Rura Selectron - Selectron tube

4096-bitowa rura Selectron
256-bitowa rura Selectron
Typy pamięci komputera
Generał
Lotny
Baran
Historyczny
Nieulotne
ROM
NVRAM
NVRAM na wczesnym etapie
Magnetyczny
Optyczny
W opracowaniu
Historyczny

Selectron była wczesna forma cyfrowej pamięci komputera opracowany przez Jana A. Rajchman i jego grupy w Radio Corporation of America (RCA) pod kierunkiem Vladimir Zworykin . Była to lampa próżniowa, która przechowywała dane cyfrowe jako ładunki elektrostatyczne przy użyciu technologii podobnej do urządzenia do przechowywania w lampie Williamsa . Zespół nigdy nie był w stanie wyprodukować komercyjnie opłacalnej formy Selectron, zanim pamięć z rdzeniem magnetycznym stała się prawie uniwersalna.

Rozwój

Rozwój Selectron rozpoczął się w 1946 roku na polecenie Johna von Neumanna z Institute for Advanced Study , który był w trakcie projektowania maszyny IAS i poszukiwał nowej formy szybkiej pamięci.

Oryginalna koncepcja projektowa RCA miała pojemność 4096 bitów, z planowaną produkcją 200 do końca 1946 roku. Okazało się, że urządzenie jest znacznie trudniejsze do zbudowania niż oczekiwano i nadal nie były dostępne do połowy 1948 roku. rozwój przeciągał się, maszyna IAS została zmuszona do przejścia na rury Williamsa w celu przechowywania, a główny klient Selectron zniknął. RCA straciło zainteresowanie projektem i wyznaczyło swoich inżynierów do ulepszenia telewizorów

Umowa z US Air Force doprowadziła do ponownego zbadania urządzenia w 256-bitowej formie. Rand Corporation skorzystała z tego projektu, aby przełączyć swoją własną maszynę IAS, JOHNNIAC , na nową wersję Selectron, wykorzystując 80 z nich do dostarczenia 512 40-bitowych słów pamięci głównej. Podpisali kontrakt rozwojowy z RCA, aby wyprodukować wystarczającą ilość lamp do ich maszyny po przewidywanym koszcie 500 USD za lampę (5313 USD w 2019 r.).

Mniej więcej w tym czasie IBM również wyraził zainteresowanie Selectronem, ale nie doprowadziło to do dodatkowej produkcji. W rezultacie RCA zleciło swoim inżynierom rozwój telewizji kolorowej i oddało Selectron w ręce „teściowej dwóch zasłużonych pracowników (Prezesa Zarządu i Prezesa)”.

Zarówno Selectron, jak i lampa Williamsa zostały zastąpione na rynku przez kompaktową i ekonomiczną pamięć z rdzeniem magnetycznym we wczesnych latach pięćdziesiątych. Programiści JOHNNIAC zdecydowali się przejść na rdzeń jeszcze przed ukończeniem pierwszej wersji opartej na Selectronie.

Zasada działania

Magazynowanie elektrostatyczne

Lampa Williamsa była przykładem ogólnej klasy urządzeń z lampą katodową (CRT), znanych jako lampy magazynujące .

Podstawową funkcją konwencjonalnych kineskopów jest wyświetlanie obrazu poprzez oświetlenie luminoforu za pomocą wiązki elektronów wystrzeliwanych w jego kierunku z wyrzutni elektronowej umieszczonej z tyłu lampy. Punkt docelowy wiązki jest kierowany wokół przedniej części rury za pomocą magnesów odchylających lub płytek elektrostatycznych.

Probówki do przechowywania były oparte na kineskopach, czasem niezmodyfikowanych. Opierali się na dwóch normalnie niepożądanych zasadach luminoforu używanego w rurkach. Jednym z nich było to, że kiedy elektrony z działa elektronowego CRT uderzyły w luminofor, aby go zapalić, niektóre z nich „przylgnęły” do lampy i spowodowały narastanie miejscowego statycznego ładunku elektrycznego . Po drugie, luminofor, podobnie jak wiele innych materiałów, również uwalniał nowe elektrony po uderzeniu wiązką elektronów, w procesie znanym jako emisja wtórna .

