| Память компьютера и типы хранилищ данных |
|---|
| Общий |
|
| Летучий |
| баран |
|
| Исторический |
|
| Энергонезависимая |
| ПЗУ |
|
| NVRAM |
|
| Ранняя стадия NVRAM |
|
| Аналоговая запись |
|
| Оптический |
|
| В развитии |
|
| Исторический |
|
Williams труба , или труба Williams-Килбурн после изобретателей Фредди Уильямса и Тот KILBURN , является ранней формой компьютерной памяти . [1] [2] Это было первое цифровое запоминающее устройство с произвольным доступом , которое успешно использовалось в нескольких первых компьютерах. [3]
Трубка Вильямса работает, отображая сетку 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 с помощью тонкого металлического листа прямо перед дисплеем. Так как дисплей со временем потускнел, он периодически обновлялся. Он работает быстрее, чем ранее использовавшаяся память с акустической линией задержки , со скоростью электронов внутри вакуумной лампы, а не со скоростью звука . Однако на систему отрицательно повлияли любые близлежащие электрические поля, и для сохранения работоспособности требовалась постоянная юстировка. Трубки Вильямса – Килберна использовались в основном в проектах высокоскоростных компьютеров.
Уильямс и Килберн подали заявки на британские патенты 11 декабря 1946 г. [4] и 2 октября 1947 г. [5], а затем заявки на патенты США 10 декабря 1947 г. [6] и 16 мая 1949 г. [7]
Принцип работы [ править ]
Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . ( Март 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Трубка Вильямса зависит от эффекта, называемого вторичной эмиссией, который возникает на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). Когда электронный луч попадает на люминофор , образующий поверхность дисплея, он обычно вызывает его свечение. Если энергия луча выше заданного порогового значения (в зависимости от смеси люминофора), это также вызывает вылет электронов из люминофора. Эти электроны проходят небольшое расстояние, а затем снова притягиваются к поверхности ЭЛТ и падают на нее на небольшом расстоянии. Общий эффект состоит в том, чтобы вызвать небольшой положительный заряд в непосредственной близости от луча, где наблюдается дефицит электронов, и небольшой отрицательный заряд вокруг точки, где эти электроны приземляются. Получившийся заряд хорошоостается на поверхности трубки в течение доли секунды, в то время как электроны возвращаются в исходное положение. [1] Срок службы зависит от электрического сопротивления люминофора и размера лунки.
Процесс создания заряда используется как операция записи в память компьютера, где хранится одна двоичная цифра или бит . Набор точек или пробелов, часто одна горизонтальная строка на дисплее, представляет собой компьютерное слово. Существует взаимосвязь между размером и расстоянием между точками и их сроком службы, а также способностью подавлять перекрестные помехи с соседними точками. Это накладывает верхний предел плотности памяти , и каждая трубка Вильямса обычно может хранить от 1024 до 2560 бит данных. Поскольку электронный луч практически безынерционен и может перемещаться в любом месте дисплея, компьютер может получить доступ к любому месту, что делает его запоминающим устройством с произвольным доступом. Обычно компьютер загружает адрес в виде пары X и Y в схему драйвера, а затем запускаетгенератор временной развертки, который просматривает выбранные ячейки, считывая или записывая во внутренние регистры, обычно реализуемый как триггеры .
Чтение памяти происходило из-за вторичного эффекта, вызванного операцией записи. В течение короткого периода, когда происходит запись, перераспределение зарядов в люминофоре создает электрический ток, который индуцирует напряжение в любых соседних проводниках. Это можно прочитать, поместив тонкий металлический лист прямо перед дисплеем ЭЛТ. Во время операции чтения луч записывает выбранные биты на дисплее. Те места, которые были ранее записаны, уже лишены электронов, 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, в процессе записи будет создана лунка, и на планшете будет считываться импульс, указывающий на «0». [1]
Чтение ячейки памяти создает заряд, независимо от того, был он там ранее или нет, уничтожая исходное содержимое этого места, и поэтому любое чтение должно сопровождаться перезаписью, чтобы восстановить исходные данные. В некоторых системах для этого использовалась вторая электронная пушка внутри ЭЛТ, которая могла записывать данные в одно место, а другое - в другое. Поскольку изображение на дисплее со временем выцветало, приходилось периодически обновлять весь экран с использованием того же основного метода. Поскольку данные считываются и затем немедленно перезаписываются, эта операция может выполняться внешними схемами, пока центральный процессор (ЦП) был занят выполнением других операций. Эта операция обновления аналогична циклам обновления памяти DRAM. в современных системах.
Поскольку процесс обновления приводил к тому, что на дисплее постоянно появлялся один и тот же шаблон, возникла необходимость в возможности удаления ранее записанных значений. Обычно это выполнялось путем записи на дисплей рядом с исходным местоположением. Электроны, высвобождаемые этой новой записью, попадут в ранее записанную лунку, заполнив ее. Оригинальные системы производили этот эффект, записывая небольшое тире, что было легко сделать, не меняя главные таймеры и просто создавая ток записи на немного более длительный период. Полученный узор представлял собой серию точек и тире. Было проведено значительное количество исследований по более эффективным системам стирания, при этом некоторые системы использовали расфокусированные лучи или сложные узоры.
