El Selectron fue una forma temprana de memoria de computadora digital desarrollada por Jan A. Rajchman y su grupo en Radio Corporation of America (RCA) bajo la dirección de Vladimir K. Zworykin . Era un tubo de vacío que almacenaba datos digitales como cargas electrostáticas utilizando una tecnología similar al dispositivo de almacenamiento de tubos de Williams . El equipo nunca pudo producir una forma comercialmente viable de Selectron antes de que la memoria de núcleo magnético se volviera casi universal.
Desarrollo
Desarrollo de Selectron comenzó en 1946, a instancias de John von Neumann del Instituto de Estudios Avanzados , [1] que estaba en medio de diseñar la máquina de la NIC y estaba buscando una nueva forma de memoria de alta velocidad.
El concepto de diseño original de RCA tenía una capacidad de 4096 bits, con una producción planificada de 200 para fines de 1946. Encontraron que el dispositivo era mucho más difícil de construir de lo esperado y aún no estaban disponibles a mediados de 1948. Como El desarrollo se prolongó, la máquina IAS se vio obligada a cambiar a los tubos Williams para su almacenamiento y el cliente principal de Selectron desapareció. RCA perdió interés en el diseño y asignó a sus ingenieros para mejorar los televisores [2]
Un contrato de la Fuerza Aérea de EE. UU. Condujo a un nuevo examen del dispositivo en una forma de 256 bits. Rand Corporation aprovechó este proyecto para cambiar su propia máquina IAS, la JOHNNIAC , a esta nueva versión de Selectron, utilizando 80 de ellas para proporcionar 512 palabras de 40 bits de memoria principal. Firmaron un contrato de desarrollo con RCA para producir suficientes tubos para su máquina a un costo proyectado de $ 500 por tubo ($ 5378 en 2020). [2]
Por esta época, IBM también expresó interés en la Selectron, pero esto no condujo a una producción adicional. Como resultado, RCA asignó a sus ingenieros el desarrollo de televisores en color y puso la Selectron en manos de "las suegras de dos empleados merecedores (el presidente de la junta y el presidente)". [2]
Tanto el Selectron como el tubo Williams fueron reemplazados en el mercado por la memoria de núcleo magnético compacta y rentable, a principios de la década de 1950. Los desarrolladores de JOHNNIAC habían decidido cambiar al núcleo incluso antes de que se completara la primera versión basada en Selectron. [2]
Principio de funcionamiento
Almacenamiento electrostático
El tubo de Williams fue un ejemplo de una clase general de dispositivos de tubo de rayos catódicos (CRT) conocidos como tubos de almacenamiento .
La función principal de un CRT convencional es mostrar una imagen encendiendo fósforo usando un haz de electrones disparado desde un cañón de electrones en la parte posterior del tubo. El punto objetivo del rayo se dirige alrededor de la parte delantera del tubo mediante el uso de imanes de desviación o placas electrostáticas.
Los tubos de almacenamiento se basaron en CRT, a veces sin modificar. Se basaron en dos principios normalmente indeseables del fósforo utilizado en los tubos. Una fue que cuando los electrones del cañón de electrones del CRT golpearon el fósforo para encenderlo, algunos de los electrones se "pegaron" al tubo y provocaron la acumulación de una carga eléctrica estática localizada . La segunda fue que el fósforo, como muchos materiales, también liberaba nuevos electrones cuando lo golpeaba un haz de electrones, un proceso conocido como emisión secundaria . [3]
La emisión secundaria tenía la característica útil de que la tasa de liberación de electrones era significativamente no lineal. Cuando se aplicó un voltaje que cruzó un cierto umbral, la tasa de emisión aumentó dramáticamente. Esto provocó que el punto iluminado decayera rápidamente, lo que también provocó que se liberaran electrones atascados. Los sistemas visuales utilizaron este proceso para borrar la pantalla, lo que provocó que cualquier patrón almacenado se desvaneciera rápidamente. Para usos informáticos, fue la rápida liberación de la carga atascada lo que permitió que se utilizara para almacenamiento.
