Kanał Williamsa - Williams tube
Rury Williams lub rury Williams Kilburn po wynalazców Freddie Williams i Tom Kilburn jest pierwszą formę pamięci komputera . Było to pierwsze cyfrowe urządzenie pamięci masowej o dostępie swobodnym i było z powodzeniem stosowane w kilku wczesnych komputerach.
Lampa Williamsa działa poprzez wyświetlanie siatki kropek na kineskopie (CRT). Ze względu na sposób działania kineskopów kineskopowych, każda kropka ma niewielki ładunek elektrostatyczny . Ładunek w miejscu każdej z kropek jest odczytywany przez cienką blachę tuż przed wyświetlaczem. Ponieważ wyświetlacz z czasem wyblakł, był okresowo odświeżany. Działa szybciej niż wcześniejsza akustyczna pamięć linii opóźniającej , z prędkością elektronów wewnątrz lampy próżniowej, a nie z prędkością dźwięku . Na system niekorzystnie wpływały pobliskie pola elektryczne i wymagał ciągłego zestrojenia, aby mógł działać. Rury Williamsa-Kilburna były używane głównie w szybkich projektach komputerowych.
Williams i Kilburn złożyli wnioski o patenty brytyjskie 11 grudnia 1946 r. i 2 października 1947 r., a następnie zgłoszenia patentowe w Stanach Zjednoczonych 10 grudnia 1947 r. i 16 maja 1949 r.
Zasada działania
Lampa Williamsa zależy od efektu zwanego emisją wtórną, który występuje w lampach katodowych (CRT). Kiedy wiązka elektronów uderza w luminofor tworzący powierzchnię wyświetlacza, zwykle powoduje jego podświetlenie. Jeśli energia wiązki przekracza określony próg (w zależności od mieszanki luminoforów), powoduje to również wybicie elektronów z luminoforu. Elektrony te przemieszczają się na krótką odległość, zanim zostaną przyciągnięte z powrotem na powierzchnię CRT i spadną na nią w niewielkiej odległości. Ogólnym efektem jest wytworzenie niewielkiego ładunku dodatniego w bezpośrednim obszarze wiązki, w którym występuje deficyt elektronów, oraz niewielkiego ładunku ujemnego wokół punktu, w którym elektrony te lądują. Powstała studnia ładunku pozostaje na powierzchni rury przez ułamek sekundy, podczas gdy elektrony wracają do swoich pierwotnych lokalizacji. Żywotność zależy od rezystancji elektrycznej luminoforu i wielkości studni.
Proces tworzenia studni ładunkowej jest wykorzystywany jako operacja zapisu w pamięci komputera, przechowującej pojedynczą cyfrę binarną, czyli bit . Dodatnio naładowana kropka jest kasowana (wypełniając zagłębienie) poprzez narysowanie drugiej kropki bezpośrednio sąsiadującej z tą, która ma zostać wymazana (większość systemów robiła to, rysując krótką kreskę rozpoczynającą się od pozycji kropki, przedłużenie kreski początkowo usuwało ładunek przechowywane w punkcie początkowym). To zadziałało, ponieważ negatywna otoczka wokół drugiej kropki wypełniłaby dodatni środek pierwszej kropki. Zbiór kropek lub spacji, często jeden poziomy rząd na wyświetlaczu, reprezentuje słowo komputerowe. Zwiększenie energii wiązki sprawiało, że kropki były większe i trwalsze, ale wymagało od nich większej odległości, ponieważ pobliskie kropki wymazywały się nawzajem. Energia wiązki musiała być wystarczająco duża, aby wytworzyć kropki o użytecznej żywotności. Nakłada to górny limit na gęstość pamięci , a każda rurka Williamsa może zwykle przechowywać około 256 do 2560 bitów danych. Ponieważ wiązka elektronów jest zasadniczo pozbawiona bezwładności i może być przemieszczana w dowolne miejsce na ekranie, komputer może uzyskać dostęp do dowolnego miejsca, co czyni go pamięcią o dostępie swobodnym. Zazwyczaj komputer ładuje adres jako parę X i Y do obwodów sterownika, a następnie uruchamia generator podstawy czasu , który przeszukuje wybrane lokalizacje, odczytując lub zapisując do rejestrów wewnętrznych, zwykle zaimplementowanych jako przerzutniki .
Odczytywanie pamięci odbywało się poprzez efekt wtórny wywołany operacją zapisu. W krótkim okresie, w którym następuje zapis, redystrybucja ładunków w luminoforze wytwarza prąd elektryczny, który indukuje napięcie w pobliskich przewodnikach. Odczytuje się go, umieszczając cienką blachę tuż przed stroną wyświetlacza CRT. Podczas operacji odczytu wiązka zapisuje w wybranych lokalizacjach bitów na wyświetlaczu. Te miejsca, do których wcześniej zapisano, są już pozbawione elektronów, więc prąd nie płynie, a na płytce nie pojawia się napięcie. Dzięki temu komputer może określić, że w tej lokalizacji znajduje się „1”. Jeśli lokalizacja nie została wcześniej zapisana, proces zapisu utworzy dołek, a na płytce zostanie odczytany impuls wskazujący „0”.
