Elektrilised ja magneetlised arvutimälud

Tänapäeval kuulsamad arvutimälud kasutavad tööpõhimõtteid, mis leiti umbes 1940.-1970. vahel. Kasutati vaakumtorusid, piesoelektrilisust, püsimagnetite magneetilisi domääne ja elektri kondensaatoreid. Mõned neist kaotavad mälu peaaegu kohe kui elektrivool katkeb ning teistes püsib info aastaid. Püsimagnetid ja kondensaatorid võivad salvestada mitmeks aastaks kuid osad lühimälus kasutatud kondensaatorid lekivad kiiresti tühjaks.

Delay line memory (DLM) "salvestab" elektrisignaali piesoelektriliselt. See leiutati 1940ndatel ning kasutati 1960ndateni. Paljud materjalid sobisid aga üheks tavaliseks materjaliks oli elavhõbe ning selle anuma mõlemas otsas asuv kvarts, mis vahendas elektrist mehhaanilise helilaine teket. Signaal levis läbi materjali heli kiirusel ning temperatuuri pidi ühtlaselt hoidma, et keskkond laseks laineid samamoodi läbi.

DLM kasutati muuhulgas 13 tonnises UNIVAC I arvutis, mille otstarbed (põhiliselt arvutamine) varieerusid sõltuvalt ostjast. 
Üks teine kasutusala radarites võimaldas seda kasutada ka omalaadse protsessorina seisvate objektide välja filtreerimiseks II Maailmasõja ajal. Radareid läks tihti vaja liikuvate objektide nägemiseks aga veekogud ja maastik võisid palju tagasi peegeldada ning lennukite märkamist segada. Maastiku eemalduseks lasti signaalil niimoodi helilaineks muutuda, et kui see jõuab materjalist väljudes elektriks muutuda, siis jõuaks see järgmise radaripeegelduse signaaliga kohtuda. Radarid töötavad lühiajaliselt raadiolaineid tekitavalt olles näiteks ~1 mikrosekundi jagu kiirgavad ja näiteks millisekundi jagu vaikides raadiolainete kaja oodates. Sellisel juhul oleks DLM pidanud radarisignaale ~1 millisekundi jagu aeglustama, et sõltumata sellest kui kaugelt radarisignaal tuli, saaks neid võrrelda. Pärast DLM läbimist muudeti elektrisignaal vastaslaenguliseks, et see saaks teise omalaadse signaali neutraliseerida ning saadeti kohtuma umbes samaaegselt tuvastatud radarikajaga.
Läbi ühe DLM materjalitüki võis korraga liikuda sadu kuni tuhandeid signaale.

Williams'i toru (leiutatud ~1946. ja kasutusel kuni 1950ndateni) oli elektronkiire tüüpi mälu, mis mahutas kuni üle 1000 biti. See sarnanes kineskoopekraaniga kasutades kiiresti muutuva suunaga elektronkiirt mis tekitas ~0,2 sekundit kestva elektrilise muutuse toru otsas olevas pinnas. Tüüpiliseks oli positiivse laengu teke kiire poolt pihta saanud alas ning negatiivne laeng selle ümber. Lisaks iseseisvale kadumisele kadus selline laenguga ala ka selle info lugemisel või sellele piisavalt lähedale salvestamisel.Sarnaselt filmi vaatamisega oli elektronkiire suund ajastatud ostsillaatoritega ja seetõttu piisas signaali lugemiseks ühest elektroodist ja ekraani ees olevast ühest metallplaadist. Elektronkiire mõju tekitas pinge muutuse kogu plaadis mida sai tuvastada ning ajastuse järgi sai automaatselt järeldada kuhu see kiir ekraanil jõudis. Seejärel suunati elektrisignaal uuesti elektronkiiresse, et infot alal hoida.
Signaali võis saata teise vaakumtorusse, kus polnud metallplaati ees ja millele oli info nähtavaks tegemiseks fosforkiht lisatud nagu kineskoopekraanis. 
Selliseid mälusid kasutati 1948. aastal esimest korda elektroonilise programmi salvestamiseks ja kasutamiseks SSEM arvutis. Selles oli 4 elektronkiire toru. Üks mahutas 17 käsulise programmi, kaks toru olid protsessoriks ja üks oli väljundsignaali jaoks.
See esimene programm pandi otsima 262 144 suurimat täisarvulist jagatist proovides ükshaaval läbi sellest väiksemad arvud kuni jõudis 131 072 juurde. Selleks kulus 52 minutit.

1955-1975 aasta vahel olid tavalisemaks magneetilised nn. südamikmälud (core memory). Südamik selles mõttes, et kasutati püsimagnetist tehtud südamikku nagu elektriliinide transformaatoris, et elektrist magnetvoogu tekitada. Magnetrõngad olid pisikesed ja neid pidi mikroskoobi all käsitsi kokku panema. 

Igat rõngast läbis kaks juhet. Kumbki juhe üksi ei omanud piisavalt voolu magneti magnetvoo suuna muutmiseks kuid mõlemad samaaegselt suutsid muuta magnetvoo suunda. See ei vajanud elektrit mälu säilitamiseks ning magnetvoog püsis peaaegu täielikult magneti sees.1 ja 0 olid tähistatud magnetvoo suunaga ühes või teises suunas.

Lugemisel suunati x ja y voolud nii, et need üritaks magneti väärtust 0 suunas ajada. Kui see oli 0 olekus, siis ei muutunud midagi kuid 1 pealt 0 olekusse minnes kaasnes juhtmetes pinge kõikumine, mida loeti 1’ks.

