پیش‌نویس:لوله ذخیره اطلاعات (لوله ویلیامز-کلیبرن)

متن چپ‌چین‌شده

==لوله ذخیره اطلاعات (لوله ویلیامز-کلیبرن)==

در ژوئیه 1946، ریاضیدان Max NewmanOffsite Link، آزمایشگاه کامپیوتر را در دانشگاه منچستر از طریق کمک مالی انجمن سلطنتی تأسیس کرد. مهندسان در همان ابتدا دریافتند که ساختن یک حافظه الکترونیکی دشوارترین کار در ساخت یک کامپیوتر با برنامه ذخیره شده است. در ژوئن 1946، مهندس انگلیسی F.C. (فردی) WilliamsOffsite Link تحقیقاتی را در مورد ذخیره سازی اطلاعات آنالوگ و دیجیتال روی یک لوله پرتوی کاتدی در موسسه تحقیقات مخابراتی Offsite Link آغاز کرده بود. در نوامبر 1946 او توانست یک بیت واحد (با روش “پیش بینی”) را بر اساس یک رادار CRT استاندارد ذخیره کند.

ترک TRE در دسامبر سال 1946

“در دسامبر سال 1946 فردی ویلیامز به سمت یک کرسی در دانشگاه منچستر منصوب شد و TRE را ترک کرد. اما هم او و هم TRE می‌خواستند تحقیقات ادامه یابد. بنابراین تام کیلبرن آفسایت لینک، که در گروه خود در TRE بود، به دانشگاه اعزام شد. از منچستر برای ادامه کار با فردی ویلیامز در زمینه ذخیره سازی دیجیتال CRT. یک افسر علمی از TRE نیز به طور تمام وقت برای کمک به او اعزام شد. در ابتدا آرتور مارش آن‌ها همراهی کرد که پس از چند ماه گروه را ترک کرده و در تابستان 1947 Geoff TootillOffsite جانشین وی شد.

مارس 1947 تام کیلبرن روش متفاوت و بهتری برای ذخیره اطلاعات کشف کرد که برای ذخیره تعداد زیادی بیت در یک لوله مناسب تر بود. در نوامبر 1947 آنها موفق شدند 2048 بیت را برای مدت چند ساعت ذخیره کنند.

لوله ویلیامز با افزایش کارکرد کارایی خود را از دست می‌داد، و اکثر تاسیسات کار باید به صورت دستی تنظیم می‌شدند. در مقابل، حافظه خط تاخیری جیوه کندتر بود و همچنین نیاز به تنظیم دستی داشت، اما به این سرعت غیرقابل استفاده نشد و تا حدی موفقیت داشت. در محاسبات الکترونیکی دیجیتال اولیه علی‌رغم مشکلات سرعت داده، وزن، هزینه و حرارت آن. حافظه لوله SelectronOffsite Link، UNIVAC 1103، IBM 701، IBM 702 و استاندارد Western Automatic Computer (SWAC) طراحی شده بود. لوله های ویلیامز همچنین در رایانه شوروی، Strela-1 استفاده می شد.

لوله ذخیره اطلاعات (لوله ویلیامز-کلیبرن) در Manchester Baby

پس از دو سال تحقیق و توسعه، در 21 ژوئن 1948، منچستر Small Scale Experimental MachineOffsite Link، یا منچستر “Baby” نمونه اولیه کامپیوتر (Manchester Baby)، و اولین برنامه خود را که توسط Tom KilburnOffsite Link نوشته شده بود، اجرا کرد. این نسخه آزمایشی کوچک یک کامپیوتر بزرگتر اولین کامپیوتر دیجیتال الکترونیکی با برنامه ذخیره شده بود. فقط برای مدت کوتاهی کار کرد. این دستگاه در دانشگاه ویکتوریا منچستر در انگلستان توسط Frederic C. WilliamsOffsite Link، Tom Kilburn و Geoff TootillOffsite Link برای آزمایش حافظه لوله اشعه کاتدی Williams-Kilburn (CRT) Offsite Link (لوله ویلیامز) ساخته شد.

این دستگاه به عنوان یک رایانه کاربردی در نظر گرفته نشده بود، اما در عوض به عنوان یک بستر آزمایشی برای لوله ویلیامز، شکل اولیه حافظه رایانه طراحی شد. اگرچه طبق استانداردهای زمان خود “کوچک و ابتدایی” در نظر گرفته می شد، اما اولین ماشین کار بود. به محض اینکه SSEM امکان طراحی خود را نشان داد، پروژه ای در دانشگاه آغاز شد تا آن را به یک کامپیوتر قابل استفاده تر، منچستر مارک 1 توسعه دهد. Mark 1. به نوبه خود به سرعت به نمونه اولیه Ferranti Mark 1 تبدیل شد، اولین کامپیوتر تجاری موجود در جهان.