Odczytanie lokalizacji pamięci tworzy ładunek, niezależnie od tego, czy był tam wcześniej, czy nie, niszcząc oryginalną zawartość tej lokalizacji, a więc po każdym odczycie musi nastąpić przepisanie, aby przywrócić oryginalne dane. W niektórych systemach udało się to osiągnąć za pomocą drugiego działa elektronowego wewnątrz CRT, które mogło zapisywać dane w jednym miejscu, podczas gdy drugie czytało w następnym. Ponieważ wyświetlacz z czasem zanikał, cały wyświetlacz musiał być okresowo odświeżany przy użyciu tej samej podstawowej metody. Ponieważ dane są odczytywane, a następnie natychmiast przepisywane, operacja ta może być wykonywana przez zewnętrzne obwody, podczas gdy jednostka centralna (CPU) była zajęta wykonywaniem innych operacji. Ta operacja odświeżania jest podobna do cykli odświeżania pamięci DRAM w nowoczesnych systemach.
Ponieważ proces odświeżania powodował, że ten sam wzór stale pojawiał się na wyświetlaczu, zaistniała potrzeba usunięcia wcześniej zapisanych wartości. Zwykle odbywało się to poprzez pisanie na wyświetlaczu tuż obok oryginalnej lokalizacji. Elektrony uwolnione przez ten nowy zapis wpadłyby do wcześniej napisanej studni, wypełniając ją. Oryginalne systemy dawały ten efekt, pisząc małą kreskę, co było łatwe do wykonania bez zmiany zegarów głównych i po prostu wytwarzania prądu zapisu przez nieco dłuższy czas. Powstały wzór to seria kropek i kresek. Przeprowadzono wiele badań nad bardziej efektywnymi systemami wymazywania, z niektórymi systemami wykorzystującymi nieostre wiązki lub złożone wzory.
Niektóre lampy Williamsa zostały wykonane z radarowych lamp katodowych z powłoką luminoforową , dzięki której dane były widoczne, podczas gdy inne lampy zostały specjalnie zbudowane bez takiej powłoki. Obecność lub brak tej powłoki nie miało wpływu na działanie rury i nie miało znaczenia dla operatorów, ponieważ powierzchnia rury była zakryta płytą odbierającą. Jeśli potrzebne było widoczne wyjście, jako urządzenie wyświetlające wykorzystywano drugą rurę połączoną równolegle z rurą akumulacyjną, z powłoką luminoforową, ale bez płytki odbiorczej.
Rozwój
Opracowany na Uniwersytecie w Manchesterze w Anglii, dostarczył nośnika, na którym zaimplementowano pierwszy program pamięci elektronicznej w komputerze Manchester Baby , który po raz pierwszy z powodzeniem uruchomił program 21 czerwca 1948 roku. Zaprojektowany dla Dziecka, Baby był stanowiskiem testowym, aby zademonstrować niezawodność pamięci. Tom Kilburn napisał 17-wierszowy program do obliczenia najwyższego właściwego współczynnika 2 18 . Tradycja na uniwersytecie głosi, że był to jedyny program, jaki Kilburn kiedykolwiek napisał.
Lampy Williamsa z wiekiem stawały się zawodne, a większość działających instalacji musiała być „strojona” ręcznie. Natomiast pamięć linii opóźniającej rtęć była wolniejsza i nie miała prawdziwie losowego dostępu, ponieważ bity były prezentowane szeregowo, co komplikowało programowanie. Linie opóźniające również wymagały ręcznego strojenia, ale nie starzały się tak bardzo i cieszyły się pewnym powodzeniem we wczesnych cyfrowych komputerach elektronicznych, pomimo problemów z szybkością przesyłania danych, wagą, kosztami, temperaturą i toksycznością. Manchester Mark 1 , który stosuje się rury Williams powodzeniem skomercjalizowane jako Ferrantiego Mark 1 . Niektóre wczesne komputery w Stanach Zjednoczonych również używały lamp Williamsa, w tym maszynę IAS (pierwotnie zaprojektowaną do pamięci lamp Selectron ), UNIVAC 1103 , IBM 701 , IBM 702 i Standards Western Automatic Computer (SWAC). Lampy Williamsa były również używane w radzieckiej Streli-1 oraz w japońskim TAC (Tokyo Automatic Computer).
Rurka Williamsa-Kilburna
Schemat pamięci lampy Williamsa z patentu z 1947 r.
Zespół rur SWAC Williamsa
Schemat modułu lampowego SWAC Williams
Zobacz też
- Komputer Atanasoffa-Berry'ego - Używał rodzaju pamięci zwanego pamięcią kondensatora regeneracyjnego
- Pamięć optyczna Mellon
Bibliografia
Uwagi
Bibliografia
- Kilburn, T. (1948), System pamięci masowej do użytku z binarnymi cyfrowymi maszynami obliczeniowymi (praca doktorska), Uniwersytet w Manchesterze
- Lavington, Simon (1998), A History of Manchester Computers (2nd ed.), Brytyjskie Towarzystwo Komputerowe, ISBN 978-1-902505-01-5
Dalsza lektura
- Bashe, Charles J. (1986). Wczesne komputery IBM . MIT Naciśnij . Numer ISBN 0-262-02225-7.
- Lavington, Simon H. (1980). Wczesne komputery brytyjskie . Wydawnictwo Uniwersytetu w Manchesterze . Numer ISBN 0-932376-08-8.
- Randell, Brian (1982). Początki komputerów cyfrowych (3rd ed.). Springer-Verlag. Numer ISBN 0-387-11319-3.