Селектронная трубка
| памяти компьютера и хранения данных компьютера Типы |
|---|
| Неустойчивый |
| Энергонезависимый |
Selectron разработанной был ранней формой цифровой компьютерной памяти, Яном А. Райхманом и его группой в Радиокорпорации Америки (RCA) под руководством Владимира К. Зворыкина . Это была вакуумная трубка , которая хранила цифровые данные в виде электростатических зарядов с использованием технологии, аналогичной ламповому запоминающему устройству Уильямса . Команда так и не смогла создать коммерчески жизнеспособную версию Selectron до тех пор, пока память на магнитных сердечниках не стала почти универсальной.
Развитие [ править ]
Разработка Selectron началась в 1946 году по указанию Джона фон Неймана из Института перспективных исследований . [1] который занимался разработкой машины IAS и искал новую форму высокоскоростной памяти.
Первоначальная концепция дизайна RCA имела емкость 4096 бит , а к концу 1946 года планировалось произвести 200 бит. Они обнаружили, что построить устройство гораздо сложнее, чем ожидалось, и к середине 1948 года они все еще не были доступны. Разработка затянулась, машина IAS была вынуждена перейти на лампы Williams для хранения, а основной заказчик Selectron исчез. RCA потеряла интерес к дизайну и поручила своим инженерам усовершенствовать телевизоры. [2]
Контракт с ВВС США привел к повторному исследованию устройства в 256-битной форме. Корпорация Rand воспользовалась этим проектом, чтобы переключить свою собственную машину IAS, JOHNNIAC , на эту новую версию Selectron, используя 80 из них для обеспечения 512 40-битных слов основной памяти. Они подписали с RCA контракт на разработку, чтобы произвести достаточное количество трубок для своей машины по прогнозируемой стоимости 500 долларов за трубку (6332 доллара в 2023 году). [2]
Примерно в это же время IBM также проявила интерес к Selectron, но это не привело к дополнительному производству. В результате RCA поручила своим инженерам разработку цветного телевизора , а Selectron отдала в руки «тёщ двух достойных сотрудников (председателя правления и президента)». [2]
И Selectron, и лампа Williams были вытеснены на рынке компактной и экономичной памятью на магнитном сердечнике в начале 1950-х годов. Разработчики JOHNNIAC решили перейти на ядро еще до того, как была завершена первая версия на базе Selectron. [2]
Принцип работы [ править ]
Электростатическое хранилище [ править ]
Трубка Вильямса была примером общего класса устройств с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), известных как накопительные трубки .
Основная функция обычной ЭЛТ — отображение изображения путем освещения люминофора с помощью луча электронов, выпущенного в него из электронной пушки, расположенной в задней части трубки. Целевая точка луча направляется вокруг передней части трубки с помощью отклоняющих магнитов или электростатических пластин.
Накопительные трубки были основаны на ЭЛТ, иногда немодифицированных. Они полагались на два обычно нежелательных принципа использования люминофора в лампах. Во-первых, когда электроны из электронной пушки ЭЛТ ударяли по люминофору, чтобы зажечь его, некоторые из электронов «прилипали» к трубке и вызывали локализованного статического электрического накопление заряда. Во-вторых, люминофор, как и многие материалы, также высвобождает новые электроны при попадании электронного луча – процесс, известный как вторичная эмиссия . [3]
Вторичная эмиссия имела полезную особенность: скорость высвобождения электронов была существенно нелинейной. Когда прикладывалось напряжение, превышающее определенный порог, скорость излучения резко возрастала. Это привело к быстрому затуханию освещенного пятна, что также привело к высвобождению застрявших электронов. Визуальные системы использовали этот процесс для стирания изображения, в результате чего любой сохраненный рисунок быстро исчезал. В компьютерных целях именно быстрое высвобождение застрявшего заряда позволило использовать его для хранения.
