Трубка для хранения

Трубки для хранения — это класс электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), которые предназначены для хранения изображения в течение длительного периода времени, обычно до тех пор, пока на трубку подается питание.

Специализированный тип накопительной трубки, трубка Вильямса , использовался в качестве основной системы памяти на ряде первых компьютеров с конца 1940-х до начала 1950-х годов. Начиная с 1950-х годов их заменили другие технологии, в частности базовая память .

В новой форме, бистабильные трубки, накопительные трубки вернулись в 1960-х и 1970-х годах для использования в компьютерной графике , особенно в серии Tektronix 4010 . Сегодня они морально устарели, их функции обеспечивают недорогие запоминающие устройства и жидкокристаллические дисплеи .

Операция [ править ]

Предыстория [ править ]

Обычная ЭЛТ состоит из электронной пушки в задней части трубки, направленной на тонкий слой люминофора в передней части трубки. В зависимости от роли пучок электронов , испускаемый пушкой, направляется вокруг дисплея с помощью магнитных ( телевидение ) или электростатических ( осциллограф ) средств. Когда электроны ударяются о люминофор, люминофор на какое-то время «загорается» в этом месте, а затем гаснет. Продолжительность времени, в течение которого остается пятно, зависит от химического состава люминофора.

При очень низких энергиях электроны из пушки ударят по люминофору, и ничего не произойдет. По мере увеличения энергии она достигнет критической точки, $V_{cr1}$ , который активирует люминофор и заставит его излучать свет. Когда напряжение превысит $V cr1,$ яркость пятна увеличится. Это позволяет ЭЛТ отображать изображения с различной интенсивностью, как телевизионное изображение.

Выше $V cr1$ начинается и другой эффект — вторичная эмиссия . Когда в любой изолирующий материал ударяют электроны, превышающие определенную критическую энергию, электроны внутри материала вытесняются из него в результате столкновений, увеличивая количество свободных электронов. Этот эффект используется в электронных умножителях , например, в системах ночного видения и подобных устройствах. В случае ЭЛТ этот эффект обычно нежелателен; новые электроны обычно возвращаются на дисплей и вызывают загорание окружающего люминофора, что проявляется как понижение фокуса изображения.

Скорость вторичной эмиссии также является функцией энергии электронного пучка, но следует другой кривой скорости. По мере увеличения энергии электронов скорость увеличивается до тех пор, пока не достигнет критического порога $V кр2$ , когда число вторичных эмиссий превышает количество, доставляемое пушкой. В этом случае локализованное изображение быстро тускнеет, поскольку энергия, покидающая дисплей через вторичные электроны, превышает скорость, которую она подает из пушки.

В любой ЭЛТ изображения отображаются путем удара по экрану электронов с энергией между этими двумя значениями, $V cr1$ и $V cr2$ . Ниже $V cr1$ изображение не формируется, а выше $V cr2$ любое изображение быстро тускнеет.

Другой побочный эффект, поначалу вызывающий любопытство, заключается в том, что электроны прилипают к люминофору в освещенных областях. По мере затухания светового излучения эти электроны также возвращаются в трубку. Заряд, как правило, слишком мал, чтобы иметь визуальный эффект, и в случае дисплеев его обычно игнорировали.

Хранение [ править ]

Оба этих эффекта были использованы при создании трубки для хранения. Хранение осуществлялось путем удара по любому подходящему долгоживущему люминофору электронами с энергией чуть выше $V cr1$ и стиранию путем удара по ним электронами выше $V cr2$ . Существовало множество разновидностей механических схем, используемых для улучшения фокусировки или обновления изображения либо внутри трубки, либо через внешнее хранилище.

Самый простой для понимания пример — ранние компьютерные системы памяти, типичным примером которых является лампа Вильямса . Они состояли из излишков времен Второй мировой войны ЭЛТ с радиолокационными дисплеями, подключенных к компьютеру. Пластины отклонения по осям X и Y были подключены к усилителям, которые преобразовывали ячейки памяти в позиции X и Y на экране.

Чтобы записать значение в память, адрес усиливался и отправлялся на пластины отклонения по оси Y, чтобы луч фиксировался на горизонтальной линии на экране. Затем генератор временной развертки настраивает отклоняющую пластину X на возрастающее напряжение, заставляя луч сканироваться по выбранной линии. В этом отношении он похож на обычный телевизор, сканирующий одну строку. Для пистолета была установлена энергия по умолчанию, близкая к $V cr1$ , и биты от компьютера подавались на пистолет для модуляции напряжения вверх и вниз так, чтобы 0 были ниже $V cr1$ , а 1 — выше него. К тому времени, когда луч достиг другой стороны линии, для каждой единицы был нарисован узор из коротких черточек, а 0 были пустыми местами.

Для обратного считывания значений отклоняющие пластины были установлены на те же значения, но энергия пушки была установлена на значение $Vcr2 выше$ . Когда луч сканировал линию, люминофор вышел далеко за пределы порога вторичного излучения. Если луч располагался над пустой областью, высвобождалось бы определенное количество электронов, но если бы он находился над освещенной областью, это число увеличивалось бы на количество электронов, ранее прилипших к этой области. В трубке Вильямса эти значения считывались путем измерения емкости металлической пластины, расположенной непосредственно перед экраном трубки. Электроны, выходящие из передней части ЭЛТ, ударяются о пластину и меняют ее заряд. Поскольку процесс чтения также стирал все сохраненные значения, сигнал пришлось восстанавливать с помощью соответствующей схемы. ЭЛТ с двумя электронными пушками, одна для чтения, другая для записи, сделала этот процесс тривиальным.

