1) o - (0) suficiente para magnetizar el área helicoidal debajo de la bobina en una de dos direcciones. En un extremo del cable estirado estaba el solenoide READ, que al pulsarlo enviaba una onda acústica a través del cable. A medida que el pulso acústico pasaba por debajo de cada bobina SENSE, inducía un pequeño pulso eléctrico, ya sea + o -, dependiendo de la dirección de magnetización de la región del cable. De este modo, con cada pulso se podía leer un "byte" en serie.
El concepto de Twistor era similar al de la memoria central, pero reemplazaba los imanes circulares por cinta magnética para almacenar los patrones. La cinta se envolvía alrededor de un conjunto de cables, el equivalente a la línea X, de tal manera que formaba una hélice de 45 grados . Los cables Y se reemplazaron por solenoides que envolvían una serie de cables de Twistor. La selección de un bit en particular era la misma que en el núcleo, con una línea X e Y alimentadas, generando un campo a 45 grados. La cinta magnética se seleccionó específicamente para permitir la magnetización solo a lo largo de la longitud de la cinta, por lo que solo un único punto del Twistor tendría la dirección correcta del campo para magnetizarse.
El sistema original de twistores utilizaba cinta de permalloy envuelta alrededor de un cable de cobre de 3 milésimas de pulgada. Para cualquier longitud de cable dada, la cinta se enrollaba solo sobre la primera mitad. Luego, el cable de cobre se doblaba en el punto donde terminaba la cinta y se extendía hacia atrás a lo largo de la parte con la cinta, formando un conductor de retorno. Esto significaba que todas las conexiones estaban en un extremo. Varias de estas líneas de twistores se colocaron una al lado de la otra y luego se laminaron en una lámina de plástico de película PET , con los twistores y sus cables de retorno separados aproximadamente 1/10 de pulgada. Una cinta típica podría tener cinco cables de twistor y sus retornos, por lo que la lámina tenía un poco más de una pulgada de ancho. El solenoide estaba construido de manera similar, consistiendo en una serie de cintas de cobre de 0,15 pulgadas de ancho laminadas en una cinta de plástico de las mismas dimensiones básicas que el twistor. A diferencia de un solenoide tradicional con muchas vueltas de cable alrededor de un núcleo abierto, este sistema no era esencialmente más que cables individuales en una lámina de plástico.
Para construir el sistema de memoria completo, se colocó una lámina del solenoide en posición horizontal, por ejemplo a lo largo de la dirección X, y luego se colocó una lámina del twistor encima en ángulo recto a lo largo del eje Y. Luego se dobló la cinta del solenoide, de modo que envolviera la lámina del twistor, produciendo una serie de solenoides en forma de U. Ahora se colocó otra capa de cinta del solenoide sobre la primera, se dobló la cinta del twistor de modo que ahora corra a lo largo del eje Y negativo a través de la parte superior de la nueva cinta del solenoide y luego se dobló la cinta del solenoide para formar un segundo conjunto de bucles. Este proceso continúa hasta que la tira del twistor se "agota", formando un cubo compacto de memoria. A lo largo de un lado de la memoria, conectado a cada uno de los bucles del solenoide, había una serie de pequeños núcleos utilizados únicamente para conmutación (su propósito original, el desarrollo como memoria, vino más tarde).
La razón principal para que Bell desarrollara el twistor fue que el proceso podía automatizarse en gran medida. Aunque el proceso de plegado que completaba el twistor podía realizarse a mano, el apilado y laminado de las láminas se realizaba fácilmente a máquina. Las versiones mejoradas del twistor también envolvían la sección de cobre desnudo que inicialmente se utilizaba únicamente para el camino de retorno, duplicando así la densidad sin necesidad de realizar cambios en las técnicas de producción.
Escribir en el twistor era prácticamente idéntico al núcleo; se seleccionaba un bit particular alimentando uno de los cables del twistor y uno de los bucles del solenoide a la mitad de la potencia requerida, de modo que la intensidad de campo requerida se creaba solo en la intersección de los dos.
La lectura utilizaba un proceso diferente. A diferencia del núcleo, el twistor no tenía una línea de detección/inhibición. En cambio, utilizaba una corriente mayor en el solenoide, lo suficientemente grande como para invertir todos los bits en ese bucle, y luego utilizaba los cables del twistor como línea de lectura.
De esta forma, Twistor se leía y escribía un plano a la vez, en lugar de en el núcleo, donde solo se podía usar un bit por plano a la vez.
