мини|Вилијамсова (или Вилијамс-Килбернова) цев изложена у Националном музеју рачунарства у Блечли парку, Бакингемшир мини|upright| Џејмс Померин са Вилијамс-Килберновом цеви, катодном цеви 5CP1A, коришћеном у меморијском низу IAS рачунара мини|upright|Вилијамс-Килбернова цев из рачунара IBM 701 у Музеју историје рачунара, у Маунтин Вјуу, Калифорнија мини|Меморијски узорак на Вилијамсовој цеви рачунара SWAC

Вилијамсова цев, или Вилијамс-Килбернова цев, названа по британским проналазачима Фредију Вилијамсу и Тому Килберну, рани је облик рачунарске меморије. Била је то прва дигитална меморија са случајним приступом и успешно се користила у неколико раних рачунара.

Вилијамсова цев ради тако што приказује решетку тачака на катодној цеви (CRT). Због начина рада CRT-а, то ствара мали статички набој преко сваке тачке. Набој на месту сваке од тачака очитава танки метални лим одмах испред екрана. Пошто слика временом бледи, периодично се освежава. Ради брже од раније акустичне меморије са каснијећим линијама, брзином електрона унутар вакуумске цеви, а не брзином звука. На систем су неповољно утицала оближња електрична поља и захтевао је често подешавање да би остао оперативан. Вилијамс-Килбернове цеви су првенствено коришћене у дизајну рачунара велике брзине.

Вилијамс и Килберн су поднели захтеве за британске патенте 11. децембра 1946.GB патент 645,691 и 2. октобра 1947.GB патент 657,591, а затим и захтеве за америчке патенте 10. децембра 1947. и 16. маја 1949.

Принцип рада Вилијамсова цев се заснива на ефекту секундарне емисије који се јавља код катодних цеви (CRT). Када електронски млаз удари у фосфор који формира површину екрана, обично узрокује његово осветљавање. Ако је енергија снопа изнад одређеног прага (у зависности од смеше фосфора), то такође доводи до избацивања електрона из фосфора. Ови електрони путују на кратку удаљеност пре него што буду привучени назад на површину CRT-а и падну на њу на малој удаљености. Укупан ефекат ствара благо позитивно наелектрисање у непосредној близини снопа где постоји мањак електрона, и благо негативно наелектрисање око тачке где ти електрони слећу. Добијена потенцијална јама остаје на површини цеви делић секунде док електрони не притекну назад на своје првобитне положаје. Животни век зависи од електричне отпорности фосфора и величине јаме.

Уписивање Процес стварања потенцијалне јаме користи се као операција уписивања у рачунарску меморију, чувајући појединачну бинарну цифру или бит. Позитивно наелектрисана тачка се брише (попуњава се потенцијална јама) исписивањем друге тачке непосредно уз ону коју треба обрисати (већина система је то радила тако што би повукла кратку цртицу почевши од позиције тачке; продужетак цртице брисао је набој првобитно ускладиштен на почетној тачки). Ово функционише јер негативни ореол око друге тачке попуњава позитивно језгро прве тачке. Скуп тачака или празнина, често један хоризонтални ред на екрану, представља рачунарску реч. Повећање енергије снопа чини тачке већим и оне трају дуже, али захтева да буду удаљеније, јер би се у супротном оближње тачке међусобно брисале.

Енергија снопа мора бити довољно велика да произведе тачке употребљивог животног века. То поставља горњу границу густине меморије, и свака Вилијамсова цев је обично могла да ускладишти око 256 до 2560 битова података.

Пошто је електронски сноп у суштини без инерције и може се померити било где на екрану, рачунар може приступити било којој локацији, што га чини меморијом са случајним приступом. Обично би рачунар учитао меморијску адресу као X и Y пар у управљачко коло, а затим покренуо генератор временске базе да прегледа изабране локације, читајући из интерних регистара или уписујући у њих, нормално имплементираних помоћу бистабилних кола.