Wtórna emisja miała tę użyteczną cechę, że szybkość uwalniania elektronów była znacząco nieliniowa. Kiedy przyłożono napięcie, które przekroczyło pewien próg, szybkość emisji gwałtownie wzrosła. To spowodowało, że oświetlona plamka gwałtownie się rozpadła, co również spowodowało uwolnienie wszelkich zablokowanych elektronów. Systemy wizualne wykorzystywały ten proces do wymazania obrazu, powodując szybkie zanikanie dowolnego zapisanego wzoru. W przypadku zastosowań komputerowych to szybkie uwolnienie zablokowanego ładunku umożliwiło wykorzystanie go do przechowywania.

W lampie Williamsa wyrzutnia elektronowa z tyłu typowej kineskopu jest używana do osadzania serii małych wzorów reprezentujących 1 lub 0 na luminoforze w siatce reprezentującej lokalizacje pamięci. Aby odczytać wyświetlacz, wiązka ponownie skanowała rurkę, tym razem ustawioną na napięcie bardzo bliskie napięciu wtórnego progu emisji. Wzory zostały wybrane tak, aby obciążać probówkę bardzo nieznacznie dodatnio lub ujemnie. Kiedy zmagazynowana elektryczność statyczna została dodana do napięcia wiązki, całkowite napięcie albo przekroczyło próg emisji wtórnej, albo nie. Jeśli przekroczył próg, wybuch elektronów był uwalniany, gdy kropka zanikała. Ten wybuch został odczytany pojemnościowo na metalowej płytce umieszczonej tuż przed stroną wyświetlacza lampy.

Były cztery ogólne klasy zbiorników; „typ redystrybucji powierzchni” reprezentowany przez rurę Williamsa, system „siatki barierowej”, który został bezskutecznie skomercjalizowany przez RCA jako lampa Radechon , typ „potencjału sklejania”, który nie był używany komercyjnie, oraz koncepcja „wiązki podtrzymującej”, czego przykładem jest Selectron.

Trzymanie koncepcji belki

W najbardziej podstawowym wykonaniu lampa podtrzymująca wykorzystuje trzy wyrzutnie elektronowe; jeden do pisania, jeden do czytania, a trzeci „pistolet trzymający”, który utrzymuje wzór. Ogólna obsługa jest bardzo podobna do koncepcji lampy Williamsa. Główną różnicą był pistolet trzymający, który strzelał w sposób ciągły i bez skupienia, więc pokrywał całą powierzchnię magazynowania luminoforu. To spowodowało, że luminofor był stale ładowany do wybranego napięcia, nieco poniżej wartości progowej emisji wtórnej.

Pisanie zostało dokonane przez wystrzelenie pistoletu piszącego przy niskim napięciu w sposób podobny do lampy Williamsa, dodając kolejne napięcie do luminoforu. Zatem wzorzec przechowywania był niewielką różnicą między dwoma napięciami przechowywanymi na rurze, zwykle różniącymi się tylko o kilka dziesiątek woltów. Dla porównania, lampa Williamsa wykorzystywała znacznie wyższe napięcia, tworząc wzór, który można było przechowywać tylko przez krótki czas, zanim zniżył się poniżej czytelności.

Czytanie zostało dokonane poprzez zeskanowanie pistoletu do czytania w obszarze przechowywania. Ten pistolet został ustawiony na napięcie, które przekroczy próg emisji wtórnej dla całego wyświetlacza. Gdyby skanowany obszar posiadał potencjał działa trzymającego, pewna liczba elektronów zostałaby uwolniona, a gdyby zawierał potencjał działa piszącego, liczba ta byłaby wyższa. Elektrony zostały odczytane na siatce cienkich drutów umieszczonych za wyświetlaczem, dzięki czemu system był całkowicie samowystarczalny. W przeciwieństwie do tego, płytka odczytowa lampy Williamsa znajdowała się przed lampą i do prawidłowego działania wymagała ciągłej regulacji mechanicznej. Siatka miała również tę zaletę, że dzieliła wyświetlacz na pojedyncze miejsca bez konieczności ścisłego skupienia się na systemie Williamsa.

Ogólna obsługa była taka sama jak w systemie Williamsa, ale koncepcja trzymania miała dwie główne zalety. Jednym z nich było to, że działał przy znacznie niższych różnicach napięcia, dzięki czemu był w stanie bezpiecznie przechowywać dane przez dłuższy czas. Po drugie, te same sterowniki magnesów odchylających można było wysłać do kilku wyrzutni elektronowych, aby wyprodukować jedno większe urządzenie bez zwiększania złożoności elektroniki.