در کامپیوترهای اولیه جهت ذخیره سازی اطلاعات از لوله اشعه کاتدی (CRT) استفاده می‌شد. این لوله که رسماً به عنوان لوله ویلیامز-کیلبرن شناخته می شود، که در Whirlwind و IBM 701 مورد استفاده قرار گرفتند.

فناوری ساخت لوله ذخیره اطلاعات (لوله ویلیامز-کلیبرن)

لوله ویلیامز به اثری به نام انتشار ثانویه بستگی دارد که بر روی لوله های پرتو کاتدی (CRTs) رخ می دهد. هنگامی که پرتو الکترونی به فسفری که سطح نمایشگر را تشکیل می دهد برخورد می کند، معمولاً باعث روشن شدن آن می شود. اگر انرژی پرتو بالاتر از یک آستانه معین باشد (بسته به ترکیب فسفر)، باعث می شود که الکترون ها از فسفر خارج شوند.

این الکترون ها قبل از اینکه دوباره به سطح CRT جذب شوند و در فاصله کوتاهی روی آن بیفتند، مسافت کوتاهی را طی می کنند. اثر کلی این است که یک بار مثبت خفیف در ناحیه مستقیم پرتو که در آن کمبود الکترون وجود دارد، و یک بار منفی خفیف در اطراف نقطه ای که آن الکترون ها فرود می آیند ایجاد می کند. چاه بار حاصله برای کسری از ثانیه روی سطح لوله باقی می ماند در حالی که الکترون ها به مکان اصلی خود باز می گردند. طول عمر به مقاومت الکتریکی فسفر و اندازه چاه بستگی دارد.

چگونه کلمات نوشته می‌شود؟

در فرآیند ایجاد چاه شارژ به عنوان عملیات نوشتن، از ذخیره یک رقم باینری یا بیت استفاده می شود. یک نقطه با بار مثبت با کشیدن یک نقطه دوم بلافاصله در مجاورت نقطه ای که قرار است پاک شود پاک می شود . این کار کرد زیرا هاله منفی اطراف نقطه دوم مرکز مثبت نقطه اول را پر می کرد. مجموعه ای از نقاط یا فاصله ها، اغلب یک ردیف افقی روی نمایشگر، یک کلمه کامپیوتری را نشان می دهد.

افزایش انرژی پرتو باعث می‌شود که نقاط بزرگ‌تر و طولانی‌تر باقی بمانند، اما نیاز به فاصله بیشتر از هم داشت، زیرا نقاط نزدیک یکدیگر را پاک می‌کنند. انرژی پرتو باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا نقاطی با طول عمر قابل استفاده تولید کند. این یک حد بالایی در تراکم حافظه ایجاد می کند و هر لوله ویلیامز معمولاً می تواند حدود 256 تا 2560 بیت داده را ذخیره کند.

از آنجایی که پرتو الکترونی اساساً بدون اینرسی است و می تواند به هر نقطه از صفحه نمایش منتقل شود، رایانه می تواند به هر مکانی دسترسی داشته باشد و آن را به یک حافظه دسترسی تصادفی تبدیل می کند. به طور معمول، کامپیوتر آدرس را به عنوان یک جفت X و Y در مدار راه انداز بارگذاری می کند و سپس یک ژنراتور پایه زمانی را راه اندازی می کند که مکان های انتخابی را جارو می کند، از رجیسترهای داخلی می خواند یا می نویسد، که معمولاً به صورت فلیپ فلاپ پیاده سازی می شوند.

چگونه کلمات خوانده می‌شود؟

خواندن حافظه از طریق یک اثر ثانویه ناشی از عملیات نوشتن انجام شد. در مدت کوتاهی که نوشتن انجام می‌شود، توزیع مجدد بارها در فسفر جریان الکتریکی ایجاد می‌کند که ولتاژ را در هر رسانای مجاور القا می‌کند. این با قرار دادن یک ورق فلزی نازک درست در مقابل سمت نمایشگر CRT خوانده می شود. در طی یک عملیات خواندن، پرتو به مکان های بیت انتخاب شده روی نمایشگر می نویسد. آن مکان هایی که قبلاً نوشته شده بود، قبلاً از الکترون تهی شده اند، بنابراین هیچ جریانی جریان نمی یابد و هیچ ولتاژی روی صفحه ظاهر نمی شود. این به رایانه اجازه می دهد تا تشخیص دهد که “1” در آن مکان وجود دارد. اگر مکان قبلاً روی آن نوشته نشده بود، فرآیند نوشتن یک چاه ایجاد می کند و یک پالس روی صفحه خوانده می شود که نشان دهنده “0” است.

