75年前的这周,Jay Forrester提交首个实用计算机RAM专利,磁芯存储器五年后获批

1951年5月11日,麻省理工学院(MIT)电气工程师Jay Forrester提交了一项名为“电流重合磁芯存储器”(Coincident-Current Magnetic Core Memory)的专利申请,这是史上第一个实用计算机随机存取存储器(RAM)的专利。该专利于1956年2月正式获批(美国专利号2736880),其技术随后成为数字计算机主流存储方案,统治了长达20年之久。

从Whirlwind到磁芯存储器

Forrester的发明源于MIT的“旋风计划”(Project Whirlwind)。该计划始于20世纪40年代中期,最初是美国海军的飞行模拟器项目,后转向实时数字计算。冷战背景下,Whirlwind被用于防空系统,需要实时跟踪飞机。早期使用的真空管存储器和静电存储管频繁故障,根本无法满足稳定性和速度要求。

Forrester的思路是放弃脆弱的真空管,改用磁性材料。他设计的存储单元由铁氧体制成的小圆环构成,每个环的直径仅相当于铅笔芯。这些磁环被穿在铜线构成的网格中,当同时向两根交叉的导线施加电流时,磁场会使交点处的磁环磁化;磁化方向可表示“1”或“0”。这种“电流重合”技术(Coincident-Current)使得只需少量导线即可在三维阵列中对数百万个比特进行寻址,大幅提升了存储密度与可靠性。

Jay Forrester专利申请书截图
Jay Forrester的专利申请书截图(来源:美国专利局)

原型与首次部署

1950年10月,Forrester的研究生William Papian搭建了第一个磁芯存储器原型。1953年8月8日,第一块完整的磁芯存储组被装入Whirlwind计算机,证明了该技术能够稳定工作。此后Whirlwind成为半自动地面防空系统(SAGE)的原型。SAGE在美国和加拿大共建有23个计算机控制雷达站,一直运行至20世纪80年代,其核心存储技术正是Forrester的磁芯存储器。

历史意义与专利争议

磁芯存储器彻底取代了真空管存储器,成为20世纪50年代至70年代数字计算机的绝对主流RAM方案。Forrester的专利还引发了当时金额最大的专利和解(The patent sparked the largest settlement in history at the time),足见其在产业界的重要地位。直到半导体存储器(如DRAM)在70年代兴起,磁芯存储器才逐渐退出历史舞台,但它为现代计算机存储体系奠定了基础。

75年后的今天,我们使用的DRAM、NAND等存储技术虽然早已不是磁芯,但Forrester在1951年申请专利时确立的“随机存取”概念,依然是每一台计算机的基石。

本文参考来源:Tom's Hardware

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