En el tubo de Williams, el cañón de electrones en la parte posterior de un CRT por lo demás típico se usa para depositar una serie de pequeños patrones que representan un 1 o un 0 en el fósforo en una cuadrícula que representa ubicaciones de memoria. Para leer la pantalla, el rayo escaneó el tubo nuevamente, esta vez ajustado a un voltaje muy cercano al del umbral de emisión secundaria. Los patrones se seleccionaron para sesgar el tubo muy ligeramente positivo o negativo. Cuando la electricidad estática almacenada se agregó al voltaje del haz, el voltaje total cruzó el umbral de emisión secundaria o no lo hizo. Si cruzaba el umbral, se liberaba una ráfaga de electrones cuando el punto decaía. Esta ráfaga se leyó capacitivamente en una placa de metal colocada justo en frente del lado de la pantalla del tubo. [4]
Había cuatro clases generales de tubos de almacenamiento; el "tipo de redistribución de superficie" representado por el tubo de Williams, el sistema de "rejilla de barrera", que RCA comercializó sin éxito como el tubo de Radechon , el tipo de "potencial de adherencia" que no se utilizó comercialmente, y el concepto de "viga de sujeción", del cual el Selectron es un ejemplo específico. [5]
Concepto de viga de sujeción
En la implementación más básica, el tubo del haz de sujeción utiliza tres cañones de electrones; una para escribir, otra para leer y una tercera "pistola de sujeción" que mantiene el patrón. El funcionamiento general es muy similar al concepto de tubo Williams. La principal diferencia era la pistola de sujeción, que disparaba continuamente y se desenfocaba, por lo que cubría toda el área de almacenamiento del fósforo. Esto provocó que el fósforo se cargara continuamente a un voltaje seleccionado, algo por debajo del umbral de emisión secundaria. [6]
La escritura se logró disparando la pistola de escritura a bajo voltaje de una manera similar al tubo de Williams, agregando un voltaje adicional al fósforo. Por lo tanto, el patrón de almacenamiento fue la ligera diferencia entre dos voltajes almacenados en el tubo, típicamente solo unas pocas decenas de voltios diferentes. [6] En comparación, el tubo de Williams usó voltajes mucho más altos, produciendo un patrón que solo podía almacenarse por un período corto antes de que cayera por debajo de la legibilidad.
La lectura se logró escaneando la pistola de lectura a través del área de almacenamiento. Esta pistola se configuró a un voltaje que cruzaría el umbral de emisión secundaria para toda la pantalla. Si el área escaneada tuviera el potencial de la pistola de retención, se liberaría una cierta cantidad de electrones, si tuviera el potencial de la pistola de escritura, el número sería mayor. Los electrones se leyeron en una cuadrícula de cables finos colocados detrás de la pantalla, haciendo que el sistema fuera completamente autónomo. Por el contrario, la placa de lectura del tubo Williams estaba delante del tubo y requería un ajuste mecánico continuo para funcionar correctamente. [6] La cuadrícula también tenía la ventaja de dividir la pantalla en puntos individuales sin requerir el enfoque estricto del sistema Williams.
El funcionamiento general era el mismo que el del sistema Williams, pero el concepto de sujeción tenía dos ventajas importantes. Una era que funcionaba con diferencias de voltaje mucho más bajas y, por lo tanto, podía almacenar datos de forma segura durante un período de tiempo más largo. La otra era que los mismos impulsores de imanes de desviación se podían enviar a varios cañones de electrones para producir un único dispositivo más grande sin aumentar la complejidad de la electrónica.
Diseño
El Selectron modificó aún más el concepto básico de pistola de sujeción mediante el uso de ojales de metal individuales que se utilizaron para almacenar carga adicional de una manera más predecible y duradera.
A diferencia de un CRT en el que el cañón de electrones es una fuente de un solo punto que consta de un filamento y un acelerador de carga única, en el Selectron el "cañón" es una placa y el acelerador es una rejilla de cables (por lo que se toman prestadas algunas notas de diseño del rejilla de barrera tubo). Los circuitos de conmutación permiten aplicar voltajes a los cables para encenderlos o apagarlos. Cuando la pistola dispara a través de los ojales, está ligeramente desenfocada. Algunos de los electrones golpean el ojal y depositan una carga en él.
El Selectron original de 4096 bits [7] era un tubo de vacío de 10 pulgadas de largo (250 mm) por 3 pulgadas de diámetro (76 mm) configurado como 1024 por 4 bits. Tenía un cátodo calentado indirectamente que corría por el medio, rodeado por dos juegos separados de cables, uno radial y otro axial, formando una matriz de rejilla cilíndrica y, finalmente, un revestimiento de material de almacenamiento dieléctrico en el interior de cuatro segmentos de un cilindro metálico envolvente. llamado las placas de señal . Los bits se almacenaron como regiones discretas de carga en las superficies lisas de las placas de señal.