Kirjutamisel kasutati samu juhtmeid vastupidise voolu suunaga ja väärtust üritati sarnasemalt 1 peale tõsta. Kui väärtus pidi 0 jääma, siis saadeti välja inhibeeriv vool, mis ei laseks üle kirjutada.

Kuna selline lugemine kustutas mälu, siis tuli see mälu korduvkasutuseks pärast lugemist uuesti üle kirjutada.

Sellised südamikmälud on suhteliselt vastupidavad välise elektromagneetilise aktiivsuse suhtes ning neid kasutati esimesel kuule reisil ühe tagavaramäluna. 

Südamikmälude edasiarenduseks olid plated wire mälud mida sai masinatega toota ning mida kasutati muuhulgas 1975. aastal Marsile reisimisel, kosmosesüstiku mootori kontrollis ning algelises ICBM’de juhtimise arvutis. Automatiseerimist lihtsustas nende veel minimalistlikum ehitus kus elektrit juhtiv lint pandi lihtsalt ümber traadi. Lindis olnud vool muutis traadis oleva magnetvälja suunda ja see oli mäluks. 1 oleku korral oli magnetisatsioon juhtmega paralleelne ning 0 olekus oli magnetväli juhtmega ristisuunas. 

Alates 1960ndatel hakati kasutama tänapäevani kasutatavaid erinevaid kondensaatori tüüpi mälusid, mida saab kiibi sisse pakkida. 1 väärtust esindatakse näiteks laetud kondensaatoriga ja 0 väärtust tühja kondensaatoriga. Kuna kondensaatori laengu saab ülikiirelt eemaldada (mida väiksem seda rutem tühjeneb), siis kasutatakse neid tänapäeval tihti info kiiremaks lugemiseks kui kõvakettalt saaks. Lisaks ei vaja sellised mälud liikuvaid osasid. Sobiva kondensaatori saab valida muuhulgas x ja y suunaliste elektroodidega, mis alles koos suudaks eemaldada või lisada laengu ühele kindlale kondensaatorile. Kondensaatormälude info kustub nende lugemisel, sest lugemisel "tõmmatakse" staatilise elektri laeng kondensaatorist välja ning see tuleb üle salvestada. Need võivad info kõvakettast kuni miljon korda rutem leida kuid need on aeglased salvestamisel, sest kirjutamiseks tavaliselt vajalikud 12 volti tekitatakse kerge ajakuluga ning võtab palju elektrit.
Üheks selliseks on DRAM, mis vajab tihti ülekirjutamist, et info ei kaoks. Sellise ajutisuse eeliseks on väiksem suurus mälumahtu arvestades, mis laseb tänapäeval ühele kiibile mahutada miljardeid kondensaatoreid. Kui DRAM vajab 1 biti salvestuseks ühte transistorit ja kondensaatorit, siis pikalt elektrita infot mahutav SRAM vajab 6 transistorit.

Flash mälud on ühed kondensaatoreid kasutavad mälud. Samuti liikuvate osadeta taludes rappumist, kukkumist ja vett. Kondensaatori laengu välja lekkimise vältimiseks oli see ümbritsetud elektri isolaatoritega ning seda kohta nimetatakse floating gate (FG) transistoriks (ülejäänud ülal nimetatud osad olid mingi elektroodiga ühenduses). Selle kohal on nn kontrollvärav, milles tekitatakse sobiv laeng elektri kogumiseks FG sisse või selle välja surumiseks. Pildil FG all asuvad transistorid tekitavad laengu mida FG sisse tõmmata.

Flash mälud saab jagada kahte gruppi. SLC mälu osake saab olla 1 või 0 olekus kuid MLC sees võib esindada nelja olekut (11,10,01 ja 00) sõltuvalt sellest kui palju volte kasutati selle tekitamiseks. MLC variandiga saab rohkem infot väikese pindala sisse mahutada kuid nende vearisk võib suurendeda piiripealse pinge korral. 

1960ndatel leiutatud twistor ja mullmälud kasutasid magneetiliste domeenide "lükkamist" läbi materjali lugeja/kirjutajani. Elektriga lükkamine säilitab mingil määral magnetpooluste mustrid ja liikuvaid osasid ei pea olema. Magnetväljad säilisd pärast voolu peatamist. Nende viimane laiem kasutusala oli 1980ndatel mängukonsoolides kuid need vajasid paarikümne sekundilist ootamist, et tööks sobilik temperatuur saavutada ning selleks ajaks oli kiiremaid võimalusi.
Magneetiliste domeenide jaoks tehti magnetvälja muutvast materjalist rada ette läbi mille need said vabamalt liikuda ja välise magnetvälja pidev sujuv muutmine liigutas neid edasi.  

Need domeenid tekitati juhtmerõngastega nagu elektromagnetis ning jõudes lugeja rollis juhtmerõngani muutus magnetväli tagasi elektrisignaaliks.

Umbes sedalaadi mälusid üritatakse tänapäevalgi müügile saada näiteks racetrack memory nime all kuigi tööpõhimõte on vana.

Racetrack memory sisaldab palju umbes 100 nm paksuseid 80% niklist ja 20% rauast koosnevaid traate, mis on liikuvate magneetiliste domeenide läbimiskohaks. Lugejaid ja kirjutajaid võib olla palju ning need töötavad nagu kõvaketta puhul kus elektriga muudetakse magnetvälja ning lugemisel lastakse magnetväljal lugeja elektrivoolu mõjutada. Magnetdomeenide liikumissuund on samas traadis oleva elektriga samasuunaline. Lugemiskiirus loodetakse saada mõnekümne nanosekundi piirkonda kuid praegused DRAM ja SRAM suudavad alla 10 ns info kätte saada (kõvakettal läheb paar millisekundit). Saavutatud info liigutamise kiirus on nendel radadel 100 meetrit sekundis.