Projekt

Selectron dodatkowo zmodyfikował podstawową koncepcję pistoletu przytrzymującego poprzez zastosowanie pojedynczych metalowych oczek, które były używane do przechowywania dodatkowego ładunku w bardziej przewidywalny i trwały sposób.

W przeciwieństwie do kineskopu, w którym wyrzutnia elektronowa jest pojedynczym źródłem punktowym składającym się z żarnika i pojedynczego naładowanego akceleratora, w Selectronie „działo” to płytka, a akcelerator to siatka drutów (zapożyczając zatem pewne uwagi projektowe z siatki barierowej rura). Obwody przełączające pozwalają na przyłożenie napięcia do przewodów w celu ich włączenia lub wyłączenia. Kiedy pistolet strzela przez oczka, jest lekko rozmyty. Niektóre z elektronów uderzają w oczko i nakładają na nie ładunek.

Oryginalny 4096-bitowy Selectron był lampą próżniową o długości 10 cali (250 mm) i średnicy 3 cali (76 mm) skonfigurowaną jako 1024 na 4 bity. Miał pośrednio ogrzewaną katodę biegnącą pośrodku, otoczoną przez dwa oddzielne zestawy drutów - jeden promieniowy, jeden osiowy - tworzących cylindryczną siatkę, a na końcu powłokę z materiału magazynującego dielektryk po wewnętrznej stronie czterech segmentów otaczającego metalowego cylindra, zwane tablicami sygnałowymi . Bity były przechowywane jako dyskretne obszary ładunku na gładkich powierzchniach płytek sygnałowych.

Dwa zestawy ortogonalnych drutów siatki były normalnie „polaryzowane” lekko dodatnio, tak że elektrony z katody były przyspieszane przez siatkę, aby dotrzeć do dielektryka. Ciągły przepływ elektronów pozwolił na ciągłą regenerację zmagazynowanego ładunku poprzez wtórną emisję elektronów. Aby wybrać bit do odczytu lub zapisu, wszystkie sąsiednie przewody z wyjątkiem dwóch na każdej z dwóch siatek były polaryzowane ujemnie, umożliwiając przepływ prądu do dielektryka tylko w jednym miejscu.

Pod tym względem Selectron pracuje w odwrotnym sensie lampy Williamsa. W lampie Williamsa wiązka nieustannie skanuje w cyklu odczytu / zapisu, który jest również używany do regeneracji danych. W przeciwieństwie do tego Selectron prawie zawsze regeneruje całą lampę, przerywając to tylko okresowo, aby wykonywać rzeczywiste odczyty i zapisy. To nie tylko przyspieszyło działanie ze względu na brak wymaganych przerw, ale także oznaczało, że dane były znacznie bardziej niezawodne, ponieważ były stale odświeżane.

Przekrój selektora

Zapis odbywał się poprzez wybranie bitu, jak wyżej, a następnie wysłanie impulsu potencjału, dodatniego lub ujemnego, do płytki sygnałowej. Po wybraniu bitu elektrony byłyby wciągane (z dodatnim potencjałem) lub wypychane z (ujemny potencjał) dielektryka. Kiedy odchylenie na siatce zostało zniesione, elektrony zostały uwięzione na dielektryku jako plamka elektryczności statycznej.

Do odczytu z urządzenia wybrano lokalizację bitu i wysłano impuls z katody. Gdyby dielektryk tego bitu zawierał ładunek, elektrony zostałyby wypchnięte z dielektryka i odczytane jako krótki impuls prądu w płytce sygnałowej. Brak takiego impulsu oznaczał, że dielektryk nie mógł mieć ładunku.

256-bitowe (128 na 2 bity) urządzenie produkcyjne o mniejszej pojemności znajdowało się w podobnej obudowie lampy próżniowej. Został zbudowany z dwóch tablic magazynowych oddzielnych "oczek" na prostokątnej płycie, oddzielonych rzędem ośmiu katod. Liczba pinów została zmniejszona z 44 dla urządzenia 4096-bitowego do 31 pinów i dwóch koncentrycznych złączy wyjściowych sygnału. Ta wersja zawierała widoczne zielone luminofory w każdym oczku, dzięki czemu stan bitu można było odczytać również na oko.

Patenty

Bibliografia

Cytaty

Bibliografia

Linki zewnętrzne