Системы визуализации [ править ]

Самые ранние компьютерные графические системы, такие как TX-2 и DEC PDP-1 , требовали всего внимания компьютера для обслуживания. Список пунктов ^[1] хранящиеся в основной памяти , периодически считывались на дисплей для его обновления до того, как изображение потускнеет. Обычно это происходило достаточно часто, и времени на что-то еще оставалось мало, а интерактивные системы, такие как Spacewar! были выдающимися программными усилиями.

Для практического использования были разработаны графические дисплеи, которые содержали собственную память и связанный с ней очень простой компьютер, который снимал задачу обновления с мэйнфрейма . Это было недешево; графический терминал IBM 2250, используемый с IBM S / 360, в 1970 году стоил 280 000 долларов. ^[2]

Трубка хранения может заменить большую часть или все локализованное оборудование, сохраняя векторы непосредственно на дисплее, а не на связанном с ним локальном компьютере. Команды, которые ранее заставляли терминал стирать свою память и, таким образом, очищать дисплей, можно было эмулировать, сканируя весь экран при энергии выше $V cr2$ . В большинстве систем это приводило к быстрому «миганию» всего экрана перед тем, как очиститься до пустого состояния. Двумя главными преимуществами были:

Очень низкая в пропускной способности потребность ^[3] по сравнению с дисплеями с векторной графикой , что позволяет использовать гораздо большие расстояния по кабелю между компьютером и терминалом.
Нет необходимости в локальной оперативной памяти дисплея (как в современных терминалах), которая в то время была непомерно дорогой.

Вообще говоря, трубки для хранения можно разделить на две категории. В более распространенной категории они были способны хранить только « двоичные » изображения; любая точка на экране была либо освещена, либо темна. Tektronix была , Бистабильная аккумуляторная трубка прямого обзора пожалуй, лучшим примером в этой категории. Другие накопители могли хранить в оттенках серого / полутоновые изображения ; компромиссом обычно было значительное сокращение времени хранения.

Некоторыми новаторскими дисплеями с трубками для хранения данных были ARDS (Advanced Remote Display Station) MIT Project MAC , дисплейные терминалы серии Computek 400 (коммерческая производная версия), ^[4] оба использовали запоминающее устройство Tektronix типа 611 и терминал Tektronix 4014 , причем последний стал де-факто стандартом компьютерного терминала через некоторое время после его появления (позже из-за этого статуса он эмулировался другими системами).

Первая обобщенная компьютерная система обучения PLATO I , c. В 1960 году на ILLIAC I в качестве дисплея компьютерной графики использовался накопитель. PLATO II и PLATO III также использовали трубки для хранения в качестве дисплеев.

См. также [ править ]

Бистабильная трубка для хранения с прямым обзором (DVBST), реализация трубки для хранения от Tektronix.
Электронно-лучевая трубка (для объяснения того, как работают аналоговые накопительные трубки)
Лампа Уильямса и лампа Selectron использовали термин «лампочка хранения» для ранних компьютерных устройств памяти.
Электронная бумага
Tektronix 4050 использовал трубку хранения, чтобы исключить необходимость в памяти кадрового буфера.

Ссылки [ править ]

^ РУКОВОДСТВО ПО ПРОГРАММИРОВАННОМУ ПРОЦЕССОРУ ДАННЫХ-1 (PDF) . Мейнард Массачусетс: Корпорация цифрового оборудования. 1963. с. 34 . Проверено 21 августа 2023 г.
^ «Обзор компьютерного дисплея» , Keydata Corp., март 1970 г., стр. V.1980, V.1964. Архивировано в Wayback Machine.
^ Майкл Л. Дертузос (апрель 1967 г.). «Фазовый график: метод онлайн-графического отображения». Транзакции IEEE на электронных компьютерах . ИС-16 (2). IEEE : 203–209. дои : 10.1109/pgec.1967.264817 . Основным преимуществом этого метода является сжатие графических данных.
^ Майкл Л. Дертузос (апрель 1967 г.). «Фазовый график: метод онлайн-графического отображения». Транзакции IEEE на электронных компьютерах . ИС-16 (2). IEEE : 203–209. дои : 10.1109/pgec.1967.264817 . В этой статье описывается принцип, используемый в части графического вывода дисплейных терминалов Computek серии 400 (добавлен к перепечатке статьи, распространяемой Computek).

[1] РУКОВОДСТВО ПО ПРОГРАММИРОВАННОМУ ПРОЦЕССОРУ ДАННЫХ-1 (PDF) . Мейнард Массачусетс: Корпорация цифрового оборудования. 1963. с. 34 . Проверено 21 августа 2023 г.

[2] «Обзор компьютерного дисплея» , Keydata Corp., март 1970 г., стр. V.1980, V.1964. Архивировано в Wayback Machine.

[3] Майкл Л. Дертузос (апрель 1967 г.). «Фазовый график: метод онлайн-графического отображения». Транзакции IEEE на электронных компьютерах . ИС-16 (2). IEEE : 203–209. дои : 10.1109/pgec.1967.264817 . Основным преимуществом этого метода является сжатие графических данных.

[4] Майкл Л. Дертузос (апрель 1967 г.). «Фазовый график: метод онлайн-графического отображения». Транзакции IEEE на электронных компьютерах . ИС-16 (2). IEEE : 203–209. дои : 10.1109/pgec.1967.264817 . В этой статье описывается принцип, используемый в части графического вывода дисплейных терминалов Computek серии 400 (добавлен к перепечатке статьи, распространяемой Computek).

[1]

[2]

[3]

[4]