Электронно-лучевая память Уильямса
#kb #история #компьютеры #RAM #CRT
Трубка Уильямса, или трубка Уильямса–Килберна, названная в честь изобретателей Фредди Уильямса и Тома Килберна, является одной из ранних форм компьютерной памяти. Это было первое устройство цифрового хранения с произвольным доступом, которое успешно использовалось в нескольких ранних компьютерах.
Трубка Уильямса работает, отображая сетку точек на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Из-за особенностей работы ЭЛТ каждая точка создает небольшой заряд статического электричества. Заряд в местах расположения точек считывается тонким металлическим листом, расположенным перед экраном. Поскольку изображение на дисплее со временем исчезает, оно периодически обновляется. Трубка Уильямса работала быстрее, чем ранняя акустическая линия задержки, поскольку скорость работы ограничивалась движением электронов внутри вакуумной трубки, а не скоростью звука. Однако устройство было чувствительно к внешним электрическим полям и требовало частой настройки. Трубки Уильямса–Килберна использовались в основном в высокоскоростных вычислительных системах.
Уильямс и Килберн подали заявки на британские патенты 11 декабря 1946 года и 2 октября 1947 года, а затем последовали заявки на патенты в США 10 декабря 1947 года и 16 мая 1949 года.
Принцип работы
Работа трубки Уильямса основана на эффекте вторичной эмиссии, возникающем в электронно-лучевых трубках. Когда электронный луч ударяет по слою люминофора, покрывающему экран, он вызывает свечение. Если энергия луча превышает определенный порог (зависящий от состава люминофора), выбиваются электроны, которые перемещаются на небольшое расстояние, а затем снова падают на поверхность ЭЛТ, создавая разность зарядов: небольшую положительную область в центре точки и отрицательный ореол вокруг нее. Этот потенциальный колодец сохраняется на поверхности трубки в течение доли секунды, пока электроны не вернутся в исходное состояние. Время жизни заряда зависит от электрического сопротивления люминофора и размеров колодца.
Создание зарядного колодца используется как операция записи в памяти компьютера для хранения одного бита. Стереть положительно заряженную точку (заполнить колодец) можно, нарисовав рядом с ней вторую точку. Обычно это выполнялось путем рисования короткой черточки, начинающейся в позиции первой точки, что приводило к стиранию исходного заряда. Коллекция таких точек или промежутков (обычно один горизонтальный ряд) представляла собой машинное слово. Увеличение энергии луча позволяло точкам быть больше и дольше сохраняться, но требовало большего расстояния между ними, так как соседние точки могли взаимно стирать друг друга.
Электронный луч мог перемещаться в любую точку экрана, что делало память трубки Уильямса произвольного доступа. Компьютер загружал адрес памяти как пару координат X и Y в управляющую схему, после чего генератор развертки считывал или записывал данные в нужные ячейки.
Чтение и перезапись данных
Чтение памяти происходило благодаря вторичному эффекту записи: при изменении распределения зарядов в люминофоре возникал электрический ток, индуцировавший напряжение на металлическом листе перед экраном. Во время чтения луч записывал данные в выбранные позиции. Если в месте записи уже был заряд, ток не появлялся, что означало «1». Если же заряд отсутствовал, появлялся импульс, обозначавший «0».
Чтение разрушало данные, поэтому каждая операция чтения должна была сопровождаться перезаписью. В некоторых системах для этого использовали второй электронный прожектор, который мог записывать данные в одно место, пока другой прожектор читал следующее.
Поскольку изображение со временем исчезало, вся память периодически обновлялась тем же методом, что и DRAM в современных системах. Эта операция выполнялась внешними схемами во время работы центрального процессора.
Для стирания данных можно было записать новые точки рядом с предыдущими, создавая новый заряд, который заполнял старый колодец. В ранних системах это выполнялось с помощью коротких черточек, создаваемых за счет небольшого увеличения времени записи луча.
Использование и надежность
Некоторые трубки Уильямса изготавливались на основе радарных ЭЛТ с люминофорным покрытием, делавшим данные видимыми, в то время как другие специально выпускались без этого покрытия. Покрытие не влияло на работу памяти, поскольку перед экраном находился считывающий лист. Если требовался визуальный выход, использовалась вторая трубка с люминофором, но без листа.
Всё не вместилось, дальше в треде ссылки на агрегаты, где эти пепяки применялись. 🧵