Computergeheugen
Williams - Kilburn oscilloscoopbuis
Historisch
Servers » TechTalk » Historisch perspectief » Williams Kilburn oscilloscoopbuis
De oscilloscoop werd sinds zijn ontstaan in de jaren 1930 gebruikt om signalen weer te geven. Maar de oscilloscoop bleek andere troeven te hebben...
-

-

Oscilloscoopbuizen werden voor verschillende toepassingen gebruikt:
  • De buizen werden natuurlijk gebruikt om signalen weer te geven, dat is de funktie van een oscilloscoop. Men gebruikte een oscilloscoop om de eerste radarbeelden weer te geven tijdens de tweede wereldoorlog, oscilloscopen werden gebruikt om de AM modulatie van een zender zichtbaar te maken, om de banndbreedte van een versterker weer te geven, enz.

    De oscilloscoopbuizen zullen gedurende meer dan 50 jaren gebruikt worden, todat de buis vervangen werd door een LCD scherm. Maar de eerste oscilloscopen met LCD scherm hadden een groot probleem: ze konden geen omhullende weergeven. Daarom zijn beide systemen naast elkaar blijven bestaan.

  • Hoe vreemd het ook mag klinken, aangepaste oscilloscoopbuizen werden gebruikt als analoog naar digitaal omzetter. Als je weet hoe een oscilloscoop werkt, dan is het bijna vanzelfsprekend dat een oscilloscoop als ADC gebruikt zou worden.

  • De eerste televisies gebruikten een oscilloscoopscherm als beeldbuis. In de Verenigde Staten gebruikte men nog een oscilloscoopscherm (met electrostatische afbuiging) tot in de jaren 1950 terwijl men in Europa al voor de tweede wereldoorlog de keuze had gemaakt voor de magnetische afbuiging, zodat men een sterkere afbuiging kon gebruiken (van 5° voor de oscilloscoopbuizen tot 110° voor de meer modernere televisies).

Maar hier wil ik het hebben over nog een andere toepassing van de oscilloscoopbuis, namelijk als geheugen voor computers. In de eerste computers had men een dubbele triode nodig (flip flop) om één bit op te slaan. Dit is doenbaar voor een register, maar het aantal buizen loopt snel op als men honderden woorden moet opslaan.

Het geheugen werd toen al onderverdeeld in woorden, maar de woordlengte lag nog niet vast: men had computers die met woorden van 8, 10, 12,... bits werkten. De benaming byte was toen nog niet ingeburgerd. Moderne computers werken nu met woorden van 64 bits.

Om 200 woorden op te slaan zou men 2000 dubbele triodes moeten gebruiken, en dat is wel erg veel. Een dubbele triode uit die tijd zoals de (6SN7) had 3.8W nodig als gloeivermogen. De computer zou dus 10kW verbruiken, enkel voor zijn geheugen.

Men is dan snel systemen gaan zoeken om gegevens tijdelijk op te slaan: het computermuseum in Namen toont verschillende systemen zoals de de lay line, de drum en het kerngeheugen.

Williams-Kilburn computergeheugen

Links een zeer schematische voorstelling van het scherm van de oscilloscoop, met in het orange het fluorescerend scherm.

De geheugenfunktie is gebaseerd op de secundaire emissie. Als de spot een punt op het scherm schrijft, dan ontstaat er op die plaats een sterke secundaire emissie. Electronen worden uit de laag weggeslagen waardoor er een tekort aan electronen is op die plaats (positieve lading = tekort aan electronen). De spot en de secundaire emissie staan in het blaux, de electronenput is aangegeven door een magenta ruimte.

De electronentekort wordt snel opgevuld door electronen uit de omringende regio en de lading moet regelmatig opgefrist worden. De Williams-Kilburn geheugen is in feite het eerste dynamisch geheugen. Moderne DRAM moet ook opgefrist worden.

Het schrijven van een 1 gebeurt door een punt op die plaats te schijven, waardoor er een electronenput ontstaat. Om een 0 te schrijven moet de put opgevuld worden. Dit kan bijvoorbeeld door een punt ernaast te schrijven (de vrijgekomen electronen vullen de put op), door een streep te schrijven of door een 1 te schrijven met een minder gefocuseerd electronenstraal.

Om een positie te lezen schrijft men een 1. Indien er al een 1 op die plaats was, is er geen ladingsverschil. Indien er een 0 op die plaats was, dan ontstaat er een ladingsverschil die opgevangen kan worden door een dunne plaat die vooraan de buis geplaatst wordt. Het lezen is destructief en als er een 0 op die plaats aanwezig was, moet de 1 gewist worden.

Rechts het brevet uit 1947. De oscilloscoopbuis wordt in een metalen cylinder geplaats om externe storingen tegen te gaan.

De Williams-Kilburn geheugenbuis is bijzonder snel, dit is een voordeel ten opzichte van de andere systemen die in die tijd gebruikt werden. Er is ook een directe toegang mogelijk, je moet niet wachten totdat de gegevens weer onder de leeskop passeren zoals bij magnetische drums of delay lines.

Je kan de data niet zien omdat er een metalen plaat voor het scherm geplaatst wordt, maar als een voorstelling van de data nodig is, dan kan men een normale oscilloscoop koppelen aan de geheugenbuis. Omdat de data permanent heropgefrist moet worden ziet men gemakkelijk de data op het scherm. Dit is een nuttige debug funktie, je ziet direct op het programma vastgelopen is.

De struktuur van de punten komt overeen met de organisatie van het geheugen, die in die tijd vaak opgesplitst was in een programma- en datadeel.



Bij een organisatie onder een hoek van 45° kan men meer data opslaan (of dezelfde data opslaan met een hogere betrouwbaarheid).

De nullen worden voorgesteld door streepjes, het streepje vult de electronenput.

Deze geheugen heeft een capaciteit van 16 woorden van 16 bits (256 bits). Een geheugenbuis kon een capaciteit hebben van meer dan 1500 bits.

De geheugenbuis was niet echt betrouwbaar en moest regelmatig opnieuw gecalibreerd worden. Dit type geheugen kon niet gebruikt worden voor bedrijfstoepassingen. Dit type geheugen werd vervangen door kerngeheugen dat geen refresh nodig had (de gegevens bleven zelfs bewaard bij een stroomonderbreking).

Publicités - Reklame

-