Читање Читање меморије одвијало се путем секундарног ефекта изазваног операцијом уписивања. Током кратког периода уписивања, прерасподела набоја у фосфору ствара електричну струју која индукује напон у оближњим проводницима. Ово се очитава постављањем танког металног лима одмах испред предње стране CRT-а. Током операције читања, сноп прво уписује на изабране бит локације на екрану. Оне локације на које је претходно уписано већ су осиромашене електронима, тако да не тече струја, и на плочи се не појављује напон. То омогућава рачунару да утврди да се на тој локацији налазила „1”. Ако на ту локацију претходно није уписано, процес уписивања ће створити јаму и импулс ће бити очитан на плочи, указујући на „0”.

Читање меморијске локације ствара потенцијалну јаму без обзира да ли је претходно постојала, чиме се уништава оригинални садржај те локације. Због тога свако читање мора да буде праћено поновним уписивањем да би се обновили оригинални подаци. У неким системима то је постигнуто коришћењем другог електронског топа унутар CRT-а који је могао да уписује на једну локацију док је други читао следећу.

Освежавање Пошто слика временом бледи, цео екран се мора периодично освежавати коришћењем истог основног метода. Како се подаци читају, а затим одмах поново уписују, ову операцију могу да обављају спољна кола док је централна процесорска јединица (CPU) заузета другим операцијама. Ова операција освежавања слична је циклусима освежавања меморије DRAM-а у савременим системима.

Брисање Пошто је процес освежавања узроковао да се исти узорак непрестано поново појављује на екрану, постојала је потреба да се могу обрисати претходно уписане вредности. То се обично постизало уписом одмах поред оригиналне локације. Електрони ослобођени овим новим уписом упали би у претходно уписану јаму, попунивши је. Оригинални системи су производили овај ефекат исписивањем мале цртице, што је било лако извести без промене главних тајмера и једноставним генерисањем струје уписа нешто дуже. Добијени узорак је био низ тачака и цртица. Било је доста истраживања о ефикаснијим системима брисања, при чему су неки системи користили нефокусиране снопове или сложене узорке.

Видљивост података Неке Вилијамсове цеви су направљене од катодних цеви радарског типа са фосфорним премазом који је чинио податке видљивим, док су друге цеви прављене специјално без таквог премаза. Присуство или одсуство овог премаза није утицало на рад цеви, и није било важно за оператере, пошто је предња страна цеви била покривена плочом за очитавање. Ако је био потребан видљив излаз, користила се друга цев повезана паралелно са цеви за складиштење, са фосфорним премазом, али без плоче за очитавање, као уређај за приказ.

Развој Развијена на Универзитету у Манчестеру у Енглеској, обезбедила је медијум за складиштење програма за Манчестерску бебу, први електронски рачунар са ускладиштеним програмом, који је први пут успешно покренуо програм 21. јуна 1948. године. Уместо да је меморија на Вилијамсовим цевима дизајнирана за Бебу, Беба је била испитно постоље за демонстрирање поузданости меморије. Прештампано у The Origins of Digital Computers Том Килберн написао је програм од 17 инструкција за израчунавање највећег правог делиоца бројева величине до 218. Традиција на универзитету каже да је то био једини програм који је Килберн икада написао.

Вилијамсове цеви су временом постајале непоуздане и већина радних инсталација морала је ручно да се подешава. Насупрот томе, живина меморија са каснијећим линијама била је спорија и није имала случајан приступ, јер су се битови представљали серијски, што је компликовало програмирање. Каснијеће линије су такође захтевале ручно подешавање, али нису толико стариле и постигле су одређени успех у раном дигиталном електронском рачунарству упркос проблемима са брзином преноса података, тежином, ценом, топлотом и токсичношћу. Манчестер Марк 1, који је користио Вилијамсове цеви, успешно је комерцијализован као Феранти Марк 1. Неки рани рачунари у Сједињеним Државама такође су користили Вилијамсове цеви, укључујући IAS машину (оригинално дизајнирану за меморију на Селектрон цевима), UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 и Standards Western Automatic Computer (SWAC). Вилијамсове цеви су такође коришћене у совјетском Стрела-1 и у јапанском TAC (Tokyo Automatic Computer).

Види још Атанасов-Беријев рачунар – Користио је тип меморије назван регенеративна кондензаторска меморија Мелонова оптичка меморија

Референце

Литература

Додатна литература

Спољашње везе

The Williams Tube Manchester Baby и рођење рачунарске меморије RCA 6571 Computer storage tube data sheet

Категорија:Историја рачунарског хардвера Категорија:Рачунарска меморија