Los dos conjuntos de alambres de rejilla ortogonales normalmente estaban "polarizados" ligeramente en positivo, de modo que los electrones del cátodo se aceleraban a través de la rejilla para alcanzar el dieléctrico. El flujo continuo de electrones permitió que la carga almacenada se regenerara continuamente mediante la emisión secundaria de electrones. Para seleccionar un bit para leer o escribir, todos menos dos cables adyacentes en cada una de las dos rejillas se polarizaron negativamente, permitiendo que la corriente fluya al dieléctrico en una sola ubicación.
En este sentido, el Selectron funciona en el sentido opuesto al tubo de Williams. En el tubo de Williams, el rayo explora continuamente en un ciclo de lectura / escritura que también se utiliza para regenerar datos. En contraste, el Selectron casi siempre está regenerando todo el tubo, solo rompiendo esto periódicamente para hacer lecturas y escrituras reales. Esto no solo aceleró la operación debido a la falta de pausas requeridas, sino que también significó que los datos fueran mucho más confiables ya que se actualizaban constantemente.
La escritura se logró seleccionando un bit, como se indicó anteriormente, y luego enviando un pulso de potencial, ya sea positivo o negativo, a la placa de señal. Con un bit seleccionado, los electrones serían atraídos hacia (con un potencial positivo) o empujados desde (potencial negativo) el dieléctrico. Cuando se eliminó la polarización de la red, los electrones quedaron atrapados en el dieléctrico como una mancha de electricidad estática.
Para leer desde el dispositivo, se seleccionó una ubicación de bit y se envió un pulso desde el cátodo. Si el dieléctrico de ese bit contuviera una carga, los electrones se expulsarían del dieléctrico y se leerían como un breve pulso de corriente en la placa de señal. Ningún pulso de este tipo significaba que el dieléctrico no debía tener carga.
El dispositivo de "producción" de 256 bits (128 por 2 bits) de menor capacidad [8] estaba en una envoltura de tubo de vacío similar. Se construyó con dos conjuntos de almacenamiento de "ojales" discretos en una placa rectangular, separados por una fila de ocho cátodos. El recuento de pines se redujo de 44 para el dispositivo de 4096 bits a 31 pines y dos conectores de salida de señal coaxial. Esta versión incluía fósforos verdes visibles en cada ojal [ cita requerida ] para que el estado del bit también se pudiera leer a simple vista.
Patentes
- Patente de EE. UU. 2,494,670 Selectron cilíndrico de 4096 bits
- Patente de EE. UU. 2.604.606 Selectron planar de 256 bits
Referencias
Citas
- ^ Metropolis N, Rajchman, JA (1980) Investigación temprana sobre computadoras en RCA A History of Computing in the Twentieth Century pp 465-469, ISBN 0-12-491650-3
- ^ a b c d Greuenberger JF (1968) La historia del JOHNNIAC pp 25-27
- ^ Knoll y Kazán , 1952 , p. 1.
- ^ Eckert 1998 , págs. 19-20.
- ^ Eckert 1998 , p. 18.
- ↑ a b c Eckert , 1998 , p. 21.
- ^ Rajchman, JA (1947). "El Selectron - Un tubo para almacenamiento electrostático selectivo" (PDF) . Tablas matemáticas y otras ayudas a la computación . 2 (20): 359–361. doi : 10.2307 / 2002239 . JSTOR 2002239 .
- ^ Rajchman, JA (1951). "El tubo de almacenamiento electrostático selectivo". Revisión de RCA . 12 (1): 53–97.
Bibliografía
- Eckert Jr., J. Presper (octubre de 1953). "Un estudio de los sistemas de memoria de computadora digital" (PDF) . Actas de la IRE . 41 (10): 1393–1406. doi : 10.1109 / jrproc.1953.274316 . S2CID 8564797 .Reeditado en IEEE Annals of the History of Computing , Volumen 20 Número 4 (octubre de 1988), págs. 11–28 doi : 10.1109 / 85.728227
- Knoll, Max; Kazán, B. (1952). Tubos de almacenamiento y sus principios básicos (PDF) . John Wiley e hijos.
enlaces externos
- El Selectron
- Pantalla de los primeros dispositivos: Recuerdos : tiene una imagen de un Selectron de 256 bits aproximadamente a la mitad de la página.
- Mas imagenes
- Historia del RCA Selectron