Некоторые трубки Вильямса были изготовлены из электронно-лучевых трубок радарного типа с люминофорным покрытием, которое делало данные видимыми, в то время как другие трубки были специально построены без такого покрытия. Наличие или отсутствие этого покрытия не влияло на работу трубки и не имело значения для операторов, так как лицевая сторона трубки была закрыта пластиной датчика. Если был необходим видимый выход, в качестве устройства отображения использовалась вторая трубка, подключенная параллельно накопительной трубке, с люминофорным покрытием, но без пластины для считывания.
Развитие [ править ]
Разработанный в Манчестерском университете в Англии, он предоставил среду, на которой первая программа с электронным хранением памяти была реализована в компьютере Manchester Baby , который впервые успешно запустил программу 21 июня 1948 года. [8] Фактически, а не в системе. Лампа памяти Williams, разработанная для младенца, была испытательной площадкой для демонстрации надежности памяти. [9] [10] Том Килберн написал программу из 17 строк для вычисления наивысшего надлежащего множителя 2 18 . По традиции в университете это была единственная программа, которую когда-либо написал Килберн. [11]
Лампы Williams с возрастом становились ненадежными, и большинство работающих установок приходилось «настраивать» вручную. Напротив, память с ртутной линией задержки была медленнее и не имела действительно произвольного доступа, поскольку биты представлялись последовательно, что усложняло программирование. Линии задержки также нуждались в ручной настройке, но они не так сильно устарели и пользовались некоторым успехом в ранних цифровых электронных вычислениях, несмотря на проблемы со скоростью передачи данных, весом, стоимостью, температурой и токсичностью. Однако Manchester Mark 1 , в котором использовались лампы Williams, был успешно коммерциализирован как Ferranti Mark 1 . Некоторые ранние компьютеры в Соединенных Штатах также использовали лампы Вильямса, в том числе машина IAS (изначально разработанная для памяти трубок Selectron ),UNIVAC 1103 , IBM 701 , IBM 702 и Standard Western Automatic Computer (SWAC). Трубки Вильямса также использовались в советской Стреле-1 и в японском TAC (Tokyo Automatic Computer). [12]
Трубка Вильямса – Килберна
Схема памяти трубки Вильямса из патента 1947 года
Узел трубки SWAC Williams
Схема трубного модуля SWAC Williams
См. Также [ править ]
- Компьютер Атанасова-Берри - использовал тип памяти, называемый регенеративной конденсаторной памятью.
- Оптическая память Меллона
Ссылки [ править ]
Примечания
- ^ a b c Килберн, Том (1990), "From Cathode Ray Tube to Ferranti Mark I" , Resurrection , The Computer Conservation Society, 1 (2), ISSN 0958-7403 , получено 15 марта 2012 г.
- ↑ Брайан Нэппер (25 ноября 1998 г.). «Труба Вильямса» . Манчестерский университет . Дата обращения 1 октября 2016 .
- ^ "Ранние компьютеры в Манчестерском университете" , Resurrection , The Computer Conservation Society, 1 (4), лето 1992, ISSN 0958-7403 , получено 7 июля 2010 г.
- ^ Патент ГБ 645 691
- ^ Патент ГБ 657,591
- ^ Патент США 2,951,176
- ^ Патент США 2777971
- ^ Napper, Брайан, Компьютер 50: Университет Манчестера празднует рождение современного компьютера , архивируются с оригинала на 4 мая 2012 года , получен 26 мая 2 012
- ^ Уильямс, ФК; Килбурн, T. (Sep 1948), "Электронные цифровые компьютеры", Nature , 162 (4117): 487, DOI : 10.1038 / 162487a0 , S2CID 4110351 . Перепечатано в книге "Истоки цифровых компьютеров"
- ^ Уильямс, ФК; Килберн, Т .; Tootill, GC (февраль 1951 г.), «Универсальные высокоскоростные цифровые компьютеры: небольшая экспериментальная машина» , Proc. НВО , 98 (61): 13-28, DOI : 10,1049 / пи-2.1951.0004 .
- ^ Lavington 1998 , стр. 11
- ^ Управление военно-морских исследований США (1953). Обзор автоматических цифровых вычислительных машин . Управление военно-морских исследований Департамента ВМФ. п. 87 .
Библиография
- Килбурн, Т. (1948), Система хранения для использования с двоичными цифровыми вычислительными машинами (докторская диссертация), Манчестерский университет
- Лавингтон, Саймон (1998), История компьютеров Манчестера (2-е изд.), Британское компьютерное общество, ISBN 978-1-902505-01-5
Дальнейшее чтение [ править ]
- Баше, Чарльз Дж. (1986). Ранние компьютеры IBM . MIT Press . ISBN 0-262-02225-7.
- Лавингтон, Саймон Х. (1980). Ранние британские компьютеры . Издательство Манчестерского университета . ISBN 0-932376-08-8.
- Рэнделл, Брайан (1982). Истоки цифровых компьютеров (3-е изд.). Springer-Verlag. ISBN 0-387-11319-3.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с трубками Вильямса . |
- Труба Уильямса
- Манчестерский ребенок и рождение компьютерной памяти
- RCA 6571 Технический паспорт трубки для хранения компьютера