В трубке Вильямса электронная пушка в задней части типичной ЭЛТ используется для нанесения на люминофор серии небольших рисунков, обозначающих 1 или 0, в сетке, представляющей адреса памяти . Чтобы прочитать дисплей, луч снова сканировал трубку, на этот раз установив напряжение, очень близкое к порогу вторичной эмиссии. Шаблоны были выбраны так, чтобы смещать трубку в очень незначительном положительном или отрицательном направлении. Когда накопленное статическое электричество добавлялось к напряжению луча, общее напряжение либо пересекало порог вторичной эмиссии, либо нет. Если она пересекала порог, при распаде точки высвобождался всплеск электронов. Этот импульс считывался емкостным способом на металлической пластине, расположенной прямо перед дисплеем трубки. [4]
Существовало четыре основных класса трубок для хранения; «тип поверхностного перераспределения», представленный трубкой Вильямса, системой «барьерной сетки», которая безуспешно коммерциализировалась RCA как трубка Радехона , тип «прилипающего потенциала», который не использовался в коммерческих целях, и концепция «удерживающей балки», Конкретным примером является Selectron. [5]
балки удерживающей Концепция
В самой базовой реализации в трубке удерживающего луча используются три электронные пушки; один для письма, один для чтения и третий «пистолет», сохраняющий узор. Принцип работы очень похож на трубку Вильямса. Главным отличием был удерживающий пистолет, который стрелял непрерывно и несфокусированно, поэтому закрывал всю площадь хранения люминофора. Это привело к тому, что люминофор постоянно заряжался до выбранного напряжения, несколько ниже порога вторичной эмиссии. [6]
Запись осуществлялась путем стрельбы из пишущего пистолета при низком напряжении, аналогично лампе Вильямса, с добавлением дополнительного напряжения к люминофору. Таким образом, схема хранения представляла собой небольшую разницу между двумя напряжениями, хранящимися на трубке, обычно отличающимися всего на несколько десятков вольт. [6] Для сравнения, в трубке Вильямса использовалось гораздо более высокое напряжение, создавая рисунок, который можно было сохранить только в течение короткого периода времени, прежде чем он стал ниже читаемости.
Чтение осуществлялось путем сканирования считывающим пистолетом места хранения. Этот пистолет был настроен на напряжение, которое превышало бы порог вторичного излучения для всего дисплея. Если бы сканируемая область содержала потенциал удерживающей пушки, определенное количество электронов было бы высвобождено, если бы она содержала потенциал пишущей пушки, это число было бы выше. Электроны считывались с помощью сетки из тонких проводов, расположенной за дисплеем, что делало систему полностью автономной. Напротив, считывающая пластина трубки Вильямса находилась перед трубкой и для правильной работы требовала постоянной механической регулировки. [6] Преимущество сетки также заключалось в том, что она разбивала изображение на отдельные точки, не требуя жесткой фокусировки системы Уильямса.
В целом принцип работы был таким же, как и в системе Уильямса, но концепция холдинга имела два основных преимущества. Во-первых, он работал при гораздо меньшей разности напряжений и, таким образом, мог безопасно хранить данные в течение более длительного периода времени. Во-вторых, одни и те же драйверы отклоняющих магнитов можно было послать к нескольким электронным пушкам для создания одного более крупного устройства без увеличения сложности электроники.
Дизайн [ править ]
Selectron еще больше изменил базовую концепцию удерживающего пистолета за счет использования отдельных металлических проушин, которые использовались для хранения дополнительного заряда более предсказуемым и долговечным образом.
В отличие от ЭЛТ, где электронная пушка представляет собой одноточечный источник, состоящий из нити накала и однозарядного ускорителя, в Селектроне «пушка» представляет собой пластину, а ускоритель — сетку из проводов (таким образом, заимствовав некоторые конструктивные особенности барьерной сетки). трубка). Коммутационные схемы позволяют подавать напряжение на провода для их включения или выключения. Когда пистолет стреляет через люверсы, он слегка расфокусирован. Некоторые электроны ударяются о глазок и откладывают на нем заряд.
Оригинальный 4096-битный Selectron [7] представляла собой вакуумную трубку длиной 10 дюймов (250 мм) и диаметром 3 дюйма (76 мм), сконфигурированную как 1024 на 4 бита. Он имел катод косвенного нагрева , идущий посередине, окруженный двумя отдельными наборами проводов — одним радиальным, одним осевым — образующими цилиндрическую решетчатую решетку, и, наконец, покрытие из диэлектрического накопительного материала на внутренней стороне четырех сегментов закрывающего металлического цилиндра. называемые сигнальными пластинами . Биты хранились в виде отдельных областей заряда на гладких поверхностях сигнальных пластин.
