Трубка Вильямса - Williams tube

Трубка Вильямса – Килбурна из IBM 701 на Музей истории компьютеров, в Маунтин-Вью, Калифорния
Шаблон памяти включен SWAC ЭЛТ с трубкой Вильямса
Память компьютера типы
Общий
Летучий
баран
Исторический
Энергонезависимая
ПЗУ
NVRAM
Ранняя стадия NVRAM
Магнитный
Оптический
В развитии
Исторический

В Трубка Вильямса, или Трубка Вильямса – Килбурна после изобретателей Фредди Уильямс и Том Килберн, является ранней формой память компьютера.[1][2] Это был первый произвольный доступ цифровое запоминающее устройство и успешно использовалось в нескольких первых компьютерах.[3]

Трубка Вильямса работает, отображая сетку точек на электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Из-за того, как работают ЭЛТ, это создает небольшой заряд статичное электричество над каждой точкой. Заряд в месте расположения каждой точки считывается с помощью тонкого металлического листа прямо перед дисплеем. Поскольку дисплей со временем выцветал, он периодически обновлялся. Он работает быстрее, чем раньше. память линии задержки, со скоростью электронов внутри вакуумной трубки, а не со скоростью скорость звука. Однако на систему отрицательно повлияли любые близлежащие электрические поля, и для сохранения работоспособности требовалось постоянное выравнивание. Трубки Вильямса – Килберна использовались в основном в проектах высокоскоростных компьютеров.

Уильямс и Килберн подали заявку на британские патенты 11 декабря 1946 г.[4] и 2 октября 1947 г.,[5] за которыми последовали патентные заявки США 10 декабря 1947 г.,[6] и 16 мая 1949 г.[7]

Принцип работы

Трубка Вильямса зависит от эффекта, называемого вторичная эмиссия что происходит на электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Когда электронный луч попадает на люминофор который образует поверхность дисплея, обычно заставляет его светиться; однако, если энергия луча превышает заданный порог (в зависимости от смеси люминофора), это также вызывает электроны быть вычеркнутым 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. Результирующий заряжать хорошо остается на поверхности трубки в течение доли секунды, в то время как электроны возвращаются в исходное положение.[1] Срок службы зависит от электрическое сопротивление люминофора и размера колодца.

Процесс создания заряда используется в качестве операции записи в память компьютера, хранения одной двоичной цифры или кусочек. 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 устанавливает верхний предел плотность 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 запускает генератор временной базы который будет очищать выбранные ячейки, считывая или записывая во внутренние регистры, обычно реализуемый как шлепки.

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, поэтому за любым чтением должна следовать запись для восстановления исходных данных. 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. Однако, поскольку данные считываются, а затем сразу записываются, эта операция может выполняться с помощью внешних схем, в то время как центральное процессорное устройство (CPU) был занят выполнением других операций. Эта операция обновления аналогична операции обновление памяти циклы 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 обратно. Исходные системы производили этот эффект, записывая маленькое тире, что было легко сделать, не меняя мастер-таймеры и просто создавая ток записи для 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 сделаны из радар электронно-лучевые трубки с люминофор покрытие, 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, поскольку лицевая сторона трубки была закрыта пластиной датчика. Если требовался видимый выход, в качестве устройства отображения использовалась вторая трубка, подключенная параллельно накопительной трубке, с люминофорным покрытием, но без пластины для считывания.

Разработка

Разработано в Манчестерский университет в Англии он предоставил среду, на которой была реализована первая программа с электронным хранением памяти в Манчестер Бэби компьютер, который впервые успешно запустил программу 21 июня 1948 года.[8] Фактически, вместо трубки памяти Вильямса, разработанной для младенца, он был испытательная площадка чтобы продемонстрировать надежность памяти.[9][10] Том Килберн написал 17-строчную программу для вычисления наивысшего правильный фактор из 218. 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, ртуть память линии задержки был медленнее и не был полностью произвольным, 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 их проблемы со скоростью передачи данных, весом, стоимостью, температурой и токсичностью. Тем не менее Манчестер Марк 1, который использовал трубки Вильямса, был успешно коммерциализирован как Ферранти Марк 1. Некоторые ранние компьютеры в США также использовали лампы Вильямса, в том числе Машина IAS (изначально разработан для Трубка Selectron память), UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 и Стандарты Western Automatic Computer (SWAC). Трубки Вильямса использовались и в советских Стрела-1 и в Japan 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

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ а б c Килберн, Том (1990), "От электронно-лучевой трубки до Ferranti Mark I", Воскрешение, Общество сохранения компьютеров, 1 (2), ISSN  0958-7403, получено 15 марта 2012
  2. ^ Брайан Нэппер (25 ноября 1998 г.). "Williams Tube". Манчестерский университет. Получено 1 октября 2016.
  3. ^ «Первые компьютеры в Манчестерском университете», Воскрешение, Общество сохранения компьютеров, 1 (4), лето 1992 г., ISSN  0958-7403, получено 7 июля 2010
  4. ^ Патент Великобритании 645 691
  5. ^ Патент Великобритании 657,591
  6. ^ Патент США 2,951,176
  7. ^ Патент США 2777971
  8. ^ Наппер, Брайан, Компьютер 50: Манчестерский университет празднует рождение современного компьютера, заархивировано из оригинал 4 мая 2012 г., получено 26 мая 2012
  9. ^ Williams, F.C .; Килбурн, Т. (сентябрь 1948 г.), «Электронные цифровые компьютеры», Природа, 162 (4117): 487, Дои:10.1038 / 162487a0, S2CID  4110351. Перепечатано в Истоки цифровых компьютеров
  10. ^ Williams, F.C .; Kilburn, T .; Tootill, G.C. (Февраль 1951 г.), «Универсальные высокоскоростные цифровые компьютеры: малогабаритная экспериментальная машина», Proc. IEE, 98 (61): 13–28, Дои:10.1049 / пи-2.1951.0004.
  11. ^ Лавингтон 1998, п. 11
  12. ^ Управление военно-морских исследований США (1953). Обзор автоматических цифровых компьютеров. Управление военно-морских исследований Департамента ВМФ. п.87.

Библиография

дальнейшее чтение

внешняя ссылка