трубка Уильямса
| памяти компьютера и хранения данных компьютера Типы |
|---|
| Неустойчивый |
| Энергонезависимый |
Трубка Вильямса , или трубка Вильямса-Килберна, названная в честь изобретателей Фредди Уильямса и Тома Килберна , является ранней формой компьютерной памяти . [1] [2] Это было первое цифровое запоминающее устройство с произвольным доступом , которое успешно использовалось в нескольких ранних компьютерах. [3]
Трубка Вильямса работает путем отображения сетки точек на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Из-за особенностей работы ЭЛТ над каждой точкой создается небольшой заряд статического электричества . Заряд в месте расположения каждой точки считывается тонким металлическим листом прямо перед дисплеем. Поскольку дисплей со временем тускнел, его периодически обновляли. Она работает быстрее, чем предыдущая акустическая память с линией задержки , со скоростью электронов внутри вакуумной лампы, а не со скоростью звука . На систему негативно влияли близлежащие электрические поля, и для поддержания работоспособности требовалась частая корректировка. Трубки Уильямса-Килберна использовались в основном в конструкциях высокоскоростных компьютеров.
Уильямс и Килберн подали заявки на британские патенты 11 декабря 1946 года. [4] и 2 октября 1947 г., [5] за которым последовали заявки на патенты США 10 декабря 1947 г., [6] и 16 мая 1949 г. [7]
Принцип работы
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Март 2016 г. ) |
Трубка Вильямса зависит от эффекта, называемого вторичной эмиссией , который возникает в электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). Когда электронный луч попадает на люминофор , образующий поверхность дисплея, он обычно вызывает его свечение. Если энергия луча превышает заданный порог (в зависимости от смеси люминофора), это также приводит к выбрасыванию электронов из люминофора. Эти электроны проходят небольшое расстояние, прежде чем притянуться обратно к поверхности ЭЛТ и упасть на нее на небольшом расстоянии. Общий эффект заключается в создании небольшого положительного заряда в непосредственной области луча, где наблюдается дефицит электронов, и небольшого отрицательного заряда вокруг точки, куда приземляются эти электроны. Образующаяся в результате зарядовая яма остается на поверхности трубки в течение доли секунды, пока электроны возвращаются на свои исходные места. [1] Срок службы зависит от электрического сопротивления люминофора и размера ямы.
Письмо
[ редактировать ]Процесс создания заряда используется как операция записи в память компьютера, сохраняющая одну двоичную цифру или бит . Положительно заряженная точка стирается (хорошо заполняя заряд) путем рисования второй точки, расположенной непосредственно рядом с той, которую нужно стереть (большинство систем делали это путем рисования короткого тире, начиная с позиции точки, расширение тире изначально стирало заряд). сохраняется в начальной точке). Это сработало, потому что отрицательный ореол вокруг второй точки заполнил положительный центр первой точки. Набор точек или пробелов, часто одна горизонтальная строка на дисплее, представляет собой компьютерное слово. Увеличение энергии луча делало точки больше и длилось дольше, но требовало, чтобы они находились дальше друг от друга, поскольку соседние точки стирали друг друга.
Энергия луча должна была быть достаточно большой, чтобы создавать точки с полезным сроком службы. Это накладывает верхний предел плотности памяти , и каждая трубка Уильямса обычно может хранить от 256 до 2560 бит данных.
Поскольку электронный луч практически безинерционен и может перемещаться в любом месте дисплея, компьютер может получить доступ к любому месту, что делает его оперативной памятью. Обычно компьютер загружает адрес памяти в виде пары X и Y в схему драйвера, а затем запускает генератор временной развертки , который просматривает выбранные ячейки, читая или записывая во внутренние регистры, обычно реализованные как триггеры .
Чтение
[ редактировать ]Чтение памяти происходило посредством вторичного эффекта, вызванного операцией записи. В течение короткого периода, пока происходит запись, перераспределение зарядов в люминофоре создает электрический ток , который индуцирует напряжение в любых близлежащих проводниках . Это можно прочитать, поместив тонкий металлический лист перед экраном ЭЛТ. Во время операции чтения луч сначала записывает выбранные битовые ячейки на дисплее. Те места, в которые ранее были записаны, уже обеднены электронами, поэтому ток не течет, и на пластине не появляется напряжение. Это позволяет компьютеру определить, что в этом месте была цифра «1». Если местоположение не было записано ранее, процесс записи создаст лунку, и на листе будет считан импульс, обозначающий «0». [1]
Чтение ячейки памяти создает заряд, независимо от того, был ли он там ранее или нет, тем самым уничтожая исходное содержимое этого места. Таким образом, за любым чтением должна следовать перезапись для восстановления исходных данных. В некоторых системах это достигалось с помощью второй электронной пушки внутри ЭЛТ, которая могла записывать в одно место, в то время как другое считывало следующее.
Освежающий
[ редактировать ]Поскольку со временем изображение на дисплее тускнело, весь дисплей приходилось периодически обновлять одним и тем же основным методом. Поскольку данные считываются, а затем немедленно перезаписываются, эта операция может выполняться внешней схемой, пока центральный процессор (ЦП) занят выполнением других операций. Эта операция обновления аналогична обновления памяти циклам DRAM в современных системах.
Стирание
[ редактировать ]Поскольку в процессе обновления на дисплее постоянно появлялся один и тот же шаблон, возникла необходимость стирать ранее записанные значения. Обычно это достигалось путем записи на дисплей рядом с исходным местоположением. Электроны, выпущенные в результате этой новой записи, попадут в ранее записанную яму, заполнив ее. Исходные системы создавали этот эффект за счет записи небольшого тире, чего было легко добиться, не меняя главные таймеры и просто создавая ток записи на несколько более длительный период. Получившийся узор представлял собой серию точек и тире. Было проведено значительное количество исследований более эффективных систем стирания, при этом в некоторых системах использовались расфокусированные лучи или сложные узоры.