خواندن یک مکان حافظه به خوبی شارژ ایجاد می کند، چه قبلاً یک مکان وجود داشته باشد یا نه، محتویات اصلی آن مکان را از بین می برد، و بنابراین، هر خواندنی باید با بازنویسی برای بازگرداندن داده های اصلی دنبال شود. در برخی از سیستم ها این کار با استفاده از یک اسلحه الکترونی دوم در داخل CRT انجام می شد که می توانست در یک مکان بنویسد در حالی که دیگری در حال خواندن مکان بعدی بود. از آنجایی که نمایشگر به مرور زمان محو می‌شد، کل صفحه نمایش باید به طور دوره‌ای با استفاده از همان روش اصلی تازه‌سازی می‌شد. همانطور که داده ها خوانده می شوند و سپس بلافاصله بازنویسی می شوند، این عملیات می تواند توسط مدار خارجی انجام شود در حالی که واحد پردازش مرکزی (CPU) مشغول انجام سایر عملیات بود. این عملیات به‌روزرسانی مشابه چرخه‌های به‌روزرسانی حافظه DRAM در سیستم‌های مدرن است.

استفاده از پرتوی کاتدی با پوشش فسفری در لوله ذخیره اطلاعات (لوله ویلیامز-کلیبرن)

از آنجایی که فرآیند به‌روزرسانی باعث می‌شود که الگوی یکسانی به طور مداوم روی صفحه نمایش ظاهر شود، نیاز به پاک کردن مقادیر نوشته شده قبلی وجود داشت. این اقدام معمولاً با نوشتن روی صفحه نمایش، درست در کنار مکان اصلی انجام می شد. الکترون های آزاد شده توسط این نوشته جدید در چاهی که قبلا نوشته شده بود می افتند و آن را پر می کنند. سیستم های اصلی این اثر را با نوشتن یک خط تیره کوچک ایجاد می کردند که به راحتی بدون تغییر تایمرهای اصلی و تولید جریان نوشتن برای مدت کمی طولانی تر انجام می شد. الگوی حاصل یک سری نقطه و خط تیره بود. تحقیقات قابل توجهی در مورد سیستم‌های پاک‌کننده مؤثرتر، با برخی از سیستم‌ها از پرتوهای خارج از فوکوس یا الگوهای پیچیده انجام شد.

برخی از لوله‌های ویلیامز از لوله‌های پرتوی کاتدی با پوشش فسفری ساخته شده‌اند. که داده‌ها را قابل مشاهده می‌کند، در حالی که لوله‌های دیگر بدون چنین پوششی ساخته شده‌اند. وجود یا عدم وجود این پوشش هیچ تاثیری بر عملکرد تیوب نداشت و برای اپراتورها اهمیتی نداشت. زیرا سطح تیوب توسط صفحه پیکاپ پوشانده شده بود. در صورت نیاز به خروجی قابل مشاهده، از لوله دومی که به صورت موازی با لوله ذخیره‌سازی متصل می‌شود، با پوشش فسفری، اما بدون صفحه پیکاپ، به عنوان دستگاه نمایشگر استفاده می‌شود.

توسعه لوله ذخیره اطلاعات (لوله ویلیامز-کلیبرن)

این برنامه در دانشگاه منچستر در انگلستان توسعه یافت. تام کیلبرن یک برنامه 17 خطی نوشت تا بالاترین ضریب مناسب 218 را محاسبه کند. طبق گفته دانشگاه این تنها برنامه ای بود که کیلبرن تا به حال نوشت.

لوله‌های ویلیامز با افزایش مدت زمان کار کرد، غیرقابل اعتماد می‌شدند و اکثر تاسیسات کار باید با دست تنظیم می‌شدند. برخی از رایانه های اولیه در ایالات متحده نیز از لوله های ویلیامز استفاده می کردند. از جمله دستگاه IAS (در ابتدا برای حافظه لوله سلکترون طراحی شده بود)، UNIVAC 1103، IBM 701. ، IBM 702 و استانداردهای رایانه خودکار غربی (SWAC). لوله های ویلیامز همچنین در Strela-1 شوروی و در TAC ژاپن (رایانه اتوماتیک توکیو) استفاده شد.

متن چپ‌چین‌شده