El Twistor se podía modificar para producir una ROM que se pudiera reprogramar fácilmente. Para ello, se sustituyó la mitad de cada bucle de solenoide por una tarjeta de aluminio en la que se incrustaron pequeños imanes de barra de vicalloy . Como los solenoides tienen que ser circuitos completos para que la corriente fluya a través de ellos, se insertaron como láminas plegadas, pero en este caso el bucle se insertó entre los pliegues del Twistor en lugar de alrededor de ellos. Esto permitió que la única lámina actuara como la mitad de un bucle de solenoide para dos pliegues del Twistor, arriba y abajo. Para completar el bucle, la tarjeta de imanes se colocó en el otro lado de la cinta del Twistor.
Las lecturas se realizaron alimentando el solenoide hasta un punto que era aproximadamente la mitad del necesario para producir una escritura. Este campo se "reflejó" en la lámina de aluminio, cerrando el bucle magnéticamente. El campo resultante fue mayor que la fuerza de escritura, lo que provocó que el estado de permalloy se volteara. Si el bit estaba al lado de una barra magnética no magnetizada en la tarjeta, el campo no se oponía y la voltereta provocaba un pulso de corriente en el cable del twistor, que se leía como "1". Sin embargo, al magnetizar la barra en ese bit, la barra magnética se oponía al campo creado por la corriente del solenoide, lo que hacía que fuera inferior a la fuerza de escritura y evitaba la voltereta. Esto se leía como "0".
El twistor de imán permanente (PMT) se reprogramó quitando las placas y colocándolas sobre un grabador personalizado. Se utilizó Vicalloy porque requería mucha más energía para remagnetizar que la cinta de permalloy, de modo que el sistema nunca se acercara a restablecer los imanes permanentes mientras se usaba en el sistema de memoria. El sistema de grabador utilizaba corrientes mucho más grandes que superaban esta resistencia.
El PMT que se utilizó en el sistema 1ESS utilizó módulos con 128 tarjetas con 2818 imanes (para 64 palabras de 44 bits) en cada una. Esto produjo un módulo con 8192 palabras (8 kibiwords ). El almacén completo utilizó 16 módulos para un total de 131.072 palabras (128 kibiwords), equivalentes a 720.896 bytes de 8 bits (704 KiB).
Otra forma de ROM twistor sustituyó las tarjetas de imán permanente por una segunda cinta magnética enrollada alrededor de la primera en las líneas twistor, en una configuración "piggyback". Esta cinta estaba recubierta de coballoy en lugar de permalloy, que es mucho más "duro" magnéticamente y requiere aproximadamente el doble de campo para poder voltearse. Para hacer el sistema aún más duro, la cinta de coballoy era aproximadamente dos veces y media más gruesa que la de permalloy, por lo que la intensidad de campo resultante era cinco veces mayor. La corriente externa necesaria para voltear el estado de la cinta de coballoy era aproximadamente 15 veces la corriente operativa normal.
Las operaciones de lectura en el piggyback son idénticas a la versión de imán permanente. Las escrituras eran ligeramente más complejas, debido al hecho de que todos los twistores piggyback presentaban la cinta magnética a lo largo de toda la longitud del cable X. Esto significaba que cualquier solenoide envolvía tanto el bit que se estaba escribiendo como el que estaba en la sección del cable de retorno. Para configurar uno y no el otro, el solenoide se alimentaba primero en una dirección y luego en la otra, mientras que la corriente en la línea del twistor permanecía constante. Esto creaba dos campos magnéticos a su vez, uno alineado con la primera sección del cable y luego con la segunda. Todas las lecturas y escrituras se realizaban en bits emparejados de esta manera.
Twistor se utilizó en varias aplicaciones. Gran parte de la financiación para el desarrollo fue aportada por la Fuerza Aérea de los EE. UU ., ya que Twistor se iba a utilizar como memoria principal en el proyecto LIM-49 Nike Zeus .
En Estados Unidos, el Sistema Bell ( American Telephone & Telegraph ) también utilizó twistores con imanes permanentes como "Program Store" o memoria principal en su primer sistema de conmutación telefónica electrónica, el 1ESS , así como otros de la serie ESS de conmutadores telefónicos electrónicos , y lo hizo hasta el conmutador 4ESS introducido en 1976 y vendido en la década de 1980.
Además, el twistor se utilizó en el Sistema de Posición del Servicio de Tráfico (TSPS), el sucesor de las centralitas telefónicas con cable de Bell que controlaban el manejo de llamadas y la recaudación de monedas para llamadas locales e internacionales.
En 2017, se habían eliminado todas las instalaciones restantes de TSPS y ESS que se utilizaban para proporcionar servicio telefónico en áreas rurales de los Estados Unidos. Algunos sistemas podrían seguir en uso en México y Colombia , donde muchos sistemas estadounidenses se vendieron y reinstalaron después de haber sido retirados del servicio en los Estados Unidos. [ cita requerida ]