Видимость данных
[ редактировать ]Некоторые трубки Уильямса были изготовлены из радиолокационного электронно-лучевых трубок типа с люминофорным покрытием, которое делало данные видимыми, в то время как другие трубки были специально изготовлены без такого покрытия. Наличие или отсутствие этого покрытия не влияло на работу трубки и не имело значения для операторов, поскольку лицевая сторона трубки была закрыта приемной пластиной. Если требовался видимый выходной сигнал, в качестве устройства отображения использовалась вторая трубка, соединенная параллельно с накопительной трубкой, с люминофорным покрытием, но без приемной пластины.
Разработка
[ редактировать ]Разработанный в Манчестерском университете в Англии , он стал носителем программ для Manchester Baby , первого электронного компьютера с хранимой программой , который впервые успешно запустил программу 21 июня 1948 года. [8] Вместо ламповой памяти Уильямса, предназначенной для Baby, Baby был испытательным стендом для демонстрации надежности памяти. [9] [10] Том Килберн написал программу из 17 команд для вычисления наивысшего собственного множителя чисел размером до 2. 18 . Университетская традиция гласит, что это была единственная программа, которую когда-либо написал Килберн. [11]
Лампы Williams с возрастом становились ненадежными, и большинство работающих установок приходилось настраивать вручную. Напротив, ртутная память с линией задержки была медленнее и не имела произвольного доступа, поскольку биты представлялись последовательно, что усложняло программирование. Линии задержки также нуждались в ручной настройке, но старели не так сильно и пользовались некоторым успехом на ранних этапах развития цифровых электронных вычислений, несмотря на проблемы со скоростью передачи данных, весом, стоимостью, температурой и токсичностью. Manchester Mark 1 , в котором использовались лампы Williams, был успешно коммерциализирован как Ferranti Mark 1 . Некоторые ранние компьютеры в Соединенных Штатах также использовали лампы Уильямса, в том числе машина IAS (первоначально разработанная для ламповой памяти Selectron), UNIVAC 1103 , IBM 701 , IBM 702 и Standards Western Automatic Computer (SWAC). Лампы Вильямса также использовались в советской «Стреле-1» и в японском ТАС (Токийский автоматический компьютер). [12]
-
Трубка Уильямса – Килберна. -
Схема ламповой памяти Уильямса из патента 1947 года. -
Трубка SWAC Williams в сборе -
Схема лампового модуля SWAC Williams
См. также
[ редактировать ]- Компьютер Атанасова – Берри - использовал тип памяти, называемый регенеративной конденсаторной памятью.
- Оптическая память Меллона
Ссылки
[ редактировать ]- Примечания
- ^ Jump up to: а б с Килберн, Том (1990), «От электронно-лучевой трубки до Ферранти Марка I» , Resurrection , 1 (2), Общество охраны компьютеров, ISSN 0958-7403 , получено 15 марта 2012 г.
- ^ Брайан Нэппер (25 ноября 1998 г.). «Уильямс Тьюб» . Университет Манчестера . Проверено 1 октября 2016 г.
- ^ «Ранние компьютеры в Манчестерском университете» , Resurrection , 1 (4), The Computer Conservation Society, лето 1992 г., ISSN 0958-7403 , получено 7 июля 2010 г.
- ^ Патент Великобритании 645691.
- ^ Патент Великобритании 657 591.
- ^ Патент США 2 951 176.
- ^ Патент США 2777971.
- ^ Нэппер, Брайан, Компьютер 50: Манчестерский университет празднует рождение современного компьютера , заархивировано из оригинала 4 мая 2012 г. , получено 26 мая 2012 г.
- ^ Уильямс, ФК; Килберн, Т. (сентябрь 1948 г.), «Электронные цифровые компьютеры», Nature , 162 (4117): 487, Бибкод : 1948Natur.162..487W , doi : 10.1038/162487a0 , S2CID 4110351 . Перепечатано в «Происхождении цифровых компьютеров».
- ^ Уильямс, ФК; Килберн, Т.; Тутилл, Г.К. (февраль 1951 г.), «Универсальные высокоскоростные цифровые компьютеры: маломасштабная экспериментальная машина» , Proc. IEE , 98 (61): 13–28, doi : 10.1049/pi-2.1951.0004 .
- ^ Лавингтон 1998 , с. 11
- ^ Управление военно-морских исследований США (1953 г.). Обзор автоматических цифровых компьютеров . Управление военно-морских исследований Департамента военно-морского флота. п. 87 .
- Библиография
- Килберн, Т. (1948), Система хранения данных для использования с двоичными цифровыми вычислительными машинами (докторская диссертация), Манчестерский университет
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - Лавингтон, Саймон (1998), История компьютеров в Манчестере (2-е изд.), Британское компьютерное общество, ISBN 978-1-902505-01-5
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Баше, Чарльз Дж. (1986). Первые компьютеры IBM . МТИ Пресс . ISBN 0-262-02225-7 .
- Лавингтон, Саймон Х. (1980). Ранние британские компьютеры . Издательство Манчестерского университета . ISBN 0-932376-08-8 .
- Рэнделл, Брайан (1982). Происхождение цифровых компьютеров (3-е изд.). Спрингер-Верлаг. ISBN 0-387-11319-3 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]