Два набора ортогональных проволок сетки обычно были слегка «смещены» в положительном направлении, так что электроны от катода ускорялись через сетку и достигали диэлектрика. Непрерывный поток электронов позволял непрерывно восстанавливать накопленный заряд за счет вторичной эмиссии электронов. Чтобы выбрать бит для чтения или записи, все, кроме двух соседних проводов на каждой из двух сеток, были смещены отрицательно, позволяя току течь к диэлектрику только в одном месте.
В этом отношении Selectron работает в противоположном направлении по сравнению с лампой Уильямса. В трубке Вильямса луч постоянно сканирует в цикле чтения/записи, который также используется для регенерации данных. Напротив, Selectron почти всегда восстанавливает всю лампу, лишь периодически прерывая ее для фактического чтения и записи. Это не только ускорило работу из-за отсутствия необходимых пауз, но и сделало данные более надежными, поскольку они постоянно обновлялись.
Запись осуществлялась путем выбора бита, как указано выше, а затем отправки импульса потенциала, положительного или отрицательного, на сигнальную пластину. Если бит выбран, электроны будут притягиваться (с положительным потенциалом) или выталкиваться (с отрицательным потенциалом) к диэлектрику. Когда смещение на сетке уменьшалось, электроны задерживались на диэлектрике в виде пятна статического электричества.
Для чтения с устройства выбиралось место разряда и посылался импульс с катода. Если бы диэлектрик этого бита содержал заряд, электроны отталкивались бы от диэлектрика и воспринимались бы как краткий импульс тока на сигнальной пластине. Отсутствие такого импульса означало, что диэлектрик не мог удерживать заряд.
256-битное (128 на 2 бита) «производственное» устройство меньшей емкости. [8] находился в аналогичной ламповой оболочке. Он был построен с двумя массивами дискретных «проушин» на прямоугольной пластине, разделенными рядом из восьми катодов. Количество контактов было уменьшено с 44 для 4096-битного устройства до 31 контакта и двух разъемов для вывода коаксиального сигнала. Эта версия включала видимые зеленые люминофоры в каждую проушину. [ нужна ссылка ] так что статус бита также можно было прочитать на глаз.
Патенты [ править ]
- Патент США 2 494 670 Цилиндрический 4096-битный Selectron
- Патент США 2604606 Planar 256-bit Selectron
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ^ Метрополис Н., Райчман, Дж. А. (1980) Ранние исследования компьютеров в RCA. История вычислений в двадцатом веке, стр. 465-469, ISBN 0-12-491650-3
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Грейенбергер Дж. Ф. (1968) История ДЖОННИАКА, стр. 25-27.
- ^ Нолл и Казань 1952 , с. 1.
- ^ Эккерт 1998 , стр. 19–20.
- ^ Эккерт 1998 , с. 18.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Эккерт 1998 , с. 21.
- ^ Райчман, Дж. А. (1947). «Селектрон — трубка для селективного накопления электростатического заряда» (PDF) . Математические таблицы и другие средства вычислений . 2 (20): 359–361. дои : 10.2307/2002239 . JSTOR 2002239 .
- ^ Райчман, Дж. А. (1951). «Селективная электростатическая трубка для хранения». Обзор РКА . 12 (1): 53–97.
Библиография [ править ]
- Эккерт-младший, Дж. Преспер (октябрь 1953 г.). «Обзор цифровых компьютерных систем памяти» (PDF) . Труды ИРЭ . 41 (10): 1393–1406. дои : 10.1109/jrproc.1953.274316 . S2CID 8564797 . Переиздано в журнале IEEE Annals of the History of Computing , том 20, номер 4 (октябрь 1988 г.), стр. 11–28. дои : 10.1109/85.728227
- Нолл, Макс; Казань, Б. (1952). Пробирки для хранения и их основные принципы (PDF) . Джон Уайли и сыновья.
Внешние ссылки [ править ]
- Селектрон
- Дисплей ранних устройств: Воспоминания — примерно посередине страницы есть изображение 256-битного Selectron.
- Еще фотографии
- История RCA Selectron