Читая научно-фантастический роман Роберта Хайнлайна «Дверь в лето», можно наткнуться на упоминание элемента памяти под названием «трубка Торсена». Это заставляет задуматься: какие технологии хранения данных существовали в 1950-х годах, когда был написан роман? В те времена арсенал инженеров был невелик: электронные лампы, электромеханические реле, только зарождающиеся транзисторы. И среди этих технологий были электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые, как оказалось, могли служить не только для отображения изображения, но и в качестве памяти. Именно они, вероятно, и вдохновили фантаста.
История изобретения: от радара к памяти
Поворотным моментом стал 1946 год, когда британский инженер Фредди Уильямс посетил США и увидел ENIAC — один из первых электронных компьютеров. Несмотря на впечатляющую для своего времени вычислительную мощь, ENIAC имел критический недостаток: у него отсутствовала оперативная память для хранения программ. Чтобы переключить машину на новую задачу, требовалось вручную перекоммутировать сотни проводов, что занимало дни.
Будучи специалистом по радиолокации, Уильямс поставил перед собой амбициозную цель: решить проблему помех на экранах радаров и одновременно создать быстродействующую электронную память. В основе идеи лежал эффект остаточного свечения люминофора в ЭЛТ. Уже в 1946 году был продемонстрирован прототип, способный хранить один бит информации.
К 1947 году совместно с коллегой Томом Килбурном и другими учёными Уильямс создал рабочее устройство, способное хранить уже 2048 бит (примерно 256 байт) в течение нескольких часов. Это изобретение вошло в историю как трубка Уильямса, хотя справедливее было бы называть её трубкой Уильямса-Килбурна, вклад второго изобретателя часто незаслуженно забывают.
Главным конкурентом новой технологии была память на ртутных линиях задержки, созданная примерно в то же время. Однако у неё было несколько серьёзных минусов: громоздкие размеры, высокая чувствительность к температуре и стабильности напряжения. Но ключевое отличие заключалось в архитектуре доступа: линия задержки была памятью с последовательным доступом (данные считывались по очереди), в то время как трубка Уильямса обеспечивала произвольный доступ — можно было обратиться к любому биту напрямую. Кроме того, скорость работы ЭЛТ была выше, так как электроны в вакууме двигались быстрее, чем акустическая волна в ртути.
Как это работало: запись, чтение и обновление
Принцип действия запоминающей трубки был остроумен. Устройство состояло из стандартной электронно-лучевой трубки, перед экраном которой размещался металлический электрод-сетка.
Процесс записи: Электронный луч «выстреливал» в определённую точку на люминофорном покрытии экрана. В результате этой бомбардировки точка приобретала небольшой положительный электрический заряд, что соответствовало записи бита со значением «1». Отсутствие заряда означало «0».
Процесс чтения: Чтобы прочитать данные, луч снова направлялся на ту же точку. Если заряд присутствовал (бит «1»), на внешнем электроде не возникало импульса напряжения. Если заряда не было (бит «0»), луч, попадая на нейтральную точку, вызывал появление сигнала на электроде. Этот сигнал усиливался и интерпретировался схемой управления. Важной особенностью было то, что операция чтения разрушала записанную информацию (стирала заряд), поэтому считанный бит немедленно нужно было записать заново.
Обновление: Поскольку заряд на люминофоре со временем рассеивался, всю информацию в трубке необходимо было периодически «освежать» — циклически перезаписывать, что делала специальная схема регенерации.
Практическое применение и наследие
В 1948 году для всестороннего тестирования новой памяти был построен компьютер «Baby» (Manchester Small-Scale Experimental Machine). Успех испытаний привёл к созданию в 1949 году более совершенной машины — Manchester Mark I, которая стала первым в мире компьютером с электронной оперативной памятью произвольного доступа.
На его основе в 1951 году компания Ferranti выпустила Ferranti Mark I — первый в истории серийный коммерческий компьютер. Технология трубки Уильямса также использовалась в знаменитых американских компьютерах IBM 701 и IBM 702, а также в советских разработках — машинах «М-1» и «Стрела».
Эпоха запоминающих трубок была недолгой. Уже во второй половине 1950-х годов её вытеснила более надёжная, компактная и экономичная память на магнитных сердечниках (ферритовая память), которая оставалась стандартом до начала 1970-х годов, когда на сцену вышли интегральные микросхемы полупроводниковой памяти. Тем не менее, трубка Уильямса сыграла crucial роль, совершив революционный скачок от механических и акустических систем хранения к полностью электронной оперативной памяти, заложив фундамент для архитектуры современных компьютеров.
Больше интересных статей здесь: История.
Источник статьи: Запоминающая электронно-лучевая трубка Уильямса.